EMF i napon u električnom krugu

Mnogi ljudi (uključujući i neke električare) brkaju pojam elektromotorne sile (EMF) i napona. Iako su ti pojmovi različiti. Unatoč činjenici da su beznačajne, nespecijalistima ih je teško razumjeti. Mjerna jedinica u tome igra važnu ulogu. Napon i EMF mjere se u istim jedinicama - Volti. Razlike tu ne prestaju, o svemu smo detaljno razgovarali u članku!

Što je elektromotorna sila

Ovo pitanje detaljno smo ispitali u zasebnom članku: https://samelectrik.ru/chto-takoe-eds-obyasnenie-prostymi-slovami.html

EMF se shvaća kao fizička veličina koja karakterizira rad svih vanjskih sila koje se nalaze u izvorima napajanja DC ili AC. Štoviše, ako postoji zatvoreni krug, tada možemo reći da je EMF jednak radu sila za pomicanje pozitivnog naboja na negativan uz zatvoreni krug. Ili jednostavno rečeno, EMF izvora struje predstavlja rad potreban za pomicanje jediničnog naboja između polova.

Štoviše, ako izvor struje ima beskonačnu snagu, a nema unutarnjeg otpora (položaj A na slici), tada se EMF može izračunati prema

Ohmov zakon za presjek lancaod napon i elektromotorna sila u ovom slučaju su jednaki.

I = U / R,

gdje je U - napon, a u razmatranom primjeru - EMF.

Međutim, pravi izvor napajanja ima konačan unutarnji otpor. Stoga se ovaj izračun ne može primijeniti u praksi. U tom se slučaju za određivanje EMF -a koristi formula za cijeli krug.

I = E / (R + r),

gdje je E (također označeno kao "ԑ") - EMF; R je otpor opterećenja, r je unutarnji otpor napajanja, I je struja u krugu.

Međutim, ova formula ne uzima u obzir otpor vodiča kruga. Treba shvatiti da unutar istosmjernog izvora i u vanjskom krugu struja teče u različitim smjerovima. Razlika je u tome što unutar elementa teče od minus do plus, zatim u vanjskom krugu od plus do minus.

To je jasno prikazano na donjoj slici:

U tom se slučaju elektromotorna sila mjeri voltmetrom, u slučaju kada nema opterećenja, t.j. napajanje radi u praznom hodu.

Da biste pronašli EMF kroz napon i otpor opterećenja, morate pronaći unutarnji otpor izvora napajanje, za to se napon mjeri dva puta pri različitim strujama opterećenja, nakon čega se unutarnji otpornost. Dolje je postupak izračunavanja formula, tada su R1, R2 otpor opterećenja za prvu i drugu mjerenja, odnosno, preostale količine su slične, U1, U2 su napon izvora na njegovim stezaljkama ispod opterećenje.

Dakle, znamo struju, onda je ona jednaka:

I1 = E / (R1 + r)

I2 = E / (R2 + r)

Pri čemu:

R1 = U1 / I1

R2 = U2 / I2

Ako se zamijeni u prvim jednadžbama, tada:

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

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

Podijelimo sada lijevu i desnu stranu jedna na drugu:

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

Nakon izračuna s obzirom na otpor trenutnog izvora, dobivamo:

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

Unutarnji otpor r:

r = (U1 + U2) / I,

gdje je U1, U2 napon na stezaljkama izvora pri različitim strujama opterećenja, I je struja u krugu.

Tada je EMF jednak:

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

Što je napon

Električni napon (označen kao U) je fizička veličina koja odražava kvantitativnu karakteristiku rada električnog polja pri prijenosu naboja od točke A do točke B. U skladu s tim, napon može biti između dvije točke kruga, ali za razliku od EMF -a, može biti između dva priključka jednog od elemenata kruga. Podsjetimo da EMF karakterizira rad koji izvode vanjske sile, odnosno rad samog izvora struje ili EMF za prijenos naboja kroz cijeli krug, a ne na određenom elementu.

Ova se definicija može izraziti jednostavnim izrazima. Istosmjerni napon je sila koja pokreće slobodne elektrone s jednog atoma na drugi u određenom smjeru.

Za izmjeničnu struju koriste se sljedeći pojmovi:

• trenutni napon je razlika potencijala između točaka u određenom vremenskom razdoblju;
• vršna vrijednost - predstavlja najveću vrijednost po modulu trenutnu vrijednost napona u određenom vremenskom razdoblju;
• prosječna vrijednost - komponenta konstantnog napona;
• RMS i RMS.

Napon dijela kruga ovisi o materijalu vodiča, otporu opterećenja i temperaturi. Kao i elektromotorna sila mjeri se u voltima.

Često se, da bi se razumjelo fizičko značenje stresa, uspoređuje s vodotornjem. Stupac vode identificiran je naponom, a tok strujom.

Istodobno se stupac vode u tornju postupno smanjuje, što karakterizira smanjenje napona i smanjenje jakosti struje.

Pa u čemu je razlika

Da biste bolje razumjeli koja je razlika između elektromotorne sile i napona, razmotrite primjer. Postoji izvor električne energije beskonačne snage, u kojem nema unutarnjeg otpora. Opterećenje je ugrađeno u električni krug. U ovom slučaju bit će točno da su EMF i napon identično jednaki, odnosno da nema razlike između ovih pojmova.

Međutim, to su idealni uvjeti koji se ne pojavljuju u stvarnom životu. Ti se uvjeti koriste isključivo za izračune. U stvarnom životu uzima se u obzir unutarnji otpor napajanja. U ovom slučaju, EMF i napon su različiti.

Slika prikazuje kolika će biti razlika u vrijednostima elektromotorne sile i napona u stvarnim uvjetima. Gornja formula za Ohmov zakon za potpuni krug opisuje sve procese. S otvorenim krugom, priključci akumulatora imat će vrijednost od 1,5 volti. Ovo je vrijednost EMF -a. Nakon povezivanja opterećenja, u ovom slučaju to je žarulja, imat će napon od 1 volta.

Razlika od idealnog izvora je unutarnji otpor izvora napajanja. Na tom otporu dolazi do pada napona. Ovi su procesi opisani Ohmovim zakonom za cjelovito kolo.

Ako mjerni uređaj na stezaljkama izvora napajanja pokaže vrijednost od 1,5 V, to će biti elektromotorna sila, ali ponavljamo, pod uvjetom da nema opterećenja.

Kad je opterećenje spojeno, terminali će imati namjerno nižu vrijednost. Ovo je napetost.

Izlaz

Iz navedenog možemo zaključiti da je glavna razlika između EMF -a i napona:

1. Elektromotorna sila ovisi o izvoru napajanja, a napon o priključenom opterećenju i struji koja prolazi kroz krug.
2. Elektromotorna sila je fizička veličina koja karakterizira rad vanjskih sila neelektričnog podrijetla, koje se javljaju u istosmjernim i izmjeničnim krugovima.
3. Napon i EMF imaju jednu mjernu jedinicu - Volt.
4. U je fizikalna veličina jednaka radu učinkovitog električnog polja nastalog tijekom prijenosa jednog ispitnog naboja iz točke A u točku B.

Dakle, ukratko, ako U predstavimo kao stupac vode, tada se EMF može predstaviti kao pumpa koja održava razinu vode na konstantnoj razini. Nadamo se da vam je nakon čitanja članka postala jasna glavna razlika!

Povezani materijali:

• Koja je razlika između transformatora i autotransformatora
• Razlika između kontaktora i startera
• Kako znati postoji li napon u utičnici