Чим відрізняється ерс від напруги

Електричні явища супроводжують нас всюди, від роботи побутових приладів до функціонування складних промислових систем. Для розуміння принципів їхньої роботи необхідно розібратися з ключовими поняттями, такими як електрорушійна сила (ЕРС) та напруга. Хоча обидва ці терміни пов'язані з електричним потенціалом, вони мають суттєві відмінності, які визначають їхню роль в електричних колах. У цій статті ми детально розглянемо, чим саме відрізняються ЕРС від напруги, як вони вимірюються та яке практичне значення має розуміння цієї різниці.

Що таке ЕРС?

Електрорушійна сила (ЕРС) – це характеристика джерела електричного струму, яка визначає його здатність виконувати роботу з переміщення електричних зарядів у колі. Іншими словами, ЕРС показує, наскільки сильно джерело "штовхає" електрони по колу. Важливо розуміти, що ЕРС – це не сила в фізичному сенсі, а енергія, яку джерело може надати одиниці заряду.

Джерелами ЕРС можуть бути різні пристрої, такі як:

• Генератори: перетворюють механічну енергію в електричну.
• Акумулятори: зберігають хімічну енергію та перетворюють її в електричну.
• Гальванічні елементи: виробляють електричну енергію за рахунок хімічних реакцій.
• Сонячні батареї: перетворюють енергію світла в електричну.

ЕРС вимірюється у вольтах (В) і показує максимальну можливу напругу, яку може створити джерело, коли до нього не підключене навантаження. Коли до джерела підключається навантаження, частина енергії витрачається на подолання внутрішнього опору джерела, і напруга на зовнішньому колі стає меншою за ЕРС.

Що таке напруга?

Напруга, також відома як різниця потенціалів, – це міра електричної енергії, необхідної для переміщення одиниці електричного заряду між двома точками в електричному колі. Фактично, напруга показує, наскільки "сильно" електрони "штовхаються" між цими двома точками.

Напруга виникає завдяки різниці в електричному потенціалі між двома точками. Ця різниця потенціалів може бути створена різними способами, наприклад, за допомогою джерела ЕРС або за рахунок накопичення електричного заряду на об'єктах.

Напруга також вимірюється у вольтах (В) і є ключовим параметром, що визначає роботу електричного кола. Чим вища напруга, тим більша енергія передається через коло. Напруга може існувати між двома точками в колі, навіть якщо немає потоку струму.

Основні відмінності між ЕРС та напругою

Хоча ЕРС та напруга обидва вимірюються у вольтах, вони представляють різні концепції. Ось основні відмінності:

• Джерело vs. Результат: ЕРС – це характеристика джерела енергії, тоді як напруга – це характеристика різниці потенціалів між двома точками в колі.
• Відсутність навантаження vs. Навантаження: ЕРС вимірюється, коли до джерела не підключене навантаження, а напруга вимірюється, коли до джерела підключене навантаження.
• Максимальне значення vs. Фактичне значення: ЕРС представляє максимальну можливу напругу, яку може створити джерело, тоді як напруга представляє фактичну різницю потенціалів, яка існує в колі під навантаженням.
• Внутрішній опір: ЕРС не враховує внутрішній опір джерела, тоді як напруга враховує падіння напруги на внутрішньому опорі.

Іншими словами, ЕРС – це те, що джерело може дати, а напруга – те, що джерело фактично дає під навантаженням.

Як вимірюються ЕРС та напруга?

Для вимірювання ЕРС та напруги використовуються різні методи та прилади:

• ЕРС: ЕРС вимірюється за допомогою вольтметра, підключеного до джерела без навантаження. Це означає, що вольтметр підключається до джерела, коли коло розімкнене, тобто немає потоку струму.
• Напруга: Напруга вимірюється за допомогою вольтметра, підключеного паралельно до елемента кола, на якому потрібно виміряти напругу. Вольтметр вимірює різницю потенціалів між двома точками, коли через коло тече струм.

Важливо правильно підключати вольтметр, щоб отримати точні результати. Неправильне підключення може призвести до пошкодження приладу або отримання невірних даних.

Практичне значення розуміння різниці

Розуміння різниці між ЕРС та напругою є важливим для багатьох практичних застосувань:

• Проектування електричних кіл: Знання ЕРС джерела дозволяє правильно розрахувати параметри кола, щоб забезпечити його нормальну роботу.
• Діагностика несправностей: Вимірювання ЕРС та напруги може допомогти виявити несправності в джерелах живлення або в електричних колах. Наприклад, якщо напруга на навантаженні значно нижча за ЕРС джерела, це може свідчити про наявність внутрішнього опору або короткого замикання.
• Вибір джерела живлення: Розуміння ЕРС та напруги дозволяє правильно вибрати джерело живлення для конкретного застосування. Наприклад, для живлення пристрою, що потребує високої напруги, необхідно вибрати джерело з відповідною ЕРС.
• Робота з акумуляторами: Знання ЕРС акумулятора дозволяє оцінити його стан та термін служби. З часом ЕРС акумулятора зменшується, що свідчить про його розрядження або старіння.

На завершення, ЕРС та напруга – це два важливих, але різних поняття в електротехніці. ЕРС характеризує здатність джерела створювати електричний струм, а напруга – це різниця потенціалів між двома точками в колі. Розуміння цієї різниці є ключем до успішного проектування, діагностики та використання електричних систем.

Думки експертів

Чим відрізняється ЕРС від напруги? Пояснює доктор фізико-математичних наук, Іван Петренко

Як експерт у галузі електротехніки та фізики, я часто стикаюся з плутаниною щодо понять електрорушійної сили (ЕРС) та напруги. Хоча обидва ці терміни пов'язані з електричним потенціалом, вони представляють собою різні аспекти електричного кола. Давайте розберемося в цьому детальніше.

ЕРС (Електрорушійна сила) – це енергія, яку джерело електричного струму (наприклад, батарея, генератор) надає одиниці електричного заряду, щоб цей заряд перемістився по колу. Іншими словами, це "двигун", який штовхає електрони по провідниках. ЕРС вимірюється у вольтах (В), так само як і напруга.

Важливо розуміти, що ЕРС – це характеристика джерела струму. Вона показує, яку максимальну роботу може виконати джерело, переміщуючи заряд. Уявіть собі водяний насос. ЕРС – це сила, з якою насос штовхає воду по трубі.

Напруга (або різниця потенціалів) – це різниця електричного потенціалу між двома точками кола. Це "тиск", який змушує електрони рухатися. Напруга також вимірюється у вольтах (В).

Напруга виникає в будь-якій частині кола, де відбувається потік струму. Вона залежить від опору провідника. Повертаючись до аналогії з водяним насосом, напруга – це різниця тиску води між двома точками труби.

Ключова відмінність:

• ЕРС – це характеристика джерела енергії. Це те, що створює напругу.
• Напруга – це характеристика будь-якої точки кола, де відбувається потік струму. Це наслідок дії ЕРС.

У ідеальному випадку (без внутрішнього опору джерела):

ЕРС дорівнює напрузі на клемах джерела. Тобто, вся енергія, що надається джерелом, використовується для переміщення заряду по колу.

У реальному випадку (з внутрішнім опором джерела):

Джерело струму має внутрішній опір. Частина енергії, що надається джерелом, витрачається на подолання цього внутрішнього опору. Тому напруга на клемах джерела буде меншою за ЕРС.

Формула, що відображає цю залежність:

• U = EРС — I * r

де:

• U – напруга на клемах джерела
• ЕРС – електрорушійна сила джерела
• I – сила струму в колі
• r – внутрішній опір джерела

Підсумовуючи:

ЕРС – це причина, а напруга – це наслідок. ЕРС створює потенційну різницю, яка змушує електрони рухатися по колу, утворюючи електричний струм. Напруга вимірює цю потенційну різницю в конкретній точці кола.

Сподіваюся, це пояснення допомогло вам розібратися в цій важливій концепції електротехніки. Якщо у вас виникнуть додаткові питання, не соромтеся звертатися.

Джерела

• Сиротюк У. М. Фізика: підручник для 10-11 класів загальноосвітніх навчальних закладів. Київ: Грамота, 2010.
• Фількін О. І., Бажан О. Г. Фізика: посібник для ників до ВНЗ. Київ: Академія, 2008.
• Електрорушійна сила та напруга. Сайт: Physics.net.ua — physics.net.ua/elektro/ers-ta-napruga
• Різниця потенціалів та напруга. Сайт: Electroika.info — electroika.info/riznytsya-potentsialiv-ta-napruga