Электродвижущая сила

Электродвижущая сила (ЭДС) — это физическая величина, которая характеризует способность источника электрической энергии (например, батареи) создавать потенциал и поддерживать электрический ток в электрической цепи.

ЭДС измеряется в вольтах (В) и обозначается буквой E. ЭДС формируется за счет разности потенциалов между положительным и отрицательным зарядами источника энергии.

Она не зависит от значения сопротивления электрической цепи и обусловлена физическими свойствами самого источника энергии. Для идеального источника напряжения ЭДС будет равна напряжению на его выходных зажимах при отсутствии тока в цепи.

Однако, на практике всегда есть потери напряжения из-за внутреннего сопротивления источника, поэтому реальное напряжение, которое мы измеряем, может быть немного меньше.

ЭДС и закон Ома

ЭДС сила источника связана с током, протекающим в цепи. Закон Ома для цепи имеет вид:

\varphi_1-\varphi_2+\varepsilon=IR 

Разность между значениями потенциалов в начале и в конце цепи:

\varphi_1-\varphi_2

I – сила тока, текущего по участку;

R – сопротивление участка.

Если точки 1 и 2 совпадают (цепь замкнута), то:

\varphi_1-\varphi_2=0

Из этого следует и предыдущая формула переходит в формулу закона Ома для замкнутой цепи:

\varepsilon=IR 

Где, R – полное сопротивление всей цепи.

Сопротивление цепи складывается из сопротивления внешнего по отношению к источнику тока участка цепи (R_e) и внутреннего сопротивления самого источника тока (r).

\varepsilon=IR_e+I_r

ЭДС источника тока

Если на участке цепи не действуют сторонние силы (однородный участок цепи) и, значит, источника тока на нём нет, то, как это следует из закона Ома для неоднородного участка цепи, выполняется:

\varphi_1-\varphi_2=IR 

Значит, если в качестве точки 1 выбрать анод источника, а в качестве точки 2 — его катод, то для разности между потенциалами анода f_a и катода f_k можно записать:

\varphi_a-\varphi_k=IR_e

Где, R_e — сопротивление внешнего участка цепи.

При делении данного соотношения на закон Ома для замкнутой цепи, записанный в виде:

\varepsilon=I(R_e+r)

Получим следующий результат:

\frac {\varphi_a-\varphi_k}{\varepsilon}=\frac {R_e}{R_e+r}

И затем следует:

\varphi_a-\varphi_k=\frac {R_e}{R_e+r}\varepsilon

Из последнего соотношения следуют два вывода:

Во всех случаях, когда по цепи течёт ток, разность потенциалов между клеммами источника тока f_a — f_k меньше, чем ЭДС источника.

В предельном случае, когда R_e бесконечно (цепь разорвана), выполняется:

\varepsilon=\varphi_a-\varphi_k

Таким образом, ЭДС источника тока равна разности потенциалов между его клеммами в состоянии, когда источник отключён от цепи

ЭДС играет ключевую роль в электрических цепях, поскольку именно она обеспечивает движение электрических зарядов от источника энергии через цепь к потребителю.

Благодаря этой физической величине мы можем использовать электрическую энергию для питания устройств, освещения и многих других целей.