При нагнетании насосом воды в закупоренную с одной стороны трубу образуется два участка. Один с повышенным давлением, другой с пониженным.
Давление обусловлено "сжатием" молекул воды, то есть сокращением расстояния между ними.
Насос - батарея, труба - проводник, молекулы - электроны.
Насос остановлен, движения жидкости нет, но давление способно прорвать трубу, совершить работу. Поведение саккумулированой потенциальной энергии.
Напряжение - это "электрическое давление".
Человечек по ступенькам поднимается до уровня второго этажа. Потенциальная энергия его массы относительно уровня земли увеличивается.
Человечек прыгает, совершается работа по перемещению массы человечка.
В примере с человечком энергия переходит из одного состояния в другое:
Энергия пищи - потенциальная энергия тела на 2 этаже - кинетическая энергия падения - тепловая энергия при ударе о пол.
В электрической цепи:
Энергия химической реакции батареи - энергия электрического тока - тепловая энергия в резисторах.
ЭДС характеризует переход "сторонней", неэлектрической энергии в электрическую.
Напряжение напротив, характеризует переход электрической энергии в "стороннюю", неэлектрическую.
Величина напряжения количественно равна величине ЭДС. Сколько энергии вошло в цепь, столько и вышло. Обе величины описывают общее количество энергии в цепи.
Падение напряжения - это часть общего напряжения. Оно описывает переход электрической энергии в неэлектрическую в отдельном элементе цепи.
Сумма всех падений напряжения дает общее напряжение цепи.
ЭДС и напряжение равны по величине, но всегда противоположно направлены.
Отсюда V = - E или E = - V.
При наполнении воздушного шарика в нем аккумулируется потенциальная энергия сжатого воздуха .
При сдувании - совершается работа по движению частиц воздуха и переход энергии в тепловую, нагрев стенок шара.
Природа ЭДС и напряжения одна. Но они всегда описывают противоположные процессы.
Подобно описанию финансового потока при зарабатывании и растрате.
ЭДС - это характеристика источника в электрической цепи, напряжение - нагрузки.
Общепринятым положительным направлением тока считается направление движения положительных зарядов.
Так в нагрузке положительные заряды движутся "естественно", от плюса к минусу.
В источнике - "неестественно", от минуса к плюсу, происходит "накачка" цепи энергией сторонними силами, в результате химической реакции батареи.
Подведём итоги.
- ЭДС, напряжение и падение напряжения имеют одинаковую физическую природу.
- Описывают потенциальную энергию электрического заряда.
- ЭДС описывает переход неэлектрической энергии в электрическую.
- Напряжение описывает переход электрической энергии в неэлектрическую
- ЭДС и напряжение всегда равны по количественной составляющей.
- ЭДС и напряжение всегда противоположны по направлению.
- Падение напряжения - это часть напряжения всей цепи, выделенного на отдельном элементе цепи.
- Напряжение всей цепи равно сумме падений напряжений на всех элементах этой цепи.
- ЭДС - это характеристика источника цепи.
- Напряжение и падение напряжения - это характеристики нагрузки цепи.