EMF und Spannung im Stromkreis

Viele Leute (einschließlich einiger Elektriker) verwechseln das Konzept der elektromotorischen Kraft (EMF) und der Spannung. Obwohl diese Konzepte unterschiedlich sind. Obwohl sie unbedeutend sind, ist es für einen Nichtfachmann schwierig, sie zu verstehen. Dabei spielt die Maßeinheit eine wichtige Rolle. Spannung und EMF werden in den gleichen Einheiten gemessen - Volt. Die Unterschiede enden hier nicht, wir haben im Artikel über alles ausführlich gesprochen!

Was ist elektromotorische Kraft

Wir haben dieses Thema in einem separaten Artikel ausführlich behandelt: https://samelectrik.ru/chto-takoe-eds-obyasnenie-prostymi-slovami.html

Unter EMF versteht man eine physikalische Größe, die die Arbeit von externen Kräften in Netzteilen charakterisiert Gleichstrom oder Wechselstrom. Wenn es einen geschlossenen Stromkreis gibt, können wir darüber hinaus sagen, dass die EMF gleich der Kraftarbeit ist, um eine positive Ladung entlang eines geschlossenen Stromkreises in eine negative zu verschieben. Oder vereinfacht ausgedrückt, die EMF einer Stromquelle stellt die Arbeit dar, die erforderlich ist, um eine Einheitsladung zwischen den Polen zu bewegen.

Wenn die Stromquelle eine unendliche Leistung hat und kein Innenwiderstand vorhanden ist (Position A in der Abbildung), kann die EMF berechnet werden durch Ohmsches Gesetz für einen Kettenabschnittschon seit Spannung und elektromotorische Kraft sind in diesem Fall gleich.

Ich = U / R,

wo U - Spannung und im betrachteten Beispiel - EMF.

Ein echtes Netzteil hat jedoch einen endlichen Innenwiderstand. Daher kann diese Berechnung in der Praxis nicht angewendet werden. In diesem Fall wird die Formel für die Gesamtschaltung verwendet, um die EMK zu bestimmen.

ich = E / (R + r),

wobei E (auch als "ԑ" bezeichnet) - EMF; R ist der Lastwiderstand, r ist der Innenwiderstand des Netzteils, I ist der Strom im Stromkreis.

Diese Formel berücksichtigt jedoch nicht den Widerstand der Stromkreisleiter. Es versteht sich, dass der Strom innerhalb der Gleichstromquelle und im externen Stromkreis in unterschiedliche Richtungen fließt. Der Unterschied besteht darin, dass es innerhalb des Elements von Minus nach Plus fließt, dann im äußeren Kreislauf von Plus nach Minus.

Dies wird in der folgenden Abbildung deutlich veranschaulicht:

In diesem Fall wird die elektromotorische Kraft mit einem Voltmeter gemessen, wenn keine Last vorhanden ist, d.h. das Netzteil ist im Leerlauf.

Um die EMF über die Spannung und den Lastwiderstand zu finden, müssen Sie den Innenwiderstand der Quelle ermitteln Netzteil, dazu wird die Spannung bei unterschiedlichen Lastströmen zweimal gemessen, danach die interne Widerstand. Unten ist das Verfahren zur Berechnung nach den Formeln, dann sind R1, R2 der Lastwiderstand für den ersten und zweiten Messungen, die restlichen Größen sind ähnlich, U1, U2 sind die Quellenspannung an ihren Klemmen unter Belastung.

Also, wir kennen den Strom, dann ist er gleich:

I1 = E / (R1 + r)

I2 = E / (R2 + r)

Dabei:

R1 = U1 / I1

R2 = U2 / I2

Wenn in den ersten Gleichungen eingesetzt, dann gilt:

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

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

Nun teilen wir die linke und rechte Seite ineinander auf:

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

Nach Berechnung in Bezug auf den Widerstand der Stromquelle erhalten wir:

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

Innenwiderstand r:

r = (U1 + U2) / ich,

wobei U1, U2 die Spannung an den Quellenanschlüssen bei unterschiedlichen Lastströmen ist, I der Strom im Stromkreis.

Dann ist die EMF gleich:

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

Was ist Spannung

Die elektrische Spannung (als U bezeichnet) ist eine physikalische Größe, die die quantitative Charakteristik der Arbeit eines elektrischen Feldes beim Ladungstransfer von Punkt A zu Punkt B widerspiegelt. Dementsprechend kann die Spannung zwischen zwei Punkten der Schaltung liegen, aber im Gegensatz zur EMF kann sie zwischen den beiden Anschlüssen einiger der Schaltungselemente liegen. Denken Sie daran, dass EMF die von äußeren Kräften geleistete Arbeit charakterisiert, dh die Arbeit der Stromquelle selbst oder der EMF, um Ladung durch den gesamten Stromkreis zu übertragen, und nicht auf ein bestimmtes Element.

Diese Definition kann in einfachen Worten ausgedrückt werden. Gleichspannung ist die Kraft, die freie Elektronen in eine bestimmte Richtung von einem Atom zum anderen bewegt.

Für Wechselstrom werden die folgenden Konzepte verwendet:

• Momentanspannung ist die Potenzialdifferenz zwischen Punkten in einem bestimmten Zeitraum;
• Spitzenwert - stellt den Maximalwert modulo des momentanen Spannungswerts über einen Zeitraum dar;
• Mittelwert - Konstantspannungskomponente;
• RMS und RMS.

Die Spannung eines Stromkreisabschnitts hängt vom Material des Leiters, dem Lastwiderstand und der Temperatur ab. Ebenso wird die elektromotorische Kraft in Volt gemessen.

Um die physikalische Bedeutung von Stress zu verstehen, wird er oft mit einem Wasserturm verglichen. Die Wassersäule wird mit Spannung und der Fluss mit Strom identifiziert.

In diesem Fall nimmt die Wassersäule im Turm allmählich ab, was eine Abnahme der Spannung und eine Abnahme der Stromstärke kennzeichnet.

Also was ist der Unterschied

Betrachten Sie ein Beispiel, um den Unterschied zwischen elektromotorischer Kraft und Spannung besser zu verstehen. Es gibt eine Quelle elektrischer Energie mit unendlicher Leistung, in der es keinen Innenwiderstand gibt. Im Stromkreis ist eine Last montiert. In diesem Fall sind EMF und Spannung identisch gleich, dh es gibt keinen Unterschied zwischen diesen Konzepten.

Dies sind jedoch ideale Bedingungen, die im wirklichen Leben nicht vorkommen. Diese Bedingungen werden ausschließlich für Berechnungen verwendet. Im realen Leben wird der Innenwiderstand des Netzteils berücksichtigt. In diesem Fall sind EMF und Spannung unterschiedlich.

Die Abbildung zeigt den Unterschied zwischen den Werten der elektromotorischen Kraft und der Spannung unter realen Bedingungen. Die obige Formel für das Ohmsche Gesetz für eine vollständige Schaltung beschreibt alle Prozesse. Bei einem offenen Stromkreis haben die Batteriepole einen Wert von 1,5 Volt. Dies ist der EMF-Wert. Nach dem Anschließen der Last, in diesem Fall handelt es sich um eine Glühbirne, hat sie eine Spannung von 1 Volt.

Der Unterschied zu einer idealen Quelle ist der Innenwiderstand der Stromquelle. An diesem Widerstand tritt ein Spannungsabfall auf. Diese Prozesse werden durch das Ohmsche Gesetz für eine vollständige Schaltung beschrieben.

Zeigt das Messgerät an den Klemmen der Stromquelle einen Wert von 1,5 Volt an, handelt es sich um eine elektromotorische Kraft, die wir jedoch wiederholen, sofern keine Last vorhanden ist.

Bei angeschlossener Last haben die Klemmen einen bewusst niedrigeren Wert. Das ist Spannung.

Ausgabe

Aus dem Obigen können wir schließen, dass der Hauptunterschied zwischen EMF und Spannung ist:

1. Die elektromotorische Kraft hängt von der Stromquelle ab und die Spannung hängt von der angeschlossenen Last und dem durch den Stromkreis fließenden Strom ab.
2. Die elektromotorische Kraft ist eine physikalische Größe, die die Arbeit externer Kräfte nichtelektrischen Ursprungs charakterisiert, die in Gleichstrom- und Wechselstromkreisen auftreten.
3. Spannung und EMF haben eine einzige Maßeinheit - Volt.
4. U ist eine physikalische Größe, die der Arbeit des effektiven elektrischen Feldes entspricht, das während der Übertragung einer einzelnen Testladung von Punkt A zu Punkt B erzeugt wird.

Wenn wir U also kurz als eine Wassersäule darstellen, kann die EMF als eine Pumpe dargestellt werden, die den Wasserspiegel konstant hält. Wir hoffen, dass Ihnen nach dem Lesen des Artikels der Hauptunterschied klar geworden ist!

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