В этой статье мы простыми словами объясним, что такое электродвижущая сила, какова ее природа и формула, и поясним отличие разности потенциалов от ЭДС.
Определение Электродвижущая сила (ЭДС) – это мера энергии, переносимой единичным положительным зарядом при перемещении вдоль контура электрической цепи.
Физически определить ЭДС можно как работу, совершаемую внешними источниками энергии над зарядом при его перемещении от одного конца цепи к другому, деленную на величину заряда.
Обозначается символом ε, единицей измерения является вольт (В).
Представьте, что у вас есть волшебный карандаш, который рисует свет. Когда вы начинаете рисовать, вы расходуете энергию, чтобы двигать карандаш по бумаге. Точно так же, когда заряды двигаются по проводам, они тоже тратят энергию.
Теперь давайте представим, что у вас есть специальные машинки, которые могут передавать энергию зарядам, как вы передаете свет карандашом. Эти машинки создают что-то вроде электрического давления, которое заставляет заряды двигаться.
Это и есть электродвижущая сила – она подобна силе, заставляющей твой карандаш двигаться по бумаге.
Батарейка. Представьте, что батарейка для фонарика – это такая маленькая электрическая фабрика, которая создает электрическое давление, заставляя заряды течь по проводам. Пока батарейка имеет полный заряд, то есть достаточный уровень напряжения, наш фонарик будет ярко светить. Но по мере того, как батарейка разряжается, напряжение падает, и свет становится все тусклее, пока не погаснет совсем.
Солнечная батарея. Когда свет солнца падает на солнечную батарею, она превращает его в электричество. Это происходит благодаря электродвижущей силе, которую создает солнечная батарея.
Генератор. В больших электростанциях есть генераторы, которые создают электричество. Они работают, как большие машинки, которые создают электродвижущую силу, заставляя заряды течь по проводам и подавать электричество домам и школам.
В разных источниках тока ЭДС возникает по разным причинам. Разберемся с каждым типом источника тока и причинами возникновения электродвижущей силы в них.
Пример батарейка.
Причина: внутри батарейки происходит химическая реакция, которая создает неравномерное распределение зарядов, вызывая разность потенциалов между полюсами. Это создает электродвижущую силу, которая заставляет заряды двигаться по проводам.
Пример генератор.
Причина: в генераторе механическая энергия преобразуется в электричество. Вращающиеся магниты создают изменяющееся магнитное поле в катушке, что индуцирует появление ЭДС в проводе, подключенном к катушке.
Пример термоэлектрический генератор.
Причина: в таких генераторах разные температуры на разных концах материала создают разность потенциалов и, следовательно, ЭДС.
Пример пьезоэлектрический элемент.
Причина: когда на пьезоэлектрический материал (например, кварц) оказывается давление или деформация, он генерирует ЭДС из-за изменения его кристаллической структуры.
Пример солнечная батарея.
Причина: солнечные батареи содержат полупроводники, которые превращают световую энергию (фотоны) в электрическую энергию путем высвобождения электронов при попадании света на поверхность полупроводника.
В каждом из этих примеров электродвижущая сила возникает из-за особых физических свойств материалов или процессов, происходящих в устройствах, и способствует движению электрических зарядов через проводники.
Итак, ЭДС — это что-то вроде «давления» или «силы», которая заставляет электрические заряды двигаться по проводам. Она обычно возникает из-за особых свойств источников энергии. Это мера энергии, которая переносится одним зарядом при его перемещении вдоль цепи.
А разность потенциалов — это разница в электрическом потенциале между двумя точками в электрической цепи. Она показывает, насколько «высоко» или «низко» заряды будут двигаться от одной точки к другой. Можно сказать, что разность потенциалов – это просто разница в напряжении между двумя точками.
ЭДС обычно связана с источником энергии, который создает электрическое «давление», заставляя заряды двигаться.
Разность потенциалов отражает изменение электрического потенциала от одной точки к другой в цепи.
Таким образом, разность потенциалов может быть результатом действия ЭДС, но они не всегда идентичны. ЭДС — это именно то, что заставляет заряды двигаться, в то время как разность потенциалов просто показывает, как эти заряды будут двигаться.
Электродвижущая сила обычно обозначается как ε (греческая буква «эпсилон»). Она связывает ЭДС с работой, совершаемой над единичным положительным зарядом при перемещении вдоль контура электрической цепи. Формула выглядит так:
Формула
Где:
У нас есть батарейка, в которой происходит химическая реакция, создающая разность потенциалов 6 вольт. Какова электродвижущая сила этой батарейки?
Решение:
По формуле для электродвижущей силы (ЭДС):
Мы знаем, что работа (W), совершаемая внешними источниками энергии над единичным положительным зарядом при перемещении вдоль контура электрической цепи, равна разности потенциалов (U):
W=U
Ответ: электродвижущая сила (ЭДС) этой батарейки составляет 6 вольт.
