23. Ерс джерела струму

Джерело електричної енергії являє собою прилад, що перетворює будь-який вид енергії в електричну. Він створює і підтримує на своїх затискачах різницю потенціалів. Таким чином в провідному середовищі створюється електричне поле, яке і викликає впорядкований, спрямований рух носіїв електричних зарядів, тобто електричний струм.

Походження електричного струму супроводжується безперервним витрачанням енергії на подолання опору. Цю енергію доставляє джерело електричної енергії, в якому відбувається процес перетворення механічної, хімічної, теплової або інших видів енергії в електричну.

Здатність джерела електричної енергії створювати і підтримувати на своїх затискачах певну різницю потенціалів називається електрорушійної силою, скорочено ЕРС.

Чисельно електрорушійна сила вимірюється роботою, яку здійснює джерело електричної енергії при перенесенні одиничного позитивного заряду по всьому замкнутому ланцюгу.

Якщо джерело енергії, здійснюючи роботу A, забезпечує перенесення по всьому замкнутому ланцюгу заряду q, то його електрорушійна сила (Е) буде дорівнювати.

За одиницю вимірювання електрорушійної сили в системі СІ приймається вольт (в).

Джерело електричної енергії володіє ЕРС рівне 1 вольту, якщо при переміщенні по всьому замкнутому ланцюгу заряду рівному 1 кулону відбувається робота, рівна 1 джоулю.

Питання.

Автомобільна батарея акумуляторів має ЕРС 12в що це значить?

Це означає що даний акумулятор на переміщення заряду рівному 1 кулону по всьому замкнутому ланцюгу здійснює роботу рівну 12 джоулів.

Крім основної, застосовуються більш дрібні й більш великі одиниці виміру ЕРС.

1 мілівольт (мВ) = 0,001в = 10-3в;

1 мікровольт (мкв) = 0,000001в = 10-6в;

1 кіловольт (кв) = 1000в = 103в.

Вимірюється ЕРС за допомогою електровимірювальних приладів-вольтметрів.

Для вимірювання ЕРС вольтметр підключається до затискачів джерела струму з дотриманням полярності і обов’язково при розімкнутому ланцюзі.

Джерела струму можуть з’єднуватися один з одним послідовно і паралельно.

При послідовному з’єднанні джерел струму загальна електрорушійна сила дорівнює сумі електрорушійних сил всіх джерел що входять у з’єднання Е = Е1 + Е2 + Е3.

Тому послідовне з’єднання джерел струму застосовується в тих випадках, коли потрібно одержати збільшення ЕРС.

При паралельному з’єднанні джерел струму загальна електрорушійна сила залишиться такою ж, як у кожного окремого джерела струму, що входить у з’єднання Е = Е1 = Е2 = Е3 = Е4.

Паралельно можна з’єднувати джерела, що мають однакову ЕРС і однаковий внутрішній спротив. Паралельне з’єднання застосовується в тих випадках, коли необхідно отримати значну величину струму.

Будь-який електричний ланцюг складається з двох ділянок: внутрішньої і зовнішньої ділянки ланцюга.

Внутрішня ділянка ланцюга – це джерело струму. Її опір називається внутрішнім опором джерела струму і позначається буквою r.

Все що підключено до джерела струму називається зовнішньою ділянкою електричного кола, опір якої позначається R.

Таким чином опір всього ланцюга дорівнює R + r.

Розглянемо електричний ланцюг, що складається з джерела струму (внутрішня ділянка ланцюга), опору R і ключа К1 (зовнішня ділянка ланцюга).

ЕРС джерела (Е) при замиканні рубильника К1, забезпечує перенесення електричних зарядів по всьому замкнутому ланцюгу.

Частина ЕРС, витрачається на перенесення зарядів по внутрішній ділянці ланцюга, називається падінням напруги на внутрішній ділянці ланцюга і позначається U0.

Частина ЕРС, витрачається на перенесення зарядів по зовнішній ділянці ланцюга, називається падінням напруги в зовнішньому ланцюзі або просто напругою на зовнішній ділянці ланцюга і позначається U (частина напруги на зовнішній ділянці ланцюга називають ще напругою на затискачах джерела).

Таким чином, термін “падіння напруги” або “напруга” позначає частину ЕРС, затрачену на подолання опору даної ділянки ланцюга.

ЕРС джерела, являє собою суму падінь напруги на внутрішній і зовнішній ділянках ланцюга: Е = U0 + U.

З цього випливає U = E-U0.

Тобто напруга на затискачах джерела струму менша його електрорушійної сили на величину падіння напруги на внутрішній ділянці ланцюга.

Наприклад ЕРС джерела струму 12В а при включенні ланцюга він показує 11В, де ще 1В.

При включенні ланцюга вольтметр показує не ЕРС, а напругу прикладену джерелом струму до зовнішньої ділянки ланцюга.

Зі свідчень вольтметра випадає напруга прикладена джерелом струму до внутрішнього опору цього джерела струму.

ЕРС джерела струму розподіляється по ділянках замкнутого послідовного ланцюга прямо пропорційно опорам цих ділянок. Це означає що до більшого опору докладено і більшу напругу.