Що таке електрорушійна сила ЕРС

Електрорушійна сила (ЕРС) – це кількісний вимір роботи сторонніх сил, які здійснюють переміщення заряду і представляє собою (ЕРС) характеристику джерела струму.

Величина, чисельно рівна різниці потенціалів між зажимами генератора при відсутності струму в його ланцюгах.

ЕРС вимірюється в Вольтах.

Джерела електромагнітної енергії (генератори) – пристрої, що перетворюють енергію будь-якого неелектричного виду в електричну. Такими джерелами, наприклад, є:

  • генератори на електростанціях (теплових, вітрових, атомних, гідростанціях), що перетворюють механічну енергію в електричну;
  • гальванічні елементи (батареї) і акумулятори всіх типів, що перетворюють хімічну енергію в електричну і т. д.

ЕРС чисельно дорівнює роботі, яку здійснюють сторонні сили при переміщенні одиничного позитивного заряду всередині джерела або саме джерело, проводячи одиничний позитивний заряд по замкнутому ланцюзі.

Електрорушійна сила ЕРС Е – скалярна величина, що характеризує здатність стороннього поля та індуктированного електричного поля викликати електричний струм. ЕРС Е чисельно дорівнює роботі (енергії) W в джоулях (Дж), що витрачається цим полем на переміщення одиниці заряду (1 Кл) з однієї точки поля в іншу.

Одиницею вимірювання ЕРС є вольт (В).

Таким чином, ЕРС дорівнює 1 В, якщо при переміщенні заряду в 1 Кл по замкнутому ланцюзі відбувається робота в 1 Дж:

[Е] = I Дж/1 Кл = 1 В.

Переміщення зарядів по ділянці електричного кола супроводжується витратою енергії.

Величину, чисельно рівну роботі, яку здійснює джерело, проводячи одиничний позитивний заряд по даній ділянці ланцюга, називають напругою U. Так як ланцюг складається з зовнішньої і внутрішньої ділянок, розмежовують поняття напружень на зовнішньому Uвш і внутрішньому Uвт ділянках.

Зі сказаного очевидно, що ЕРС джерела дорівнює сумі напруг на зовнішньому U і внутрішньому U ділянках ланцюга:

Е = Uвш + Uвт.

Ця формула виражає закон збереження енергії для електричного кола.

Виміряти напруги на різних ділянках ланцюга можна тільки при замкнутому ланцюзі. ЕРС вимірюють між зажимами джерела при розімкненому колі.

Напрямок ЕРС – це напрямок примусового руху позитивних зарядів всередині генератора від мінуса до плюса під дією іншої, ніж електрична, природи.

Внутрішній опір генератора – це опір конструктивних елементів всередині нього.

Ідеальне джерело ЕРС – генератор, внутрішній опір якого дорівнює нулю, а напруга на його затискачах не залежить від навантаження. Потужність ідеального джерела ЕРС нескінченна.

Реальне джерело ЕРС, на відміну від ідеального, містить внутрішній опір Ri і його напруга залежить від навантаження, а потужність джерела кінцева. Електрична схема реального генератора ЕРС є послідовним з’єднанням ідеального генератора ЕРС Е і його внутрішнього опору Ri.

На практиці для того щоб наблизити режим роботи реального генератора ЕРС до режиму роботи ідеального, внутрішній опір реального генератора Ri намагаються робити якомога менше, а опір навантаження Rн необхідно підключати величиною не менше ніж в 10 разів більшої величини внутрішнього опору генератора, тобто необхідно виконувати умову:

Rн >> Ri

Для того щоб вихідна напруга реального генератора ЕРС не залежала від навантаження, її стабілізують застосуванням спеціальних електронних схем стабілізації напруги.

Оскільки внутрішній опір реального генератора ЕРС не може бути виконано нескінченно малим, його мінімізують і виконують стандартним для можливості узгодженого підключення до нього споживачів енергії. У радіотехніці величини стандартного вихідного опору генераторів ЕРС становлять 50 Ом (промисловий стандарт) і 75 Ом (побутовий стандарт).

Наприклад, всі телевізійні приймачі мають вхідний опір 75 Ом і підключені до антен коаксіальним кабелем саме такого хвильового опору.

Для наближення до ідеальних генераторів ЕРС джерела напруги живлення, що використовуються у всій промисловій і побутовій радіоелектронній апаратурі, виконують із застосуванням спеціальних електронних схем стабілізації вихідної напруги, які дозволяють витримувати практично незмінну вихідну напругу джерела живлення в заданому діапазоні струмів, споживаних від джерела ЕРС (іноді його називають джерелом напруги).

Електрорушійна сила Е батареї послідовно з’єднаних однакових елементів дорівнює електрорушійній силі одного елемента Е, помноженої на число елементів n батареї:

Е = Nе

Посилання на основну публікацію