Что такое ЭДС источника тока?

ЭДС источника тока (электродвижущая сила) — это физическая величина, которая показывает, какую работу совершают сторонние силы внутри источника, чтобы переместить электрический заряд от клеммы с меньшим потенциалом к клемме с большим потенциалом.

Что значит «сторонние силы»

Внутри источника тока (батарейки, аккумулятора, генератора) заряд «сам по себе» не потечёт в нужном направлении, потому что электрическое поле стремится двигать положительный заряд от большего потенциала к меньшему. Чтобы “поднять” заряд обратно на более высокий потенциал и тем самым поддерживать разность потенциалов на клеммах, нужны силы неэлектростатической природы:

• в батарейке/аккумуляторе — химические силы,

• в генераторе — силы, связанные с электромагнитной индукцией,

• в солнечном элементе — силы, связанные с действием света на носители заряда и т.п.

Именно эти силы и называются сторонними.

Определение через работу

ЭДС обозначают обычно буквой ε и определяют так:

ε = A / q,
где A — работа сторонних сил по переносу заряда внутри источника, q — величина перенесённого заряда.

Единица измерения ЭДС — вольт (В), потому что 1 В = 1 Дж/Кл.

Связь с напряжением на клеммах

Важно различать ЭДС и напряжение на зажимах источника:

• ЭДС — характеристика самого источника: сколько энергии источник сообщает единичному заряду внутри себя.

• Напряжение на клеммах зависит от того, подключена ли нагрузка и каков ток.

Если источник не нагружен (цепь разомкнута, ток почти нулевой), то напряжение на клеммах обычно приблизительно равно ЭДС.

Если источник нагружен (течёт ток), то из-за внутреннего сопротивления часть энергии рассеивается внутри источника, и клеммное напряжение становится меньше ЭДС:

U = ε − I·r,
где U — напряжение на клеммах, I — ток, r — внутреннее сопротивление источника.

Физический смысл

ЭДС можно понимать как “энергию на 1 кулон”, которую источник способен дать заряду, поддерживая ток в цепи. Чем больше ЭДС, тем сильнее источник стремится “протолкнуть” заряд по внешней цепи (при прочих равных условиях).