Що це — ЕДС джерела струму?

Технології 03 липня 2022 Перегляди: 85

Якщо замкнути між собою полюси зарядженого конденсатора, то під впливом електростатичного поля, накопиченого між його обкладками, у зовнішньому ланцюгу конденсатора в напрямку від позитивного полюса до негативного починається рух носіїв заряду — електронів.

Однак у процесі розряду конденсатора електричне поле, що діє на рухомі заряджені частинки, швидко слабшає до повного зникнення. Тому виникле в ланцюгу розряду протікання електричного струму має короткочасний характер і процес швидко загасає.

Для тривалого підтримки струму в провідному ланцюгу використовуються пристрої, неточно звані в побуті джерелами струму (в строго фізичному сенсі це не так). Найчастіше такими джерелами служать хімічні батареї.

Внаслідок електрохімічних процесів на їхніх клеммах відбувається накопичення різноіменних електричних зарядів. Сили не електростатичної природи, під дією яких здійснюється подібний розподіл зарядів, називають сторонніми силами.

Зрозуміти природу поняття ЕДС джерела струму допоможе розгляд наступного прикладу.

Уявімо собі провідник, що знаходиться в електричному полі, як показано нижче на малюнку, тобто таким чином, що всередині нього також існує електричне поле.

Відомо, що під впливом цього поля у провіднику починає протікати електричний струм. Тепер виникає питання про те, що відбувається з носіями заряду, коли вони досягають кінця провідника, і чи буде цей струм залишатися незмінним з плином часу.

Ми можемо легко зробити висновок, що при розомкному ланцюгу в результаті впливу електричного поля заряди будуть накопичуватися на кінцях провідника. У зв’язку з цим електричний струм не залишатиметься постійним і рух електронів у провіднику буде дуже короткочасним, як показано нижче на малюнку.

Таким чином, для того, щоб підтримувати в провідному ланцюгу постійне протікання струму, цей ланцюг повинен бути замкнутий, тобто мати форму петлі. Однак для підтримки струму навіть ця умова не є достатньою, оскільки заряд завжди рухається в бік меншого потенціалу, а електричне поле завжди робить позитивну роботу над зарядом.

Тепер після подорожі по замкнутому ланцюгу, коли заряд повертається до вихідної точки, де він почав свій шлях, потенціал в цій точці повинен бути таким же, яким він був на початку руху. Однак протікання струму завжди пов’язане з втратою потенційної енергії.

Отже, нам необхідне якесь зовнішнє джерело в ланцюгу, на клеммах якого підтримується різність потенціалів, що збільшує енергію руху електричних зарядів.

Таке джерело дозволяє здійснити подорож заряду від більш низького потенціалу до більш високого в напрямку, протилежному руху електронів під дією електростатичної сили, яка намагається проштовхнути заряд від більш високого потенціалу до більш низького.

Цю силу, що змушує заряд рухатися від більш низького до більш високого потенціалу, прийнято називати електродвижущей силою. ЕДС джерела струму — це фізичний параметр, який характеризує роботу, витрачену на переміщення зарядів всередині джерела сторонніми силами.

В якості пристроїв, що забезпечують ЕДС джерела струму, як вже згадувалося, використовуються акумулятори, а також генератори, термоелементи тощо.

Тепер ми знаємо, що елемент живлення за рахунок своєї внутрішньої ЕДС забезпечує різність потенціалів між висновками джерела, сприяючи безперервному переміщенню електронів у напрямку, протилежному дії електростатичної сили.

ЕДС джерела струму, формула якої наведена нижче, як і різність потенціалів виражається у вольтах:

E = Aст/^ q,

де А_ст — робота сторонніх сил, Стівq — заряд, переміщений всередині джерела.