Електрорушійна сила (ЕРС) - незнайоме поняття для більшості людей, але воно тісно пов’язане з більш звичним поняттям напруги. Розуміння різниці між ними та тим, що означає ЕРС, дає вам необхідні інструменти для вирішення багатьох питань проблем фізики та електроніки та вводить поняття внутрішнього опору батареї. EMF повідомляє вам напругу акумулятора без внутрішнього опору, що зменшує значення, як це робиться для звичайних вимірювань різниці потенціалів. Ви можете обчислити його кількома різними способами, залежно від того, якою інформацією ви володієте.
TL; ДР (занадто довгий; Не читав)
Обчисліть ЕРС за формулою:
ε = V + Ir
Тут (V) означає напругу комірки, (I) означає струм в ланцюзі, а (r) означає внутрішній опір комірки.
Що таке ЕРС?
Електрорушійна сила - це різниця потенціалів (тобто напруга) на клемах акумулятора, коли струм не протікає. Це може здатися не схожим на різницю, але кожна батарея має “внутрішній опір”. Це є як звичайний опір, який зменшує струм в ланцюзі, але він існує в акумуляторі себе. Це пов’язано з тим, що матеріали, що використовуються для складання елементів батареї, мають власний опір (оскільки, по суті, всі матеріали мають опір).
Коли крізь комірку не протікає струм, цей внутрішній опір нічого не змінює, оскільки для нього немає струму, щоб він уповільнився. Певним чином, ЕРС можна розглядати як максимальну різницю потенціалів на клемах в ідеалізованій ситуації, і вона завжди більша за напругу акумулятора на практиці.
Рівняння для розрахунку ЕРС
Існує два основних рівняння для розрахунку ЕРС. Найбільш фундаментальним визначенням є кількість джоулів енергії (E), яку кожен кулон заряду (Q) набирає, проходячи крізь клітинку:
Де (ε) - символ електрорушійної сили, (E) - енергія в ланцюзі, а (Q) - заряд ланцюга. Якщо ви знаєте результуючу енергію та величину заряду, що проходить через комірку, це найпростіший спосіб розрахувати ЕРС, але в більшості випадків у вас не буде такої інформації.
Натомість ви можете використовувати це визначення більше як закон Ома (V = IR). Це можна виразити як:
\ epsilon = I (R + r)
З (I) означає струм, (R) для опору розглянутого ланцюга та (r) для внутрішнього опору комірки. Розширюючи це, виявляється тісний зв’язок із законом Ома:
\ epsilon = IR + Ir = V + Ir
Це показує, що ви можете розрахувати ЕРС, якщо знаєте напругу на клемах (напруга, яка використовується в реальних ситуаціях), струм, що протікає, і внутрішній опір комірки.
Як розрахувати ЕРС: приклад
Як приклад, уявіть, що у вас є ланцюг з різницею потенціалів 3,2 В із струмом 0,6 А, що протікає, і внутрішнім опором акумулятора 0,5 Ом. Використовуючи формулу вище:
\ epsilon = V + Ir = 3,2 \ text {V} + (0,6 \ text {A}) (0,5 \ text {} \ Omega) = 3,5 \ text {V}
Отже, ЕРС цієї схеми дорівнює 3,5 В.