Ми вже знаємо, що напруга — це різниця електричних потенціалів між двома точками. Але звідки ця різниця взагалі береться?
Уявімо два резервуари з водою, з’єднані трубою із закритим краном. Якщо рівень води в них однаковий, після відкривання крана напрямленого потоку практично не виникне. Але тепер увімкнемо насос і перекачаємо частину води з одного резервуара в інший. Насос виконає роботу, рівні води стануть різними, а система отримає запас потенціальної енергії. Тепер достатньо відкрити кран — і вода почне рухатися.
Приблизно так само працює батарейка, тільки замість води ми маємо справу з електричними зарядами. Хімічні реакції всередині батарейки не створюють нових електронів, а спричиняють розділення та перерозподіл зарядів. На поверхнях електродів виникають невеликі надлишкові заряди протилежних знаків. Саме вони створюють електричне поле, а між клемами виникає різниця потенціалів — напруга.
Але Якщо хімічні процеси розділяють заряди, чому батарейка не продовжує робити це нескінченно, створюючи дедалі більшу напругу? Річ у тім, що саме розділення зарядів створює електричне поле. І чим сильніше заряди розділені, тим сильніше це поле протидіє їх подальшому розділенню.
У певний момент встановлюється рівновага. Хімічні процеси прагнуть переміщувати заряди в одному напрямку, а електричні сили — у протилежному. Подальше накопичення заряду практично припиняється, і між клемами встановлюється певна різниця потенціалів. Саме тому звичайний елемент живлення створює приблизно 1,5 вольта.
Якщо електричне коло роз’єднане, струму в ньому немає, але різниця потенціалів між клемами зберігається. Це схоже на два резервуари із закритим краном: вода не тече, але різниця рівнів нікуди не зникла.
Тепер з’єднаємо клеми батарейки провідником. У провіднику встановлюється електричне поле, яке діє на вільні електрони, — виникає електричний струм, при цьому електрична енергія передається від батарейки до лампочки. Під час роботи батарейки заряди переміщуються зовнішнім колом. Різниця потенціалів на клемах батарейки підтримується за рахунок хімічної енергії. З часом батарейка поступово розряджається, оскільки запас речовин, здатних підтримувати ці процеси, досить обмежений.
Отже, Щоб створити різницю потенціалів, маємо виконати роботу й розділити заряди. У батарейці цю роботу забезпечують хімічні процеси, у генераторі — механічна енергія та електромагнітна індукція. Але принцип залишається спільним: джерело витрачає певну форму енергії, щоб створити та підтримувати різницю електричних потенціалів.
Додаткову інформацію дивись на сторінці “Світ електрики“.