EMF je chápán jako specifická práce vnějších sil při pohybu jednotkového náboje v obvodu elektrického obvodu. Tento koncept v elektřině zahrnuje mnoho fyzických interpretací souvisejících s různými oblastmi technických znalostí. V elektrotechnice je to specifická práce vnějších sil, která se objevuje v indukčních vinutích, když je na ně aplikováno střídavé pole. V chemii to znamená potenciální rozdíl, ke kterému dochází během elektrolýzy, jakož i během reakcí doprovázených oddělením elektrických nábojů. Ve fyzice odpovídá například elektromotorické síle generované na koncích elektrického termočlánku. Abyste vysvětlili podstatu EMF jednoduchými slovy, budete muset zvážit každou z možností jeho interpretace.
Než přejdeme k hlavní části článku, všimneme si, že EMF a napětí jsou významově velmi blízké, ale přesto poněkud odlišné. Stručně řečeno, EMF je u zdroje energie bez zátěže, a když je k němu připojena zátěž, je to již napětí. Protože počet voltů na napájecím zdroji při zatížení je téměř vždy o něco menší než bez něj. To je způsobeno vnitřním odporem napájecích zdrojů, jako jsou transformátory a galvanické články.
Obsah:
- Elektromagnetická indukce (vlastní indukce)
- Elektromotory a generátory
- Trochu více teorie
- EMF v každodenním životě a jednotkách
- Závěr
Elektromagnetická indukce (vlastní indukce)
Začněme elektromagnetickou indukcí. Tento jev popisuje zákon Faradayova elektromagnetická indukce. Fyzikálním významem tohoto jevu je schopnost elektromagnetického pole indukovat EMF v blízkém vodiči. V tomto případě se buď pole musí změnit například ve velikosti a směru vektorů, nebo se pohybovat vzhledem k vodiči, nebo se vodič musí pohybovat relativně k tomuto poli. V tomto případě vzniká potenciální rozdíl na koncích vodiče.
Existuje další významově podobný jev - vzájemná indukce. Spočívá ve skutečnosti, že změna směru a síly proudu jedné cívky indukuje EMF na svorkách sousední cívka, je široce používán v různých oblastech technologie, včetně elektrických a elektronika. Je základem činnosti transformátorů, kde magnetický tok jednoho vinutí indukuje proud a napětí ve druhém.
V elektrotechnice se při výrobě speciálních používá fyzikální efekt zvaný EMF AC měniče, poskytující požadované hodnoty efektivních veličin (proud a Napětí). Vzhledem k jevům indukce a vlastní indukce inženýři dokázali vyvinout mnoho elektrických zařízení: z konvenčních induktory (sytič) a až k transformátoru.
Koncept vzájemné indukce platí pouze pro střídavý proud, při jehož toku v obvodu nebo vodiči se magnetický tok mění.
Pro elektrický proud konstantního směru jsou charakteristické další projevy této síly, například jako potenciální rozdíl na pólech galvanického článku, o kterém budeme diskutovat níže.
Elektromotory a generátory
Stejný elektromagnetický účinek je pozorován ve struktuře asynchronní nebo synchronní motor, jehož hlavním prvkem jsou indukční cívky. Jeho práce je přístupným jazykem popsána v mnoha učebnicích souvisejících s předmětem „Elektrotechnika“. Abychom pochopili podstatu probíhajících procesů, stačí si pamatovat, že EMF indukce je indukován, když se vodič pohybuje uvnitř jiného pole.
Podle výše uvedeného zákona elektromagnetické indukce je ve vinutí kotvy motoru během provozu indukován čítač EMF, kterému se často říká „back-EMF“, protože když motor běží, je směrován k aplikovanému stres. To také vysvětluje prudký nárůst proudu spotřebovaného motorem při zvýšení zátěže nebo ucpání hřídele a zapínacích proudů. U elektrického motoru jsou všechny podmínky pro vznik potenciálního rozdílu zřejmé - vynucená změna magnetického pole jeho cívek vede ke vzniku točivého momentu na ose rotoru.
V rámci tohoto článku se bohužel tomuto tématu nebudeme věnovat - napište do komentářů, jestli vás to zajímá, a my vám o tom povíme.
V jiném elektrickém zařízení - generátoru je vše úplně stejné, ale procesy v něm probíhající mají opačný směr. Vinutím rotoru prochází elektrický proud, vzniká kolem nich magnetické pole (lze použít permanentní magnety). Když se rotor otáčí, pole zase indukuje EMF ve vinutí statoru - ze kterého je odstraněn proud zátěže.
Trochu více teorie
Při návrhu takových obvodů se bere v úvahu rozložení proudů a úbytek napětí mezi jednotlivými prvky. Pro výpočet rozdělení prvního parametru se používá známý z fyziky Druhý Kirchhoffův zákon - součet poklesů napětí (s přihlédnutím ke znaménku) na všech větvích uzavřeného obvodu je roven algebraickému součtu EMF větví tohoto obvodu) a pro určení jejich hodnot použijte Ohmův zákon pro část řetězce nebo Ohmův zákon pro celý řetězec, jehož vzorec je uveden níže:
I = E / (R + r),
kde E - EMF, R - zátěžový odpor, r je odpor zdroje energie.
Vnitřní odpor zdroje energie je odpor vinutí generátorů a transformátorů, který závisí na průřezu drátu, se kterými jsou navinuty a její délka, jakož i vnitřní odpor galvanických článků, který závisí na stavu anody, katody a elektrolyt.
Při provádění výpočtů je třeba vzít v úvahu vnitřní odpor napájecího zdroje, který je považován za paralelní připojení k obvodu. Přesnější přístup, který zohledňuje vyšší provozní proudy, zohledňuje odpor každého spojovacího vodiče.
EMF v každodenním životě a jednotkách
Další příklady lze nalézt v praktickém životě každého běžného člověka. Do této kategorie spadají známé věci, jako jsou malé baterie a jiné miniaturní baterie. V tomto případě je pracovní EMF vytvořen v důsledku chemických procesů probíhajících uvnitř zdrojů stejnosměrného napětí.
Pokud k tomu dojde na svorkách (pólech) baterie v důsledku vnitřních změn, je článek zcela připraven k provozu. V průběhu času EMF mírně klesá a vnitřní odpor se výrazně zvyšuje.
Výsledkem je, že pokud měříte napětí na nepřipojené prstové baterii, vidíte to normální 1,5 V (nebo tak), ale když je k baterii připojena zátěž, řekněme, že jste ji nainstalovali do nějakého druhu zařízení - není funguje.
Proč? Protože pokud předpokládáme, že vnitřní odpor voltmetru je mnohonásobně vyšší než vnitřní odpor baterie, pak jste změřili jeho EMF. Když baterie začala dávat proud zátěži na svých svorkách, nebylo to 1,5 V, ale řekněme 1,2 V - zařízení nemá dostatečné napětí nebo proud pro normální provoz. Právě tyto 0,3 V dopadly na vnitřní odpor galvanického článku. Pokud je baterie velmi stará a její elektrody jsou zničeny, pak na svorkách baterie nemusí být žádná elektromotorická síla ani napětí - tj. nula.
Tento příklad jasně ukazuje rozdíl mezi EMF a napětím. Totéž říká autor na konci videa, které vidíte níže.
Více o tom, jak EMF galvanického článku vzniká a jak se měří, se můžete dozvědět v následujícím videu:
V přijímací anténě je také indukována velmi malá elektromotorická síla, která je pak zesílena speciálními kaskádami a my přijímáme náš televizní, rozhlasový a dokonce i Wi-Fi signál.
Závěr
Shrňme a ještě jednou si krátce připomeňme, co je to EMF a v jakých jednotkách SI je tato hodnota vyjádřena.
- EMF charakterizuje práci vnějších sil (chemických nebo fyzikálních) neelektrického původu v elektrickém obvodu. Tato síla vykonává práci při přenosu elektrických nábojů.
- EMF, stejně jako napětí, se měří ve voltech.
- Rozdíly mezi EMF a napětím jsou v tom, že první se měří bez zátěže a druhý se zátěží, přičemž se zohledňuje a ovlivňuje vnitřní odpor zdroje energie.
A nakonec, abychom konsolidovali probraný materiál, doporučujeme vám podívat se na další dobré video na toto téma:
Související materiály:
- Jaký je rozdíl mezi střídavým a stejnosměrným proudem
- Co je elektrický náboj
- Jak snížit střídavé a stejnosměrné napětí
