Поняття ЕРС джерела. Електрорушійна сила (ЕРС) джерела енергії

07.09.2020

Електромагнітна індукція - генерування електрострумів магнітними полями, що змінюються в часі. Відкриття Фарадеем і Генрі цього феномена ввело певну симетрію в світ електромагнетизму. Максвеллові в одній теорії вдалося зібрати знання про електрику і магнетизм. Його дослідження передбачали існування електромагнітних хвиль перед експериментальними спостереженнями. Герц довів їх існування і відкрив людству епоху телекомунікацій.

Закони Фарадея і Ленца

Електричні струми створюють магнітні ефекти. А чи можливо, щоб магнітне поле породжувало електричне? Фарадей виявив, що шукані ефекти виникають внаслідок зміни МП в часі.

Коли провідник перетинається змінним магнітним потоком, В ньому індукується електрорушійна сила, що викликає електрострум. Системою, яка генерує струм, може бути постійний магніт або електромагніт.

Явище електромагнітної індукції регулюється двома законами: Фарадея і Ленца.

Закон Ленца дозволяє охарактеризувати електрорушійну силу щодо її спрямованості.

Важливо! Напрямок індукованої ЕРС таке, що викликаний нею струм прагне протистояти створює його причини.

Фарадей помітив, що інтенсивність індукованого струму зростає, коли швидше змінюється число силових ліній, які перетинають контур. Іншими словами, ЕРС електромагнітної індукції знаходиться в прямій залежності від швидкості рухомого магнітного потоку.

Формула ЕРС індукції визначена як:

Е \u003d - dФ / dt.

Знак «-» показує, як полярність індукованої ЕРС пов'язана зі знаком потоку і мінливої \u200b\u200bшвидкістю.

Отримано загальне формулювання закону електромагнітної індукції, з якої можна вивести вирази для окремих випадків.

Рух дроти в магнітному полі

Коли провід довжиною l рухається в МП, що має індукцію В, всередині нього буде наводитися ЕРС, пропорційна його лінійної швидкості v. Для розрахунку ЕРС застосовується формула:

в разі руху провідника перпендикулярно напрямку магнітного поля:

Е \u003d - В x l x v;

в разі руху під іншим кутом α:

Е \u003d - В x l x v х sin α.

Индуцированная ЕРС і струм будуть спрямовані в бік, яку знаходимо, користуючись правилом правої руки: розташувавши руку перпендикулярно силовим лініям магнітного поля і вказуючи великим пальцем в сторону переміщення провідника, можна дізнатися напрямок ЕРС за рештою чотирьом розпрямленні пальцях.

обертається котушка

Робота генератора електроенергії заснована на обертанні контуру в МП, що має N витків.

ЕРС індукується в електроланцюзі завжди, коли магнітний потік її перетинає, відповідно до визначення магнітного потоку Ф \u003d B x S х cos α (магнітна індукція, помножена на поверхневу площу, через яку проходить МП, і косинус кута, утвореного вектором В і перпендикулярної лінією до площини S).

З формули випливає, що Ф зазнає змін в наступних випадках:

змінюється інтенсивність МП - вектор В;
варіюється площа, обмежена контуром;
змінюється орієнтація між ними, задана кутом.

У перших дослідах Фарадея індуковані струми були отримані шляхом зміни магнітного поля В. Однак можна індукувати ЕРС, не рухаючи магніт або не змінюючи струм, а просто обертаючи котушку навколо своєї осі в МП. В даному випадку магнітний потік змінюється через зміну кута α. Котушка при обертанні перетинає лінії МП, виникає ЕРС.

Якщо котушка обертається рівномірно, це періодична зміна призводить до періодичного зміни магнітного потоку. Або кількість силових ліній МП, що перетинаються кожну секунду, приймає рівні значення з рівними інтервалами часу.

Важливо! Наведена ЕРС змінюється разом з орієнтацією з плином часу від позитивної до негативної і навпаки. Графічне представлення ЕРС є синусоидальную лінію.

Для формули ЕРС електромагнітної індукції застосовується вираз:

Е \u003d В х ω х S x N x sin ωt, де:

S - площа, обмежена одним витком або рамкою;
N - кількість витків;
ω - кутова швидкість, з якою обертається котушка;
В - індукція МП;
кут α \u003d ωt.

На практиці в генераторах змінного струму часто котушка залишається нерухомою (статор), а електромагніт обертається навколо неї (ротор).

ЕРС самоіндукції

Коли через котушку проходить змінний струм, він генерує змінне МП, що має постійно змінюваних магнітним потоком, що індукують ЕРС. Цей ефект називається самоіндукцією.

Оскільки МП пропорційно інтенсивності струму, то:

де L - індуктивність (Гн), що визначається геометричними величинами: кількістю витків на одиницю довжини і розмірами їх поперечного перерізу.

Для ЕРС індукції формула набуває вигляду:

Е \u003d - L x dI / dt.

Якщо дві котушки розташовані поруч, то в них наводиться ЕРС взаємоіндукції, що залежить від геометрії обох схем і їх орієнтації відносно один одного. Коли розділення кіл зростає, взаімоіндуктівность знижується, так як зменшується з'єднує їх магнітний потік.

Нехай є дві котушки. По дроту однієї котушки, яка має N1 витками, протікає струм I1, що створює МП, що проходить через котушку з N2 витками. тоді:

Взаімоіндуктівность другої котушки щодо першої:

М21 \u003d (N2 x F21) / I1;

Магнітний потік:

Ф21 \u003d (М21 / N2) x I1;

Знайдемо индуцированную ЕРС:

Е2 \u003d - N2 x dФ21 / dt \u003d - M21x dI1 / dt;

Ідентично в першій котушці індукується ЕРС:

Е1 \u003d - M12 x dI2 / dt;

Важливо! Електрорушійна сила, викликана взаимоиндукцией в одній котушці, завжди пропорційна зміні електроструму в інший.

Взаємну індуктивність можна визнати рівною:

М12 \u003d М21 \u003d М.

Відповідно, E1 \u003d - M x dI2 / dt і E2 \u003d M x dI1 / dt.

М \u003d К √ (L1 x L2),

де К - коефіцієнт зв'язку між двома індуктивностями.

Явище взаємоіндукції використовується в трансформаторах - ЕЛЕКТРОАПАРАТ, що дозволяють змінити значення напруги змінного електроструму. Апарат являє собою дві котушки, намотані навколо одного сердечника. Струм, присутній в першій, створює змінне МП в муздрамтеатрі і електрострум в інший котушці. Якщо кількість виткових оборотів першої обмотки менше, ніж інший, напруга збільшується, і навпаки.

Крім генерування, трансформації електроенергії магнітна індукція застосовується в інших пристроях. Наприклад, в магнітних левітаційного поїздах, які рухаються не в безпосередньому контакті з рейками, а на кілька сантиметрів вище через електромагнітної сили відштовхування.

Відео

Електрорушійна сила (ЕРС) - в пристрої, що здійснює примусове розділення позитивних і негативних зарядів (генераторі), величина, чисельно рівна різниці потенціалів між зажимами генератора при відсутності струму в його ланцюга, вимірюється в Вольтах.

Джерела електромагнітної енергії (генератори) - пристрої, що перетворюють енергію будь-якого неелектричних виду в електричну. Такими джерелами, наприклад, є:

генератори на електростанціях (теплових, вітрових, атомних, гідростанціях), що перетворюють механічну енергію в електричну;

гальванічні елементи (батареї) і акумулятори всіх типів, що перетворюють хімічну енергію в електричну і т. п.

ЕРС чисельно дорівнює роботі, яку здійснюють сторонні сили при переміщенні одиничного позитивного заряду всередині джерела або саме джерело, проводячи одиничний позитивний заряд по замкнутому ланцюзі.

Електрорушійна сила ЕРС Е - скалярна величина, що характеризує здатність стороннього поля і индуктированного електричного поля викликати електричний струм. ЕРС Е чисельно дорівнює роботі (енергії) W в джоулях (Дж), що витрачається цим полем на переміщення одиниці заряду (1 Кл) з однієї точки поля в іншу.

Одиницею вимірювання ЕРС є вольт (В). Таким чином, ЕРС дорівнює 1 В, якщо при переміщенні заряду в 1 Кл по замкнутому ланцюзі відбувається робота в 1 Дж: [Е] \u003d I Дж / 1 Кл \u003d 1 В.

Переміщення зарядів по ділянці супроводжується витратою енергії.

Величину, чисельно рівну роботі, яку здійснює джерело, проводячи одиничний позитивний заряд по даній ділянці ланцюга, називають напругою U. Оскільки ланцюг складається з зовнішнього і внутрішнього ділянок, розмежовують поняття напружень на зовнішньому Uвш і внутрішньому Uвт ділянках.

Зі сказаного очевидно, що ЕРС джерела дорівнює сумі напруг на зовнішньому U і внутрішньому U ділянках ланцюга:

Е \u003d Uвш + Uвт.

Ця формула виражає закон збереження енергії для електричного кола.

Виміряти напруги на різних ділянках ланцюга можна тільки при замкнутому ланцюзі. ЕРС вимірюють між зажимами джерела при розімкнутому ланцюзі.

Напрямок ЕРС - це напрямок примусового руху позитивних зарядів всередині генератора від мінуса до плюса під дією іншої, ніж електрична, природи.

Внутрішній опір генератора це опір конструктивних елементів всередині нього.

Ідеальний джерело ЕРС - генератор, якого дорівнює нулю, а напруга на його затискачах не залежить від навантаження. Потужність ідеального джерела ЕРС нескінченна.

Умовне зображення (електрична схема) ідеального генератора ЕРС величиною Е показано на рис. 1, а.

Реальний джерело ЕРС, на відміну від ідеального, містить внутрішній опір Ri і його напруга залежить від навантаження (рис. 1., б), а потужність джерела конечна. Електрична схема реального генератора ЕРС є послідовне з'єднання ідеального генератора ЕРС Е і його внутрішнього опору Ri.

На практиці для того щоб наблизити режим роботи реального генератора ЕРС до режиму роботи ідеального, внутрішній опір реального генератора Ri намагаються робити якомога менше, а опір навантаження Rн необхідно підключати величиною не менше ніж в 10 разів більшої величини внутрішнього опору генератора , Тобто необхідно виконувати умову:Rн \u003e\u003e Ri

Для того щоб вихідна напруга реального генератора ЕРС не залежало від навантаження, його стабілізують застосуванням спеціальних електронних схем стабілізації напруги.

Оскільки внутрішній опір реального генератора ЕРС не може бути виконано нескінченно малим, його мінімізують і виконують стандартним для можливості узгодженого підключення до нього споживачів енергії. У радіотехніці величини стандартного вихідного опору генераторів ЕРС становлять 50 Ом (промисловий стандарт) і 75 Ом (побутової стандарт).

Наприклад, всі телевізійні приймачі мають вхідний опір 75 Ом і підключені до антен коаксіальним кабелем саме такого хвильового опору.

Для наближення до ідеальних генераторів ЕРС джерела напруги живлення, що використовуються у всій промислової і побутової радіоелектронної апаратури, виконують із застосуванням спеціальних електронних схем стабілізації вихідної напруги, які дозволяють витримувати практично незмінне вихідна напруга джерела живлення в заданому діапазоні струмів, споживаних від джерела ЕРС (іноді його називають джерелом напруги).

На електричних схемах джерела ЕРС зображуються так: Е - джерело постійної ЕРС, е (t) - джерело гармонійної (змінної) ЕРС в формі функції часу.

Електрорушійна сила Е батареї послідовно з'єднаних однакових елементів дорівнює електрорушійної силі одного елемента Е, помноженої на число елементів n батареї: Е \u003d Nе.

В електротехніці джерела живлення електричних кіл характеризуються електрорушійної силою (ЕРС).

Що таке ЕРС

У зовнішній ланцюга електричного контуру електричні заряди рухаються від плюса джерела до мінуса і створюють електричний струм. Для підтримки його безперервності в ланцюзі джерело повинен володіти силою, яка змогла б переміщати заряди від нижчого до вищого потенціалу. Такою силою неелектричних походження і є ЕРС джерела. Наприклад, ЕРС гальванічного елемента.

Відповідно до цього, ЕРС (E) можна обчислити як:

E \u003d A / q, де:

A-робота в джоулях;
q - заряд в кулонах.

Величина ЕРС в системі СІ вимірюється в вольтах (В).

Формули і розрахунки

ЕРС є роботою, яку здійснюють сторонні сили для переміщення одиничного заряду по електричному ланцюзі

Схема замкнутого електричного кола включає зовнішню частину, яка характеризується опором R, і внутрішню частину з опором джерела Rвн. Безперервний потік (Iн) в ланцюзі буде текти в результаті дії ЕРС, яка долає як зовнішнє, так і внутрішнє опір ланцюга.

Струм в ланцюзі визначається за формулою (закон Ома):

Iн \u003d E / (R + Rвн).

При цьому напруга на клемах джерела (U 12) буде відрізнятися від ЕРС на величину падіння напруги на внутрішньому опорі джерела.

U 12 \u003d E - Iн * Rвн.

Якщо ланцюг розімкнути і ток в ній дорівнює 0, то ЕРС джерела буде дорівнює напрузі U 12.

Розробники джерел живлення намагаються зменшувати внутрішні опір Rвн, так як це може дозволити отримати від джерела більший струм.

де застосовується

У техніці застосовуються різні види ЕРС:

Хімічна. Використовується в батарейках і акумуляторах.
Термоелектрична. Виникає при нагріванні контактів різнорідних металів. Використовується в холодильниках, термопарах.
Індукційна. Утворюється при перетині провідником магнітного поля. Ефект використовується в електродвигунах, генераторах, трансформаторах.
Фотоелектрична. Застосовується для створення фотоелементів.
П'єзоелектрична. При розтягуванні або стисненні матеріалу. Використовується для виготовлення датчиків, кварцових генераторів.

Таким чином, ЕРС необхідна для підтримки постійного струму і знаходить застосувань в різних видах техніки.

Що таке ЕРС (Електрорушійна сила) в фізиці? Електричний струм зрозумілий далеко не кожному. Як космічна далечінь, тільки під самим носом. Взагалі, він і вченим зрозумілий не до кінця. Досить згадати з його знаменитими експериментами, на століття опередившими свого часу і навіть в наші дні залишаються в ореолі таємниці. Сьогодні ми не розгадує великих таємниць, але намагаємося розібратися в тому, що таке ЕРС в фізиці.

Визначення ЕРС в фізиці

ЕРС - електрорушійна сила. позначається буквою E або маленької грецької буквою епсилон.

Електрорушійна сила - скалярна фізична величина, що характеризує роботу сторонніх сил ( сил неелектричних походження), Що діють в електричних ланцюгах змінного і постійного струму.

ЕРС, Як і напругие, вимірюється в вольтах. Однак ЕРС і напруга - явища різні.

напруга (Між точками А і Б) - фізична величина, що дорівнює роботі ефективного електричного поля, що здійснюється при перенесенні одиничного пробного заряду з однієї точки в іншу.

Пояснюємо суть ЕРС "на пальцях"

Щоб розібратися в тому, що є що, можна навести приклад-аналогію. Уявімо, що у нас є водонапірна вежа, повністю заповнена водою. Порівняємо цю вежу з батарейкою.

Вода чинить максимальний тиск на дно вежі, коли вежа заповнена повністю. Відповідно, чим менше води в башті, то менше тиск і натиск яка витікає з крана води. Якщо відкрити кран, вода буде поступово витікати спочатку під сильним напором, а потім все повільніше, поки натиском не ослабне зовсім. Тут напруга - це той тиск, який вода надає на дно. За рівень нульової напруги приймемо саме дно вежі.

Те ж саме і з батарейкою. Спочатку ми включаємо наш джерело струму (батарейку) в ланцюг, замикаючи її. Нехай це буде годинник або ліхтарик. Поки рівень напруги достатній і батареї не розрядилася, ліхтарик світить яскраво, потім поступово згасає, поки не згасне зовсім.

Але як зробити так, щоб натиск не висихав? Іншими словами, як підтримувати в башті постійний рівень води, а на полюсах джерела струму - постійну різницю потенціалів. За прикладом вежі ЕРС представляється як би насосом, який забезпечує приплив в вежу нової води.

природа ЕРС

Причина виникнення ЕРС в різних джерелах струму різна. За природою виникнення розрізняють наступні типи:

Хімічна ЕРС. Виникає в батарейках і акумуляторах внаслідок хімічних реакцій.
Термо ЕРС. Виникає, коли знаходяться при різних температурах контакти різнорідних провідників з'єднані.
ЕРС індукції. Виникає в генераторі при приміщенні обертового провідника в магнітне поле. ЕРС буде наводитися в провіднику, коли провідник перетинає силові лінії постійного магнітного поля або коли магнітне поле змінюється за величиною.
Фотоелектрична ЕРС. Виникненню цієї ЕРС сприяє явище зовнішнього або внутрішнього фотоефекту.
П'єзоелектрична ЕРС. ЕРС виникає при розтягуванні або стисненні речовин.

Дорогі друзі, сьогодні ми розглянули тему «ЕРС для чайників». Як бачимо, ЕРС - сила неелектричних походження, Яка підтримує перебіг електричного струму в ланцюзі. Якщо Ви хочете дізнатися, як вирішуються завдання з ЕРС, радимо звернутися до - скрупульозно відібраним і перевіреним фахівцям, які швидко і дохідливо пояснять хід вирішення будь-якої тематичної завдання. І за традицією в кінці пропонуємо Вам подивитися навчальне відео. Приємного перегляду і успіхів у навчанні!

зміст:

Коли народилося поняття «електрон», люди відразу пов'язали його з певною роботою. Електрон - це по-грецьки «бурштин». Те, що грекам для того, щоб знайти цей непотрібний, в общем-то, магічний камінчик, треба було досить далеко проїхати на північ - такі зусилля тут, в общем-то, не береться до уваги. А ось коштувало проробити деяку роботу - руками по натирання камінчика про вовняну суху ганчірку - і він набував нових властивостей. Це знали всі. Натерти просто так, заради суто безкорисливого інтересу, щоб поспостерігати, як тепер до «електрону» починає притягатися дрібне сміття: пилинки, шерстинки, ниточки, пір'ячко. Надалі, коли з'явився цілий клас явищ, об'єднаних потім в поняття «електрику», робота, яку треба обов'язково затратити, не давала людям спокою. Раз потрібно затратити, щоб вийшов фокус з порошинами - значить, добре б цю роботу якось зберегти, накопичити, а потім і отримати назад.

Таким чином з все більш ускладнюється фокусів з різними матеріалами і філософських міркувань і навчилися цю магічну силу збирати в баночку. А потім зробити і так, щоб вона з баночки поступово вивільнялася, викликаючи дії, які стало вже можна відчути, а дуже скоро і поміряти. І поміряли настільки дотепно, маючи всього-то пару шовкових кульок або паличок і пружинні крутильні ваги, що і тепер ми цілком серйозно користуємося все тими ж формулами для розрахунків електричних ланцюгів, які вже пронизали тепер всю планету, нескінченно складних, порівняно з тими першими пристроями .

А назва цього могутнього джина, який сидить в баночці, так до сих пір і містить захват давніх відкривачів: «Електрорушійна сила». Але тільки сила ця - зовсім електрична. А навпаки, стороння страшна сила, що змушує електричні заряди рухатися «проти волі», тобто долаючи взаємне відштовхування, і збиратися десь з одного боку. Від цього виходить різниця потенціалів. Її і можна використовувати, пустивши заряди іншим шляхом. Де їх «не вартує» ця страшна ЕРС. І змусити, тим самим, виконати деяку роботу.

Принцип роботи

ЕРС - це сила самої різної природи, хоча вимірюється вона в вольтах:

Хімічної. Походить від процесів хімічного заміщення іонів одних металів іонами інших (більш активних). В результаті утворюються зайві електрони, які прагнуть «врятуватися» на краю найближчого провідника. Такий процес буває оборотним або необоротним. Оборотний - в акумуляторах. Їх можна зарядити, повернувши заряджені іони назад в розчин, від чого він набуде більше, наприклад, кислотності (в кислотних акумуляторах). Кислотність електроліту і є причина ЕРС акумулятора, працює безперервно, поки розчин не стане абсолютно нейтральним хімічно.

Магнітодинамічних. Виникає при впливі на провідник, деяким чином орієнтований в просторі, змінюється магнітного поля. Або від магніту, що рухається щодо провідника, або від руху провідника щодо магнітного поля. Електрони в цьому випадку теж прагнуть рухатися в провіднику, що дозволяє їх вловлювати і поміщати на вихідні контакти пристрою, створюючи різницю потенціалів.

Електромагнітної. Змінне магнітне поле створюється в магнітному матеріалі змінним електричним напругою первинної обмотки. У вторинній обмотці виникає рух електронів, а значить і напруга, пропорційна напрузі в первинній обмотці. Значком ЕРС трансформатори можуть позначатися в схемах еквівалентного заміщення.

Фотоелектричної. Світло, потрапляючи на деякі провідні матеріали, здатний вибивати електрони, тобто робити їх вільними. Створюється надлишок цих частинок, чому зайві виштовхуються до одного з електродів (анода). Виникає напруга, яке і здатне породити електричний струм. Такі прилади називаються фотоелементами. Спочатку були придумані вакуумні фотоелементи, в яких електроди були встановлені в колбі з вакуумом. Електрони в цьому випадку виштовхувалися за межі металевої пластинки (катод), а уловлювалися іншим електродом (анод). Такі фотоелементи знайшли застосування в датчиках світла. З винаходом же більш практичних напівпровідникових фотоелементів стало можливим створювати з них потужні батареї, щоб підсумовуванням електрорушійної сили кожного з них виробляти значне напруження.

Теплоелектричні. Якщо два різних металу або напівпровідника спаяти в одній точці, а потім в цю точку доставити тепло, наприклад, свічки, то на протилежних кінцях пари металів (термопари) виникає різниця в щільності електронного газу. Ця різниця може накопичуватися, якщо з'єднати термопари послідовної ланцюжком, подібно з'єднанню гальванічних елементів в батареї або окремих фотоелементів в сонячній батареї. ТермоЕРС використовується в дуже точних датчиках температури. З цим явищем пов'язано кілька ефектів (Пельтьє, Томсона, Зеебека), які успішно досліджуються. Фактом є те, що теплота здатна безпосередньо перетворитися в електрорушійну силу, тобто напруга.

Електростатичного. Такі джерела ЕРС були придумані практично одночасно з гальванічним елементами або навіть раніше (якщо вважати натирання бурштину шовком нормальним виробництвом ЕРС). Вони ще називаються електрофорна машинами, або, по імені винахідника, генераторами Вімшурста. Хоча Вімшурст створив виразне технічне рішення, Що дозволяє знятий потенціал накопичувати в лейденської банку - першому конденсаторі (причому, хорошою ємності). Першою ж електрофорної машиною можна вважати величезна куля з сірки, насаджений на вісь, - апарат магдебурзького бургомістра Отто фон Геріке в середині XVII століття. Принцип роботи - натирання легко електризуються від тертя матеріалів. Правда прогрес у фон Геріке можна назвати, за приказкою, рухомим лінню, коли немає бажання натирати бурштин або щось інше вручну. Хоча, звичайно, цього допитливому політику чого-чого, а фантазії і активності було не позичати. Згадаймо хоча б його ж усім відомий досвід з розриванням двома низками ослів (або мулів) кулі без повітря за ланцюга на два півкулі.

Електризація, як спочатку припускали, відбувається саме від «тертя», тобто, натираючи бурштин ганчіркою, ми «зриваємо» з його поверхні електрони. Однак дослідження показали, що тут не так все просто. Виявляється, на поверхні діелектриків завжди є нерівномірності заряду, і до цих нерівномірно притягуються іони з повітря. Утворюється така повітряно-іонна шуба, яку ми і пошкоджує, натираючи поверхню.

Термоемісійною. При нагріванні металів з їх поверхні зриваються електрони. У вакуумі вони досягають іншого електроду і наводять там негативний потенціал. Дуже перспективне зараз напрямок. На малюнку приведена схема захисту гіперзвукового літального апарату від перегріву частин корпусу зустрічним потоком повітря, причому термоелектрони, що випускаються катодом (який при цьому охолоджується - одночасна дія ефектів Пельтьє і / або Томсона), досягають анода, наводячи на ньому заряд. Заряд, вірніше, напруга, що дорівнює отриманої ЕРС, можна використовувати в ланцюзі споживання всередині апарату.

1 - катод, 2 - анод, 3, 4 - відводи катода і анода, 5 - споживач

П'єзоелектричній. Багато кристалічні діелектрики, коли відчувають механічний тиск на себе в будь-якому напрямку, реагують на нього наведенням різниці потенціалів між своїми поверхнями. Ця різниця залежить від прикладеного тиску, тому вже використовується в датчиках тиску. П'єзоелектричні запальнички для газових плит не вимагають ніякого іншого джерела енергії - тільки натискання пальцем на кнопочку. Відомі спроби створення п'єзоелектричної системи запалювання в автомобілях на основі п'єзокераміки, що одержує тиск від системи кулачків, пов'язаних з головним валом двигуна. «Хороші» п'єзоелектрики - у яких пропорційність ЕРС від тиску високо точна - бувають дуже тверді (наприклад, кварц), при механічному тиску майже не деформуються.

Однак довгий вплив тиском на них викликає їх руйнування. У природі потужні шари кам'яних порід також є п'єзоелектрик, тиску земних товщ наводять величезні заряди на їх поверхнях, що породжує в глибинах землі титанічні бурі і грози. Однак, не все так страшно.Уже були розроблені і еластичні п'єзоелектрики, і навіть щойно розпочато виготовлення на їх основі (і на основі нанотехнологій) виробів, що йдуть на продаж.

Те, що одиницею вимірювання ЕРС є одиниця електричної напруги, зрозуміло. Так як найрізноманітніші механізми, що створюють електрорушійну силу джерела струму, все перетворять свої види енергії в рух і накопичення електронів, а це в кінцевому рахунку і приводить до появи такого напруження.

Струм, що виникає від ЕРС

Електрорушійна сила джерела струму на те і рушійна сила, що електрони від неї починають рухатися, якщо замкнути електричне коло. Їх до цього примушує ЕРС, користуючись своєю неелектричної «половиною» природи, яка не залежить, все-таки, від половини, пов'язаної з електронами. Так як вважається, що струм в ланцюзі тече від плюса до мінуса (таке визначення напрямку було зроблено раніше, ніж всі дізналися, що електрон - негативна частка), То всередині приладу з ЕРС струм робить рух завершальне - від мінуса до плюса. І завжди малюють у знака ЕРС, куди направлена \u200b\u200bстрілочка - +. Тільки в обох випадках - і всередині ЕРС джерела струму, і зовні, тобто в споживає ланцюга, - ми маємо справу з електричним струмом з усіма його обов'язковими властивостями. У провідниках струм наштовхується на їх опір. І тут, в першій половині циклу, маємо опір навантаження, в другій, внутрішньої, - опір джерела або внутрішній опір.

Внутрішній процес працює не миттєво (хоча дуже швидко), а з певною інтенсивністю. Він здійснює роботу з доставки зарядів від мінуса до плюса, і це теж зустрічає опір ...

Опір це двоякого роду.

Внутрішній опір працює проти сил, що роз'єднують заряди, воно має природу, «близьку» цим роз'єднують силам. По крайней мере, працює з ними в єдиному механізмі. Наприклад, кислота, яка відбирає кисень у двоокису свинцю і заміщає його на іони SO 4 -, безумовно відчуває деякий хімічний опір. І це як раз і проявляється як робота внутрішнього опору акумулятора.
Коли зовнішня (вихідна) половина ланцюга не замкнута, поява все нових і нових електронів на одному з полюсів (і спадання їх з іншого полюса) викликає посилення напруженості електростатичного поля на полюсах акумулятора і посилення відштовхування між електронами. Що дозволяє системі «не йти в рознос» і зупинитися на певному стані насиченості. Більше електронів з акумулятора назовні не приймається. І це зовні виглядає як наявність постійного електричного напруги між клемами акумулятора, яке називається U хх, напругою холостого ходу. І воно чисельно дорівнює ЕРС - електрорушійної силі. Тому і одиницею вимірювання ЕРС є вольт (в системі СІ).

Але якщо тільки підключити до акумулятора навантаження з провідників, що мають відмінне від нуля опір, то негайно потече струм, сила якого визначається згідно із законом Ома.

Поміряти внутрішній опір джерела ЕРС, здавалося б, можна. Варто включити в ланцюг амперметр і шунтировать (закоротити) зовнішнє опір. Однак внутрішній опір настільки низько, що акумулятор почне розряджатися катастрофічно, виробляючи величезну кількість теплоти, як на зовнішніх закорочених провідниках, так і у внутрішньому просторі джерела.

Однак можна вчинити інакше:

Виміряти E (пам'ятаємо, напруга холостого ходу, одиниця виміру - вольт).
Підключити як навантаження деякий резистор і поміряти падіння напруги на ньому. Обчислити струм I 1.
Обчислити значення внутрішнього опору джерела ЕРС можна, скориставшись виразом для r

Зазвичай здатність акумулятора видавати електроенергію оцінюється його енергетичної «ємністю» в амперчасах. Але цікаво було б подивитися, який максимальний струм він може виробляти. Незважаючи на те, що, можливо, електрорушійна сила джерела струму змусить його вибухнути. Так як ідея влаштувати на ньому коротке замикання здалася не дуже привабливою, можна обчислити цю величину чисто теоретично. ЕРС одно U хх. Просто потрібно домалювати графік залежності падіння напруги на резисторі від струму (отже, і від опору навантаження) до точки, в якій опір навантаження дорівнюватиме нулю. це точка I кз, Перетину червоної лінії з лінією координати I , В якій напруга U стало нульовим, а вся напруга E джерела падатиме на внутрішній опір.

Часто здається простим основні поняття не завжди буває можна зрозуміти без залучення прикладів і аналогій. Що таке електрорушійна сила, і як вона працює, можна уявити, тільки розглянувши безліч її проявів. А варто розглянути визначення ЕРС, як воно дається солідними джерелами за допомогою розумних академічних слів - і все починай з початку: електрорушійна сила джерела струму. Або просто вибий на стіні золотими літерами: