30 235 subscribers

Чем ЭДС отличается от напряжения

8,6k full reads

При изучении физики мы встречаемся с такими понятиями как ЭДС, которое является аббревиатурой от ЭлектроДвижущая Сила и напряжение. Обе величины измеряются в Вольтах, что наводит в голове путаницу. Ведь если величины имеют одинаковую единицу измерения, то и сами величины по логике должны быть одинаковыми.

Тут ЭДС или напряжение :)?
Тут ЭДС или напряжение :)?

На практике понятия ЭДС и напряжение приравнивают. Действие это не совсем правильное с физической точки зрения и если в некоторых случаях оно спасает и позволяет решить задачку, то в других станет проблемой и приведет к ошибочному восприятию. ЭДС можно приравнивать к напряжению, но не в физическом смысле.

Для понимания этих различий следует предварительно вспомнить определения рассматриваемых понятий.

Определение, которое даёт напряжению учебник, да и википедия тоже, звучит так:

Электрическое напряжение — это скалярная физическая величина, значение которой равно работе эффективного электрического поля, совершаемой при переносе единичного пробного электрического заряда из точки A в точку B.

Высказывание мало понятно человеку, который или всё уже подзабыл, или только изучает основы теории. На практике для объяснения что такое напряжение лучше подойдет картинка:

Что такое напряжение наглядно
Что такое напряжение наглядно

Если сравнить проводник с трубой, по которой течет вода, то напряжение - это тот самый напор воды. В одной и той же трубе может протекать много воды или мало воды. Когда воды мало - напряжение низкое. Воды много - напряжение высокое. А вот количество воды - это уже ток. Выводим из этих рассуждений, что напряжение можно сравнивать с давлением в точке на стенку трубы.

Теперь про определение ЭДС. Оно тоже не очень-то "юзерфрендли".

Википедия и учебники формулируют его примерно так:

Электродвижущая сила (ЭДС) — скалярная физическая величина, характеризующая работу сторонних сил действующих в квазистационарных цепях постоянного или переменного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль всего контура.

Из сложного определения не совсем ясно, что речь идёт о замкнутой электрической цепи, в которой есть источник тока. Но зато прослеживается различие. В одном случае это работа электрического поля по переносу пробного заряда (напряжение), а в другом - работа сторонних СИЛ по перемещение заряда вдоль всего контура (ЭДС).

Как работают сторонние силы
Как работают сторонние силы

Сторонние силы - это силы не электростатического происхождения. Они могут быть самые различные. Например, в батарейке они возникают за счет энергии химических реакций между электродами и электролитами, а в генераторе из-за механической энергии вращения ротора генератора. Скажем, потерли мы расческу о шерстяную кофту. Вот факт потирания и был фактом проявления работы сторонних сил. Ну а в результате сформировался заряд. Логика такая же.

Для упрощения можно было бы сказать, что ЭДС есть способность источника тока создавать в цепи разность потенциалов.

Электрический ток, как вы наверное уже поняли исходя из логики определения напряжения, часто сравнивают с водопроводной системой. Прибегнем к сравнению вновь.

Для того, чтобы вода циркулировала по трубопроводу, эквивалентному нашей цепи, нужен насос. Этот насос является источником тока, а ЭДС - это способность такого насоса создавать в трубопроводе давление. Есть такая штука, которая называется напор воды. Вот именно она лучше всего и подходит для этого сравнения.

Возвращаясь к сравнению напряжения с водой выше, напряжение будет давлением на трубу, а напор воды, который обеспечивает это давление - будет ЭДС.

Насос создает напор воды, который формирует давление. А источник тока в цепи, создает разность потенциалов, которая обеспечивает напряжение. Способность создать напряжение - это и есть электродвижущая сила. Или можно сказать так, что причиной появления напряжения является электродвижущая сила. Без ЭДС нет электрического тока, а значит не может быть и напряжения.

Получается, что прямое приравнивание ЭДС и напряжения является некорректным приемом. Ведь разница между электродвижущей силой и напряжением заключается в том, что напряжение является "следствием работы" электродвижущей силы.