Как рассчитать ЭДС

Электродвижущая сила (ЭДС) - понятие незнакомое для большинства людей, но оно тесно связано с более знакомым понятием напряжения. Понимание разницы между ними и того, что означает EMF, дает вам инструменты, необходимые для решения многих проблемы физики и электроники, а также вводит понятие внутреннего сопротивления батареи. ЭДС сообщает вам напряжение батареи без уменьшения внутреннего сопротивления, как это происходит при обычных измерениях разности потенциалов. Вы можете рассчитать его несколькими способами, в зависимости от того, какая информация у вас есть.

TL; DR (слишком длинный; Не читал)

Рассчитайте ЭДС по формуле:

ε = V + Ir

Здесь (V) означает напряжение ячейки, (I) означает ток в цепи и (r) означает внутреннее сопротивление ячейки.

Что такое ЭДС?

Электродвижущая сила - это разность потенциалов (т. Е. Напряжение) на клеммах батареи при отсутствии тока. Может показаться, что это не имеет значения, но каждая батарея имеет «внутреннее сопротивление». Это как обычное сопротивление, которое уменьшает ток в цепи, но существует внутри батареи сам. Это связано с тем, что материалы, из которых состоят элементы в батарее, имеют собственное сопротивление (так как практически все материалы имеют).

Когда через элемент не течет ток, это внутреннее сопротивление ничего не меняет, потому что нет тока, который мог бы замедлить его. В некотором смысле, ЭДС можно рассматривать как максимальную разность потенциалов на клеммах в идеальной ситуации, и на практике она всегда больше, чем напряжение батареи.

Уравнения для расчета ЭДС

Есть два основных уравнения для расчета ЭДС. Наиболее фундаментальное определение - это количество джоулей энергии (E), которое набирает каждый кулон заряда (Q) при прохождении через ячейку:

Где (ε) - это символ электродвижущей силы, (E) - это энергия в цепи, а (Q) - это заряд цепи. Если вы знаете результирующую энергию и количество заряда, проходящего через ячейку, это самый простой способ рассчитать ЭДС, но в большинстве случаев у вас нет этой информации.

Вместо этого вы можете использовать определение, больше похожее на закон Ома (V = IR). Это можно выразить как:

\ epsilon = I (R + r)

(I) означает ток, (R) - сопротивление рассматриваемой цепи, а (r) - внутреннее сопротивление ячейки. Расширение этого показывает тесную связь с законом Ома:

\ epsilon = IR + Ir = V + Ir

Это показывает, что вы можете рассчитать ЭДС, если знаете напряжение на клеммах (напряжение, используемое в реальных ситуациях), протекающий ток и внутреннее сопротивление ячейки.