Что такое ЭДС источника тока?

Если замкнуть между собой полюса заряженного конденсатора, то под влиянием электростатического поля, накопленного между его обкладками, во внешней цепи конденсатора в направлении от положительного полюса к отрицательному начинается движение носителей заряда – электронов.

Однако в процессе разряда конденсатора электрическое поле, действующее на движущиеся заряженные частицы, быстро ослабевает до полного исчезновения. Поэтому возникшее в цепи разряда протекание электрического тока имеет кратковременный характер и процесс быстро затухает.

Для длительного поддержания тока в проводящей цепи используются устройства, неточно называемые в быту источниками тока (в строго физическом смысле это не так). Чаще всего такими источниками служат химические батареи.

Вследствие происходящих в них электрохимических процессов на их клеммах происходит накопление разноименных электрических зарядов. Силы не электростатической природы, под действием которых осуществляется подобное распределение зарядов, называют сторонними силами.

Уяснить природу понятия ЭДС источника тока поможет рассмотрение следующего примера.

Представим себе проводник, находящийся в электрическом поле, как показано ниже на рисунке, то есть таким образом, что внутри него также существует электрическое поле.

Известно, что под воздействием этого поля в проводнике начинает протекать электрический ток. Теперь возникает вопрос о том, что происходит с носителями заряда, когда они достигают конца проводника, и будет ли этот ток оставаться неизменным с течением времени.

Мы можем легко сделать вывод, что при разомкной цепи в результате влияния электрического поля заряды будут накапливаться на концах проводника. В связи с этим электрический ток не будет оставаться постоянным и движение электронов в проводнике будет очень кратковременным, как показано ниже на рисунке.

Таким образом, для того, чтобы поддерживать в проводящей цепи постоянное протекание тока, эта цепь должна быть замкнута, т.е. иметь форму петли. Однако для поддержания тока даже это условие не является достаточным, так как заряд всегда движется в сторону меньшего потенциала, а электрическое поле всегда делает положительную работу над зарядом.

Теперь после путешествия по замкнутой цепи, когда заряд возвращается к исходной точке, где он начал свой путь, потенциал в этой точке должен быть таким же, каким он был в начале движения. Однако протекание тока всегда связано с потерей потенциальной энергии.

Следовательно, нам необходим некий внешний источник в цепи, на клеммах которого поддерживается разность потенциалов, увеличивающая энергию движения электрических зарядов.

Такой источник позволяет осуществить путешествие заряда от более низкого потенциала к более высокому в направлении, противоположном движению электронов под действием электростатической силы, пытающейся протолкнуть заряд от более высокого потенциала к более низкому.

Эту силу, заставляющую заряд двигаться от более низкого к более высокому потенциалу, принято называть электродвижущей силой. ЭДС источника тока - это физический параметр, который характеризует работу, затраченную на перемещение зарядов внутри источника сторонними силами.

В качестве устройств, обеспечивающих ЭДС источника тока, как уже упоминалось, используются аккумуляторы, а также генераторы, термоэлементы и т.д.

Теперь мы знаем, что элемент питания за счет своей внутренней ЭДС обеспечивает разность потенциалов между выводами источника, способствуя непрерывному перемещению электронов в направлении, противоположном действию электростатической силы.

ЭДС источника тока, формула которой приведена ниже, как и разность потенциалов выражается в вольтах :

E = A_ст/Δq,

где А_ст - работа сторонних сил, Δq – заряд, перемещенный внутри источника.