76. Джерело електрорушійної сили (гальванічний елемент, електрогенератори)

Електрорушійна сила - фізична величина, що характеризує дію сторонніх (непотенційних) сил в джерелах постійного або змінного струму. В замкнутому провідному контурі ЕРС дорівнює роботі цих сил по переміщенню одиничного позитивного заряду уздовж контура.

Потенційні сили електростатичного (або стаціонарного) поля не можуть підтримувати постійний струм в ланцюзі, работа цих сил на замкнутій дорозі дорівнює нулю. Проходження ж струму по провідниках супроводжується виділенням енергії — нагріванням провідників. Сторонні сили приводять в рух заряджені частки усередині джерел струму: генераторів, гальванічних елементів, акумуляторів.

Походження сторонніх сил може бути різним. У генераторах сторонні сили — це сили з боку вихрового електричного поля, що виникає при зміні магнітного поля з часом, або сила Лоренца, що діє з боку магнітного поля на електрони в рухомому провіднику; у гальванічних елементах і акумуляторах — це хімічні сили.

ЕРС визначає силу струму в ланцюзі при її заданому опорі. Вимірюється ЕРС, як і напруга, в вольтах .

Електричне поле створюється електричними зарядами або зміною в часі чи просторі магнітного поля. В будь-якому випадку точка в просторі, яка є джерелом електричного поля, представлена, наприклад, у вигляді абстрактного точкового або розподіленого по електропровідній поверхні заряду, також має потенціал. Отже різницю потенціалів на клемах джерела електроенергії найпростіше отримувати шляхом підтримування на його клемах протилежних за знаком зарядів наперед заданою в часі закономірністю.

Цього можна досягти способами:

- електромагнітної індукції (електромеханічні генератори);

- хімічним (гальванічні елементи, акумулятори);

- термоелектричним (термогенератори, термоелементи, термопари);

-світловим (фотоелектричні джерела енергії або фотоелементи);

- магнітогідродинамічним (МГД - генератори) та ін.

Гальванічний елемент - джерело живлення, в якому використовується різниця електродних потенціалів двох металів, занурених у електроліт.

Принцип дії: найпростішим гальванічним елементом є елемент, в якому використовуються цинковий і мідний електроди, занурені в розчин сірчаної кислоти. Кожен із електродів зокрема разом із електролітом, в який він занурений, утворює напівелемент. На поверхні кожного з металів, занурених в електроліт, виникає подвійний електричний шар внаслідок переходу частини атомів металу в розчин у вигляді йонів. Як наслідок, кожен із металів отримує електричний заряд. Якщо з'єднати електроди провідником, то заряд стікатиме від електрода з більшим потенціалом, до електрода з меншим потенціалом, утворюючи електричний струм. При цьому потенціали електродів вирівнюватимуться, що призведе до порушення рівноваги між електродом і електролітом. Це, в свою чергу, викликає перехід нових атомів із електроду в електроліт. В результаті в замкненому колі підтримується електричний струм, який супроводжується розчиненням електродів.

Активна маса електроду — це суміш, яка складається з речовини, хімічна енергія яких під дією заряду перетворюється на електричну енергію (активна речовина), і речовин, які покращують її провідність і певні физико-хімічні властивості.