В школе многие дети путают ЭДС (электродвижущая сила) и напряжение. И то, и то измеряется в вольтах — это ещё больше запутывает и некоторые вообще подменяют понятия осознанно, как будто это одно и то же. Разницу мало кто видит. Спрашивая взрослых людей, я никогда ещё не получал двух одинаковых ответов (если не считать заученные или прочитанные цитаты из учебников или Википедии).
Уверен, что под этой статей будет масса комментариев, из которых вы узнаете множество разных определений (правильных и не очень). А я уже предвкушаю, как буду читать комментарии о своей некомпетентности, бездарности и многом другом. Но начать хочется с двух анекдотов.
Студенты сдают экзамен по электротехнике. Один из них тянет билет.
Профессор: Ну... какой у вас вопрос?
Студент вяло отвечает: Дать определение электричеству.
Профессор: Ну и? Слушаю вас.
Студент: Вот не поверите — знал и забыл.
Профессор очень громко на всю аудиторию: Посмотрите на него! Весь мир не знает, а этот товарищ знал, да ещё и забыл...
Подходит другой студент и тоже тянет билет. Профессор смотрит на вопрос и озвучивает: Как работает низкочастотный трансформатор?
Студент: У-у-у-у...
Профессор: А как работает среднечастотный трансформатор?
Студент: Ы-и-ы-и-ы-и...
Профессор: А как работает высокочастотный трансформатор?
Студент поднял палец вверх, зажмурился глазами вниз и мелко-мелко подрагивая всем телом, как бы неслышно пропищал: ...... !!!
***
Но вернёмся к ЭДС и напряжению. Если совсем коротко, то ЭДС — это возможность, а напряжение — это реальность. Если всё равно ничего не понятно, то поехали дальше.
Некоторые не без основания считают, что ЭДС — это разность потенциалов на контактах источника без нагрузки, а напряжение — разность потенциалов на источнике под нагрузкой.
В реальности напряжение всегда чуточку меньше ЭДС — в этом несложно убедиться на опыте. Впрочем, если источник напряжения идеальный (внутреннее сопротивление равно нулю) или сопротивление цепи бесконечно велико, то ЭДС и напряжение будут равны (это очень часто подразумевается в теоретических школьных задачах).
Объяснение на пальцах
Но давайте я постараюсь объяснить более наглядно, с аналогиями, на пальцах, так сказать. Для начала, давайте поймем, что такое напряжение, сила тока и сопротивление. Картинка в помощь.
Если проводить аналогии с водопроводной трубой, то сама труба — это проводник, давление воды в трубе — это напряжение, а напор — это сила тока. Понятно что давление и напор связны между собой. Чем больше давление в трубах, тем больший напор и тем больше воды вытекает из крана за единицу времени. Если давление маленькое, то и напор воды маленький, вода из крана будет еле литься. Это подтверждает закон Ома.
Но что же такое ЭДС? Если проводить аналогию с водопроводом и дальше, то ЭДС — это способность насоса создать давление в трубе, а сам насос — это источник ЭДС. Без насоса в трубе не было бы никакого напора и вода бы никула не лилась. То есть причиной напора (напряжения) является насос (ЭДС).
Теперь вернёмся от воды к электричеству. Нестрогие, но понятные определения будут такими. Напряжение — это работа электрического поля по переносу заряда. ЭДС — работа сторонних сил по перемещению заряда вдоль всего контура.
Разница небольшая и по сути лишь в том, что во втором случае работа производится внешними силами. Например, если источником ЭДС выступает батарейка, сторонние силы возникают в результате химической реакции между электродами и электролитами. В генераторе — за счет механической энергии вращение ротора генератора. А если речь про расческу, которую мы трём об волосы, то сам факт потирания был сторонними силами. В случае с напряжением работа всегда совершается электрическим полем.
То есть напряжение не берется из ниоткуда. Чтобы его создать, нужен источник ЭДС. В каком-то смысле понятия напряжения и ЭДС противоположны. ЭДС создает разность потенциалов (разделяет заряды), а напряжение старается эту разность убрать (вернуть все заряды на свои места, распределить их равномерно).
Как я уже сказал в начале, уверен, что найдутся те, кому моё объяснение покажется недостаточно строгим или даже неправильным. Но статья была не для них, а для тех, кто не понимает. В общем, надеюсь,что кому раньше было вообще ничего непонятно теперь стало хоть немного понятнее.
Заходите в гости в мой Телеграмм-канал и вот, что ещё рекомендую почитать:
