Разница между ЭДС и разницей потенциалов
Работая с батареями и элементами в реальной жизни, мы сталкиваемся с двумя разными разностями потенциалов между клеммами батареи. Эти разности потенциалов связаны с неидеальной природой батареи, которая увеличивает сопротивление внутри батареи. Потенциометр используется для измерения таких различий. Эти различные значения называются ЭДС и разностью потенциалов ячейки. Чтобы понять, почему происходит это явление, нам нужно посмотреть на сопротивление цепи и батареи. Рассмотрим эти понятия подробно.
Электродвижущая сила (ЭДС) клетки
Энергия, сообщаемая ячейке единице заряда, известна как электродвижущая сила ЭДС. Батареи доступны в различных формах и размерах. Существует множество различных типов генераторов, которые питаются от различных источников. Все эти устройства, независимо от того, каковы их источники энергии, создают разность потенциалов на своих клеммах и могут подавать ток, если к ним подключено сопротивление. Известно, что разность потенциалов создает электрическое поле, которое заставляет заряды двигаться, а это, в свою очередь, создает ток. Таким образом, эту разность потенциалов иногда также называют электродвижущей силой (ЭДС).
Вопреки своему названию, ЭДС вовсе не является силой. Это разность потенциалов. Если говорить в точных терминах,
E.M.F is a potential difference which is created when no current is flowing in the system.
Его единицей считаются все вольты (В). Несмотря на то, что ЭДС напрямую связана с разностью потенциалов, создаваемой источником напряжения, она все же отличается от фактической разности потенциалов, которая отражается на клеммах батареи. Напряжение на клеммах вокруг батареи обычно меньше, чем ЭДС батареи.
Потенциальная разница ячейки
Выходное напряжение батареи измеряется через ее клеммы, поэтому оно называется напряжением на клеммах. На приведенном ниже рисунке показана батарея и ее внутреннее сопротивление. Батарея подключена к другому внешнему сопротивлению последовательно, которое обозначается как Rнагрузка . Чистое напряжение, развиваемое на клеммах батареи, определяется уравнением, написанным ниже:
V = ЭДС – Ir
Здесь «I» — это ток, протекающий в цепи, а «r» — внутреннее сопротивление.
«I» считается положительным, если направление его потока от отрицательного к положительному выводу батареи. Уравнение показывает, что чем больше ток, тем ниже напряжение на клеммах батареи. Также можно сделать вывод, что чем меньше внутреннее сопротивление, тем больше напряжение на клеммах. Когда принимается во внимание нагрузочный резистор, расчет тока становится немного другим.
The equivalent resistance of the circuit becomes,
R = r + Rload
The current is given by Ohm’s law,
Разница между ЭДС и разницей потенциалов
Электродвижущая сила (ЭДС) | Разность потенциалов |
| Разность потенциалов двух электродов батареи. | Разность потенциалов между любыми двумя точками цепи. |
| ЭДС всегда больше разности потенциалов между любыми точками цепи. | Это всегда меньше, чем ЭДС |
| Формула: E = I(R + r) | Формула: V = ИК |
| Это вызвано электрическими, гравитационными и магнитными полями. | Эта разница создается только электрическим полем. |
| Электродвижущая сила – это количество энергии, переданное каждому кулону заряда. | Разность потенциалов — это количество энергии, используемой одним кулонов заряда. |
| Электродвижущая сила не зависит от внутреннего сопротивления цепи. | Разность потенциалов пропорциональна сопротивлению цепи. |
| Электродвижущая сила отвечает за передачу энергии по цепи. | Разность потенциалов между любыми двумя точками цепи является мерой энергии. |
| Когда цепь неизменна, величина электродвижущей силы всегда больше, чем разность потенциалов. | Когда цепь полностью заряжена, величина разности потенциалов равна ЭДС цепи. |
| Электродвижущая сила измеряется с помощью измерителя ЭДС. | Разность потенциалов измеряется вольтметром. |
Примеры проблем
Задача 1: Найти ток, который будет протекать внутри батареи с внутренним сопротивлением 2 Вольта и 0,02 Ом, если ее выводы соединены друг с другом.
Решение:
The current in that case will be given by simple application of ohm’s law.
V = 2V
r = 0.02 ohms.
V = IR
Plugging the values in the equation,
I = V/R
I = 2/0.02
= 100 A
Задача 2: Найти ток, который будет протекать внутри батареи с внутренним сопротивлением 10 Вольт и 5 Ом, если ее выводы соединены друг с другом.
Решение:
The current in that case will be given by simple application of ohm’s law.
V = 10 V
R = 5 ohms.
V = IR
Plugging the values in the equation,
I = V/R
I = 10/5
= 2 A
Задача 3: Найти ток, который будет протекать внутри батареи с внутренним сопротивлением 10 Вольт и 10 Ом, если ее выводы соединены друг с другом. Найдите напряжение на клеммах аккумулятора.
Решение:
The current in that case will be given by simple application of ohm’s law.
V = 10 V
R= 10 ohms.
V = IR
Plugging the values in the equation,
I = V/R
I = 10/10
= 1 A
The terminal voltage of the battery is given by,
V = emf – Ir
Given , emf = 10 V, I = 1A and r = 10
V = emf – Ir
= 10 – (1)(10)
= 0 V
Задача 4: Найдите ток, который будет течь внутри батареи с 10 Вольт и внутренним сопротивлением 5 Ом и сопротивлением нагрузки 5 Ом последовательно. Найдите напряжение на клеммах аккумулятора.
Решение:
The current in that case will be given by simple application of ohm’s law.
I =
emf = 10 V
Rload= 5 ohms.
r = 5
Plugging the values in the equation,
I =
I = 10 / (5 + 5)
= 1 A
The terminal voltage of the battery is given by,
V = emf – Ir
Given , emf = 10 V, I = 1 A and r = 5
V = emf – Ir
= 10 – (1)(5)
= 10 – 5
= 5 V
Задача 5: Найдите ток, который будет течь внутри батареи с 10 Вольт и внутренним сопротивлением 2 Ом и сопротивлением нагрузки 3 Ом последовательно. Найдите напряжение на клеммах аккумулятора.
Решение:
The current in that case will be given by simple application of ohm’s law.
I =
emf = 10 V
Rload= 3 ohms.
r = 2
plugging the values in the equation,
I =
⇒ I =
⇒ I = 2 A
The terminal voltage of the battery is given by,
V = emf – Ir
Given , emf = 10 V, I =2 A and r = 2
V = emf – Ir
= 10 – (2)(2)
= 10 – 6
= 4V
