Источник электродвижущей силы и его характеристика

Источник ЭДС и его характеристика.

Электродвижущей силой источника (ЭДС) называется скалярная величина, численно равная работе сторонних сил при перемещении единицы положительного заряда; ЭДС источника числено равна разности потенциалов на концах разомкнутого элемента (без нарузки). Электродвижущая сила измеряется в тех же единицах, что и напряжение. [E] = [W]/[q] = Дж/Кл = В×А×с/А×с = В (вольт). Тогда разность потенциалов (напряжение) 1 вольта равна 1 джоулю энергии необходимому для перемещения заряда в 1 кулон из одной точки проводника в другую.

ЭДС возникает при диффузии ионов в электролитах, при электромагнитной индукции, при электромагнитной индукции, при освещении светом полупроводниковых элементов и т.д.

Источник электродвижущей силы – это источники электромагнитной энергии, характеризирующейся электродвижущей силой E и внутренним электрическим сопротивлением R_вт.

Принципы работы независимого источника ЭДС рассмотрим на примере простейшей цепи, состоящей из этого источника ЭДС и резистивного элемента-приемника с переменным сопротивлением R (сопротивлением проводов пренебрегаем). На схеме замещения источник ЭДС представляют в виде двух элементов: идеального источника ЭДС E, внутреннее сопротивление которого равно нулю, и последовательного соединенного с ним резистора, сопротивление которого R_вт.

Электродвижущая сила E численно равна разности потенциалов или напряжению U_12X между положительным 1 и отрицательным 2 зажимами источника энергии при отсутствии в нем тока ( I=0 ), т.е. в режиме холостого хода (ХХ),

и действует в источнике от зажима с меньшим потенциалом ( 2 ) к зажиму с большим потенциалом (1). Направление действия ЭДС указывается в кружочке стрелкой. При подключении к выводам 1 и 2 нагрузки R  в замкнутом контуре цепи возникает ток I; при этом напряжение на зажимах 1 и 2 уже не будет равно ЭДС E вследствие падения напряжения  на внутреннем сопротивлении R_вт источника ЭДС:

Зависимость напряжения на зажимах источника ЭДС от тока в нем носит название внешней характеристики источника, т.е. U₁₂ = f (I). При увеличении тока от нуля до номинального значения I = I₁ напряжение на зажимах источника ЭДС убывает практически по прямолинейному закону. При дальнейшем увеличении тока (при уменьшении сопротивления R) эта пропорциональность нарушается  (кривая 1) при этом величена ЭДС E у некоторых источников уменьшается и возрастает значение внутреннего сопротивления R_вт.

При идеализации источника ЭДС ( Е=const, R_вт=const при любом значении тока I) внешняя характеристика источника ЭДС U = f (I) будет линейной (кривая 2) и ток короткого замыкания (при R=0 и U = 0) стремиться к значению . Такой режим работы источника ЭДС является аварийным и недопустимым, вследствие значительного возрастания тока (в десятки раз по сравнению с расчетным номинальным током источника), т.к. внутренне сопротивление R_вт источников ЭДС обычно мало.

Если сопротивление R_вт << R  и напряжение U_вт << U, т.е. источник ЭДС работает в режиме, близком к режиму ХХ – холостого хода(), то такой источник называют идеальным источником ЭДС или источником напряжения с внешней характеристикой - прямой , параллельной оси абсцисс (кривая 3).

Заметим, что для идеального источника напряжения режим короткого замыкания (КЗ) исключается, т. к. при ,.

Напряжение на сопротивлении R приемника .