EMF -i all mõeldakse väliste jõudude konkreetset tööd, et liigutada elektriahela ahelas ühiku laengut. See elektrienergia mõiste hõlmab palju füüsilisi tõlgendusi, mis on seotud erinevate tehniliste teadmiste valdkondadega. Elektrotehnikas on see väliste jõudude spetsiifiline töö, mis ilmneb induktiivmähistes, kui neile rakendatakse vahelduvväli. Keemias tähendab see potentsiaalset erinevust, mis tekib elektrolüüsi, aga ka elektrilaengute eraldamisega kaasnevate reaktsioonide ajal. Füüsikas vastab see näiteks elektrilise termopaari otstes tekitatud elektromotoorjõule. EMF -i olemuse lihtsate sõnadega selgitamiseks peate kaaluma kõiki selle tõlgendamise võimalusi.
Enne artikli põhiosa juurde liikumist märgime, et EMF ja pinge on tähenduse poolest väga lähedased, kuid siiski mõnevõrra erinevad. Lühidalt, EMF on toiteallika juures ilma koormuseta ja kui koormus on sellega ühendatud, on see juba pinge. Kuna pinge all oleval toiteplokil on pingeid peaaegu alati mõnevõrra vähem kui ilma selleta. Selle põhjuseks on toiteallikate, näiteks trafode ja galvaaniliste elementide, sisemine takistus.
Sisu:
- Elektromagnetiline induktsioon (eneseinduktsioon)
- Elektrimootorid ja generaatorid
- Natuke rohkem teooriat
- EMF igapäevaelus ja ühikutes
- Järeldus
Elektromagnetiline induktsioon (eneseinduktsioon)
Alustame elektromagnetilise induktsiooniga. See nähtus kirjeldab seadust Faraday elektromagnetiline induktsioon. Selle nähtuse füüsikaline tähendus on elektromagnetvälja võime indutseerida lähedal asuvas juhis EMF -i. Sel juhul peab kas väli muutuma näiteks vektorite suuruse ja suuna järgi või liikuma juhi suhtes või peab juht selle välja suhtes liikuma. Sellisel juhul tekib juhi otstes potentsiaalne erinevus.
On veel üks sarnase tähendusega nähtus - vastastikune esilekutsumine. See seisneb selles, et ühe mähise voolu suuna ja tugevuse muutus kutsub klemmides esile EMF -i külgnevat mähist, kasutatakse laialdaselt erinevates tehnoloogiavaldkondades, sealhulgas elektri- ja elektroonika. See on trafode töö aluseks, kus ühe mähise magnetvoog indutseerib teises voolu ja pinget.
Elektrienergias kasutatakse spetsiaalsete tootmisel füüsilist efekti nimega EMF Vahelduvvoolu muundurid, mis annavad efektiivse koguse (voolu ja Pinge). Induktsiooni nähtuste tõttu ja enese esilekutsumine inseneridel õnnestus välja töötada palju elektriseadmeid: tavalistest induktiivpoolid (õhuklapp) ja kuni trafoni.
Vastastikuse induktsiooni mõiste kehtib ainult vahelduvvoolu kohta, mille vooluahelas või juhis magnetvoog muutub.
Pideva suunaga elektrivoolu puhul on selle jõu muud ilmingud iseloomulikud, näiteks potentsiaalide erinevusena galvaanilise elemendi poolustel, mida käsitleme allpool.
Elektrimootorid ja generaatorid
Struktuuris täheldatakse sama elektromagnetilist efekti asünkroonne või sünkroonmootor, mille põhielement on induktiivpoolid. Tema tööd kirjeldatakse juurdepääsetavas keeles paljudes õpikutes, mis on seotud teemaga "Elektrotehnika". Käimasolevate protsesside olemuse mõistmiseks piisab, kui meeles pidada, et induktsiooni EMF indutseeritakse, kui juht liigub teise välja sees.
Vastavalt ülalnimetatud elektromagnetilise induktsiooni seadusele indutseeritakse töötamise ajal mootori armatuuri mähises loendur EMF, mida sageli nimetatakse "tagasi-EMFiks", sest kui mootor töötab, on see suunatud rakendatava poole stress. See seletab ka mootori poolt tarbitava voolu järsku suurenemist koormuse suurenemisel või võlli kinnikiilumisel, samuti sissetungivoolusid. Elektrimootori jaoks on kõik potentsiaalse erinevuse ilmnemise tingimused ilmsed - selle mähiste magnetvälja sunnitud muutmine toob kaasa pöördemomendi ilmumise rootori teljele.
Kahjuks ei süvene me selles artiklis sellesse teemasse - kirjutage kommentaaridesse, kui olete sellest huvitatud, ja me räägime teile sellest.
Teises elektriseadmes - generaatoris - on kõik täpselt sama, kuid selles toimuvatel protsessidel on vastupidine suund. Rootori mähistest lastakse läbi elektrivool, nende ümber tekib magnetväli (saab kasutada püsimagneteid). Rootori pöörlemisel indutseerib väli omakorda staatori mähistes EMF -i - millest eemaldatakse koormusvool.
Natuke rohkem teooriat
Selliste ahelate projekteerimisel võetakse arvesse voolu jaotust ja pingelangust üksikute elementide vahel. Esimese parameetri jaotuse arvutamiseks kasutatakse füüsikast teadaolevat Kirchhoffi teine seadus - pingelanguste summa (võttes arvesse märki) kõigil suletud ahela harudel on võrdne selle vooluahela harude EMF -i algebralise summaga) ja nende väärtuste määramiseks kasutage Ohmi seadus keti lõigu või Ohmi seaduse jaoks terve ahela jaoks, mille valem on esitatud allpool:
I = E / (R + r),
kus E - EMF, R - koormuskindlus, r on toiteallika takistus.
Toiteallika sisemine takistus on generaatorite ja trafode mähiste takistus, mis sõltub traadi ristlõikest, millega need on haavatud ja selle pikkus, samuti galvaaniliste elementide sisetakistus, mis sõltub anoodi, katoodi ja elektrolüüt.
Arvutuste tegemisel tuleb arvesse võtta toiteallika sisemist takistust, mida peetakse ahelaga paralleelühenduseks. Täpsem lähenemine, mis arvestab suuremaid töövooge, võtab arvesse iga ühendusjuhi takistust.
EMF igapäevaelus ja ühikutes
Teisi näiteid leidub iga tavainimese praktilises elus. Sellesse kategooriasse kuuluvad sellised tuttavad asjad nagu väikesed patareid ja muud miniatuursed patareid. Sellisel juhul moodustub töötav EMF alalispingeallikate sees toimuvate keemiliste protsesside tõttu.
Kui see tekib aku klemmidel (poolustel) sisemiste muudatuste tõttu, on element täiesti töövalmis. Aja jooksul väheneb EMF veidi ja sisemine takistus suureneb märgatavalt.
Selle tulemusena näete ühendamata sõrmepatarei pinget, kui see on normaalne 1,5 V (või nii), kuid kui akuga on ühendatud koormus, siis oletame, et installisite selle mingisse seadmesse - see ei töötab.
Miks? Sest kui me eeldame, et voltmeetri sisetakistus on mitu korda suurem kui aku sisemine takistus, siis mõõtsite selle EMF -i. Kui aku hakkas oma klemmidel koormusele voolu andma, muutus see mitte 1,5 V, vaid näiteks 1,2 V - seadmel pole normaalseks tööks piisavalt pinget ega voolu. Just need 0,3 V langesid galvaanielemendi sisemisele takistusele. Kui aku on väga vana ja selle elektroodid hävivad, siis ei pruugi aku klemmidel olla üldse elektromotoorjõudu ega pinget - s.t. null.
See näide näitab selgelt erinevust EMF -i ja pinge vahel. Autor ütleb sama video lõpus, mida näete allpool.
Lisateavet galvaanilise elemendi EMF -i tekkimise ja selle mõõtmise kohta leiate järgmisest videost:
Vastuvõtja antennis tekitatakse väga väike elektromotoorjõud, mida seejärel võimendatakse spetsiaalsete kaskaadidega ja me saame oma televisiooni, raadio ja isegi WiFi-signaali.
Järeldus
Teeme kokkuvõtte ja tuletame veelkord lühidalt meelde, mis on EMF ja millistes SI ühikutes seda väärtust väljendatakse.
- EMF iseloomustab mitteelektrilise päritoluga välisjõudude (keemiliste või füüsiliste) tööd elektriahelas. See jõud teeb tööd elektrilaengute ülekandmiseks.
- EMF -i, nagu ka pinget, mõõdetakse voltides.
- Erinevused EMF -i ja pinge vahel seisnevad selles, et esimest mõõdetakse ilma koormuseta ja teist koormusega, samal ajal võetakse arvesse toiteallika sisemist takistust ja see mõjutab.
Ja lõpuks, käsitletud materjali konsolideerimiseks soovitan teil vaadata veel ühte head videot sellel teemal:
Seotud materjalid:
- Mis vahe on vahelduvvoolul ja alalisvoolul?
- Mis on elektrilaeng
- Kuidas vähendada vahelduv- ja alalispinget
