Для непрерывного протекания постоянного тока необходимо в проводнике поддерживать постоянное электрическое поле, что соответствует присутствию на концах проводника постоянной разности потенциалов (напряжения). Для обеспечения постоянной разности потенциалов на концах проводника используются особые устройства - источники тока.
Источник тока, противодействуя электростатическим силам, осуществляет перенос зарядов от конца проводника с меньшим потенциалом на конец проводника с большим потенциалом. Такое перемещение зарядов могут совершить только не электростатические силы, а силы механической, химической, электромагнитной и др. природы, так называемые сторонние силы.
Работа сторонних сил по перемещению зарядов равна:
.
Работа, которую совершают сторонние силы при перемещении единичного положительного электрического заряда по всей замкнутой цепи, равна электродвижущей силе источника тока (E)
.
ЭДС является главной характеристикой источника тока. В различных источниках физическая природа ЭДС различна. В электрохимических источниках (гальванических элементах) ЭДС обусловлена протеканием химических реакций.
Природа ЭДС, возникающей в генераторах, работающих на принципе электромагнитной индукции, иная. В них механическая энергия, затрачиваемая на вращение ротора, превращается в электрическую. При пересечении проводниками ротора магнитного поля статора на свободные электроны действуют силы Лоренца передвигающие эти электроны по проводникам
У фотогальванических источников (солнечные батареи) ЭДС обусловлена перебросом электронов через потенциальный барьер электронно-дырочного перехода за счет энергии поглощаемых фотонов.
Обобщенный закон Ома для неоднородного, т.е. содержащего источник ЭДС, участка цепи позволяет обосновать самый распространенный способ определения ЭДС с помощью вольтметра. Если цепь разомкнута, то сила тока и - ЭДС равна разности потенциалов на полюсах незамкнутого, ненагруженного источника тока. Эту разность потенциалов измеряют вольтметром. Но, строго говоря, вольтметр показывает напряжение, меньшее ЭДС на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника, потому что через вольтметр идет ток. Если внутреннее сопротивление источника очень мало в сравнении с сопротивлением вольтметра, то способ вольтметра достаточно точен. Если же внутреннее сопротивление источника сопоставимо с сопротивлением вольтметра, то способ вольтметра неприменим.
Для точного измерения ЭДС необходим такой метод, при котором ток от исследуемого источника в момент измерения не учитывается. Метод компенсации, которому посвящена данная работа, обладает такой возможностью.