Источник ЭДС

Рисунок 1. Обозначение на схемах источника ЭДС (слева) и реального источника напряжения (справа). Вариант.

Исто́чник ЭДС (идеа́льный источник напряже́ния) — двухполюсник, напряжение на зажимах которого не зависит от тока, протекающего через источник и равно его ЭДС. ЭДС источника может быть задана либо постоянным, либо как функция времени, либо как функция от внешнего управляющего воздействия. В простейшем случае ЭДС определена как константа, обычно обозначаемая буквой ${\displaystyle {\mathcal {E}}}$.

Свойства

Идеальный источник напряжения

Рисунок 2. Реальный источник напряжения под нагрузкой

Рисунок 3. Нагрузочная характеристика идеального (синий) и реального (красный) источников.

Напряжение на выводах идеального источника напряжения не зависит от нагрузки ${\displaystyle U={\mathcal {E}}={\text{const}}}$. Ток определяется только сопротивлением внешней цепи ${\displaystyle R}$:

${\displaystyle I={\frac {U}{R}}.}$

Модель идеального источника напряжения используется для представления реальных электронных компонентов в виде эквивалентных схем. Собственно, идеальный источник напряжения (источник ЭДС) является физической абстракцией, поскольку при стремлении сопротивления нагрузки к нулю ${\displaystyle R\rightarrow 0}$ отдаваемый ток и электрическая мощность неограниченно возрастают, что противоречит физической природе источника.

Реальный источник напряжения

В реальности любой источник напряжения обладает внутренним сопротивлением ${\displaystyle r}$. Следует отметить, что внутреннее сопротивление — это исключительно конструктивное свойство источника. Эквивалентная схема реального источника напряжения представляет собой последовательное включение идеального источника ЭДС ${\displaystyle {\mathcal {E}}}$ и внутреннего сопротивления ${\displaystyle r}$.

На рисунке 3 приведены нагрузочные характеристики идеального источника напряжения (синяя линия) и реального источника напряжения (красная линия).

${\displaystyle {\mathcal {E}}=U_{r}+U_{R},}$

где

${\displaystyle U_{r}=I\cdot r,}$ — падение напряжения на внутреннем сопротивлении;

${\displaystyle U_{R}=I\cdot R,}$ — падение напряжения на нагрузке.

При коротком замыкании ${\displaystyle R=0}$ вся мощность источника энергии рассеивается на его внутреннем сопротивлении. В этом случае ток короткого замыкания ${\displaystyle I_{\text{s.c.}}}$ будет максимален. Зная напряжение холостого хода ${\displaystyle U_{\text{xx}}}$ и ток короткого замыкания, можно вычислить внутреннее сопротивление источника напряжения:

${\displaystyle r={\frac {U_{\text{xx}}}{I_{\text{s.c.}}}}.}$

Применение

При помощи модели источника напряжения хорошо описываются химические источники тока, батарейки, гальванические элементы, коллекторные генераторы постоянного тока с параллельным возбуждением и бытовые электросети для маломощных потребителей.

Различают источник постоянного и переменного напряжения, а также источник напряжения, управляемые напряжением (ИНУН) и источники напряжения, управляемые током (ИНУТ).

Обозначения

Существуют различные варианты обозначений источника напряжения. Наиболее часто встречается обозначение (a) . Вариант (c) устанавливается ГОСТ^[1] и IEC^[2]. Стрелка в кружке указывает на положительную клемму на выходе источника. При выборе обозначения нужно быть осмотрительным и использовать пояснения, чтобы не допускать путаницы с источниками тока (b), который обозначен так в статье «Источник тока».

Рисунок 4. Обозначения источника напряжения на схемах

Определение полюсов

Чтобы определить, который полюс источника постоянного напряжения является положительным, а какой — отрицательным, используются специальные «полюсоискатели», действие которых основано на явлении электролиза. Полюсоискатель представляет собой стеклянную ампулу, заполненную раствором поваренной соли с добавкой фенолфталеина. В ампулу снаружи введены электроды. При подключении к электродам источника напряжения начинается электролиз: на отрицательном полюсе идёт выделение водорода и образуется щелочная среда. Из-за наличия щёлочи фенолфталеин меняет свою окраску — краснеет, по красной окраске у электрода и судят о том, что он соединён с отрицательным полюсом источника напряжения^[3].

См. также

• Источник тока
• Внутреннее сопротивление
• Закон Ома
• Опыт холостого хода
• Опыт короткого замыкания
• Теорема Тевенена
• Правила Кирхгофа

Примечания

Литература

• Электротехника: Учеб. для вузов/А. С. Касаткин, М. В. Немцов.— 7-е изд., стер.— М.: Высш. шк., 2003.— 542 с.: ил. ISBN 5-06-003595-6
• Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. — М.: Гардарики, 2002. — 638 с. — ISBN 5-8297-0026-3.