ЭДС (Электродвижущая сила)

30.08.2012 17:08

В прошлом примере мы с вами разобрали, что  такое напряжение. Но есть еще один очень интересный параметр, который также, как и напряжение, выражается в Вольтах, но носит совсем другой характер.

 

 

Думаю, вам уже знакома водонапорная башня из статьи про напряжение

 

 

Допустим, что башня полностью заполнена водой. Внизу башни мы просверлили отверстие и врезали туда трубу, по которой вода бежит к вам домой.

 

Сосед захотел полить огурцы, вы решили помыть авто, мать затеяла стирку и вуаля! Поток воды стал меньше и меньше, и вскоре совсем перестал бежать... Что случилось? Вода в башне закончилась... Время, которое потребуется, чтобы опустошить башню, зависит от емкости самой башни, а также от того, сколько потребителей будут пользоваться водой.

 

Все то же самое можно сказать и про радиоэлемент конденсатор:

 

Допустим мы его зарядили от батарейки 1,5 Вольт и он принял заряд.  Нарисуем заряженный конденсатор вот так:

 

Но как только мы цепанем к нему нагрузку (пусть нагрузкой будет светодиод) с помощью замыкания ключа S, в первые доли секунд светодиод будет светиться ярко, а потом тихонько угасать... и пока полностью не потухнет. Время угасания светодиода будет зависеть от емкости конденсатора, а также от того, какую нагрузку мы цепанем к  заряженному конденсатору. В данном же случае цепанули один светодиод, а можно было бы и больше.

Как я сказал, это равносильно простой наполненной башне и потребителям, которые пользуются водой.

 

Но почему тогда в наших башнях вода никогда не заканчивается? Да потому что работает насос подачи воды! А откуда этот насос берет воду? Из скважины, которая пробурена для добычи подземных вод. Иногда ее еще называют артезианской.

Как только башня полностью наполнится водой, насос выключается. Грубо говоря, так работает водобашня, но на самом деле все гораздо хитрее. Не будем вдаваться в подробности.

 

Итак, давайте вспомним, что  такое напряжение? По аналогии с гидравликой - это уровень воды в водобашне. Полная башня - это максимальный уровень воды, значит максимальное напряжение. Нет в башне воды - напряжение ноль. Так что поддерживает в башне уровень воды на максимальной отметке? Разумеется водонасос! А теперь внимание!

Как вы помните из прошлых статей, молекулы воды - это типа электроны. Чтобы возник электрический ток, электроны должны двигаться в одном направлении. Чтобы они двигались в одном направлении, должно быть напряжение и какая-нибудь нагрузка. То есть вода в башне - это напряжение, люди, которые тратят воду для своих нужд - это нагрузка, то есть они создают поток воды из трубы, которая находится у подножия водобашни. То есть вода начинает течь из этой трубы к потребителям. Вода должна всегда быть на максимальной отметке, независимо от того, сколько людей тратит воду для своих нужд одновременно, иначе башня опустошится. Для водобашни этим спасительным средством является водонасос. А для электрического тока?

 

 

Для электрического тока должна быть какая-то сила, которая бы толкала электроны в одном направлении в течение продолжительного времени. То есть эта сила должна двигать электричество! Электродвижущая сила! Да, именно так! ЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА!  Можно назвать ее сокращенно ЭДС - ЭлектроДвижущаяСила ;-) Измеряется она в Вольтах, как и напряжение, и обозначается буквой E.

 

Значит, в наших батарейках тоже есть такой "насос"? Есть, и правильней было бы его назвать "насос подачи электронов"))) Но, конечно, так никто не говорит.  Говорят просто  - ЭДС ;-). Интересно, а где спрятан этот насос в батарейке? Это просто-напросто электрохимическая реакция, из-за которой держится "уровень воды" в батарейке, но потом все-таки этот насос изнашивается и напряжение в батарейке начинает проседать, потому как "насос" не успевает качать воду. В конце концов он полностью ломается и напряжение на батарейке стает практически ноль.

 

Представьте себе горы, солнце, снег... и вы на сноуборде или на лыжах мчитесь вниз со всей дури вместе с толпой таких же безбашенных друзей)

 

Но почему сноуборд или лыжи несут вас под гору, а в гору не хотят? Земля притягивает вас к себе, то есть здесь замешана гравитационная сила Земли. Поэтому  вы всегда будете скатываться с горки вниз, а не вверх.

Но давайте предположим, что вы и ваши друзья - это электроны). Вы всей толпой катитесь вниз, а как вы помните, электрический ток - это направленное движение заряженных частиц. Значит, вы создаете электрический ток ;-).Но как долго вы будете продолжать движение в одном направлении? Пока горка не превратится в равнину:

Сила трения о снег вас в конце-концов остановит. Получается, что электрический ток прекратился? Получается что так... 

 

Но подыматься обратно в гору, пешком, вы конечно же не намерены. Да и если даже стать под горку, вы не покатитесь в гору. Притяжение Земли в данный момент работает против вас.  Для этого существуют подъемники ;-). Сели и поехали.

Так вот, подъемник в данном случае - это и есть ЭДС для вас и ваших друзей!

 

 

Но опять же, какие условия должны быть, чтобы подъемник поднял вас обратно на горку?

Во-первых, преодолеть силу тяжести Земли.

Если рассмотреть аналогию с электричеством, для того, чтобы батарейка выдавала электрический ток

ЭДС должна быть больше, чем сила электрического отталкивания зарядов.

 

Во-вторых, мощности подъемника должно хватить, чтобы довезти вас на самую верхушку горы. Поэтому важно не перегружать подъемник и не садится в него всей толпой.

В данном случае не закорачивать выводы батарейки, а то произойдет короткое замыкание, и батарея очень быстро разрядится.

 

В-третьих, он должен работать целый день, так как горнолыжники не один и не два раза будут скатываться с горы.

Теперь понимаете, в чем отличие батарейки Duracell от простой батарейки за 5 рублей?

 

Ну и еще один немаловажный момент в наш век капитализма, источник энергии для приведения в действие подъемника должен быть как можно дешевле, иначе по трудо- и временным затратам проще самому подняться в горку.

Почему бы вместо батарейки не использовать блок питания? Блок питания может брать энергию с ГЭС (энергия падающей воды), ТЭЦ (сжигание твердого или жидкого топлива) или АЭС (энергия атома), что будет намного дешевле, чем  каждый раз покупать батарейку.

 

Итак, давайте сделаем глубокомысленные выводы, что же на самом деле из себя представляет ЭДС? ЭДС - это сила НЕэлектрического происхождения, которая поддерживает движение электрического тока в каком-либо направлении.

В наше время существуют такие типы ЭДС:

- электрохимическая ЭДС (ЭДС батареек и аккумуляторов)

- ЭДС фотоэффекта (получение электрического тока от солнечной энергии)

- ЭДС индукции (генераторы, использующие принцип электромагнитной индукции)

- Эффект Зеебека или термоЭДС ( возникновение электрического тока в замкнутой цепи, состоящей из последовательно соединённых разнородных проводников, контакты между которыми находятся при различных температурах)

- пьезоЭДС (получение ЭДС от пьезоэлектриков)

Больше не помню типы ЭДС, если вспомните еще, добавьте в комментах ;-).

 

Читайте также:

Закон Ома для полной цепи

 

Что такое напряжение?

 

Сила тока