EMF og spænding i det elektriske kredsløb

Mange mennesker (herunder nogle elektrikere) forvirrer begrebet elektromotorisk kraft (EMF) og spænding. Selvom disse begreber er forskellige. På trods af at de er ubetydelige, er det svært for en ikke-specialist at forstå dem. Måleenheden spiller en vigtig rolle heri. Spænding og EMF måles i de samme enheder - Volt. Forskellene ender ikke der, vi talte om alt i detaljer i artiklen!

Hvad er elektromotorisk kraft

Vi overvejede dette problem detaljeret i en separat artikel: https://samelectrik.ru/chto-takoe-eds-obyasnenie-prostymi-slovami.html

EMF forstås som en fysisk mængde, der kendetegner arbejdet med eventuelle eksterne kræfter i strømforsyninger DC eller AC. Desuden, hvis der er et lukket kredsløb, så kan vi sige, at EMF er lig med kræfternes arbejde for at flytte en positiv ladning til en negativ langs et lukket kredsløb. Eller i enkle termer repræsenterer EMF for en strømkilde det arbejde, der kræves for at flytte en enhedsladning mellem polerne.

Desuden, hvis den nuværende kilde har uendelig kraft, og der ikke er nogen intern modstand (position A i figuren), kan EMF beregnes med Ohms lov for en kædesektionsiden spænding og elektromotorisk kraft i dette tilfælde er ens.

I = U / R,

hvor U - spænding, og i det betragtede eksempel - EMF.

En reel strømforsyning har imidlertid en endelig intern modstand. Derfor kan denne beregning ikke anvendes i praksis. I dette tilfælde bruges formlen for det komplette kredsløb til at bestemme EMF.

I = E / (R + r),

hvor E (også betegnet "ԑ") - EMF; R er belastningsmodstanden, r er strømforsyningens interne modstand, I er strømmen i kredsløbet.

Denne formel tager imidlertid ikke højde for kredsløbsledernes modstand. Det skal forstås, at inde i DC -kilden og i det eksterne kredsløb strømmer strømmen i forskellige retninger. Forskellen er, at inde i elementet flyder det fra minus til plus, derefter i det eksterne kredsløb fra plus til minus.

Dette er tydeligt illustreret i nedenstående figur:

I dette tilfælde måles den elektromotoriske kraft med et voltmeter, i det tilfælde, hvor der ikke er nogen belastning, dvs. strømforsyningen er i tomgang.

For at finde EMF gennem spændingen og belastningsmodstanden skal du finde den indre modstand i kilden strømforsyning, til dette måles spændingen to gange ved forskellige belastningsstrømme, hvorefter den interne modstand. Nedenfor er proceduren til beregning af formlerne, derefter er R1, R2 belastningsmodstanden for den første og anden henholdsvis de resterende mængder er ens, U1, U2 er kildespændingen ved dens terminaler under belastning.

Så vi kender strømmen, så er den lig med:

I1 = E / (R1 + r)

I2 = E / (R2 + r)

Hvori:

R1 = U1 / I1

R2 = U2 / I2

Hvis substitueret i de første ligninger, så:

I1 = E / ((U1 / I1) + r)

I2 = E / ((U2 / I2) + r)

Lad os nu dele venstre og højre side i hinanden:

(I1 / I2) = [E / ((U1 / I1) + r)] / [E / ((U2 / I2) + r)]

Efter beregning med hensyn til den aktuelle kildes modstand får vi:

r = (U1-U2) / (I1-I2)

Intern modstand r:

r = (U1 + U2) / I,

hvor U1, U2 er spændingen ved kildeterminalerne ved forskellige belastningsstrømme, I er strømmen i kredsløbet.

Så er EMF lig med:

E = I * (R + r) eller E = U1 + I1 * r

Hvad er spænding

Elektrisk spænding (betegnet U) er en fysisk størrelse, der afspejler den kvantitative egenskab ved arbejdet i et elektrisk felt i ladningsoverførsel fra punkt A til punkt B. Følgelig kan spændingen være mellem to punkter i kredsløbet, men i modsætning til EMF kan den være mellem de to terminaler på nogle af kredsløbselementerne. Husk på, at EMF kendetegner det arbejde, der udføres af eksterne kræfter, det vil sige arbejdet i selve den aktuelle kilde eller EMF for at overføre ladning gennem hele kredsløbet, og ikke på et specifikt element.

Denne definition kan udtrykkes i enkle termer. DC -spænding er den kraft, der flytter frie elektroner fra et atom til et andet i en bestemt retning.

Til vekselstrøm bruges følgende begreber:

• øjeblikkelig spænding er potentialeforskellen mellem punkter i en given periode;
• spidsværdi - repræsenterer maksimalværdi modulo den momentane spændingsværdi over en periode;
• gennemsnitsværdi - konstant spændingskomponent;
• RMS og RMS.

Spændingen af ​​en sektion af et kredsløb afhænger af lederens materiale, belastningsmodstand og temperatur. Samt elektromotorisk kraft måles i volt.

Ofte sammenlignes det med et vandtårn for at forstå den fysiske betydning af stress. Vandkolonnen identificeres med spænding, og strømmen med strøm.

I dette tilfælde falder vandsøjlen i tårnet gradvist, hvilket karakteriserer et fald i spænding og et fald i strømstyrken.

Så hvad er forskellen

For at få en bedre forståelse af, hvad der er forskellen mellem elektromotorisk kraft og spænding, overvej et eksempel. Der er en kilde til elektrisk energi med uendelig kraft, hvor der ikke er nogen intern modstand. En belastning er monteret i det elektriske kredsløb. I dette tilfælde vil det være rigtigt, at EMF og spænding er identisk ens, det vil sige, at der ikke er nogen forskel mellem disse begreber.

Dette er imidlertid ideelle forhold, der ikke forekommer i det virkelige liv. Disse betingelser bruges udelukkende til beregninger. I det virkelige liv tages der hensyn til strømforsyningens interne modstand. I dette tilfælde er EMF og spænding forskellige.

Figuren viser, hvad forskellen vil være i værdierne for den elektromotoriske kraft og spænding under reelle forhold. Ovenstående formel for Ohms lov for et komplet kredsløb beskriver alle processer. Med et åbent kredsløb vil batteripolerne have en værdi på 1,5 volt. Dette er EMF -værdien. Efter at have tilsluttet belastningen, i dette tilfælde er det en pære, den vil have en spænding på 1 volt.

Forskellen fra en ideel kilde er strømkildens indre modstand. Ved denne modstand opstår der et spændingsfald. Disse processer er beskrevet af Ohms lov for et komplet kredsløb.

Hvis måleudstyret ved strømkildens terminaler viser en værdi på 1,5 volt, vil dette være en elektromotorisk kraft, men vi gentager, forudsat at der ikke er nogen belastning.

Når belastningen er tilsluttet, vil terminalerne have en bevidst lavere værdi. Dette er spænding.

Produktion

Af ovenstående kan vi konkludere, at hovedforskellen mellem EMF og spænding er:

1. Den elektromotoriske kraft afhænger af strømkilden, og spændingen afhænger af den tilsluttede belastning og strømmen, der strømmer gennem kredsløbet.
2. Elektromotorisk kraft er en fysisk størrelse, der kendetegner arbejdet med eksterne kræfter af ikke-elektrisk oprindelse, der forekommer i DC- og AC-kredsløb.
3. Spænding og EMF har en enkelt måleenhed - Volt.
4. U er en fysisk mængde svarende til arbejdet i det effektive elektriske felt, der produceres under overførslen af ​​en enkelt testladning fra punkt A til punkt B.

Kort sagt, hvis vi repræsenterer U som en vandsøjle, så kan EMF forestilles som en pumpe, der holder vandstanden på et konstant niveau. Vi håber, at efter at have læst artiklen, er den største forskel blevet tydelig for dig!

Relaterede materialer:

• Hvad er forskellen mellem en transformer og en autotransformer
• Forskel mellem kontaktor og starter
• Sådan ved du, om der er spænding i stikkontakten