EMF è inteso come il lavoro specifico di forze esterne per spostare una carica unitaria nel circuito di un circuito elettrico. Questo concetto in elettricità coinvolge molte interpretazioni fisiche relative a varie aree della conoscenza tecnica. Nell'ingegneria elettrica, questo è il lavoro specifico delle forze esterne che appare negli avvolgimenti induttivi quando viene applicato loro un campo alternato. In chimica, significa la differenza di potenziale che si verifica durante l'elettrolisi, nonché durante le reazioni accompagnate dalla separazione delle cariche elettriche. In fisica corrisponde, ad esempio, alla forza elettromotrice generata ai capi di una termocoppia elettrica. Per spiegare l'essenza dell'EMF in parole semplici, dovrai considerare ciascuna delle opzioni per la sua interpretazione.
Prima di passare alla parte principale dell'articolo, notiamo che i campi elettromagnetici e la tensione hanno un significato molto simile, ma sono comunque leggermente diversi. In breve, l'EMF è alla fonte di alimentazione senza carico e quando il carico è collegato ad esso, questa è già la tensione. Perché il numero di volt sull'alimentatore sotto carico è quasi sempre leggermente inferiore che senza di esso. Ciò è dovuto alla resistenza interna degli alimentatori come trasformatori e celle galvaniche.
Contenuto:
- Induzione elettromagnetica (autoinduzione)
- Motori elettrici e generatori
- Ancora un po' di teoria
- EMF nella vita quotidiana e nelle unità
- Conclusione
Induzione elettromagnetica (autoinduzione)
Cominciamo con l'induzione elettromagnetica. Questo fenomeno descrive la legge Induzione elettromagnetica di Faraday. Il significato fisico di questo fenomeno è la capacità del campo elettromagnetico di indurre un campo elettromagnetico in un conduttore vicino. In questo caso, o il campo deve cambiare, ad esempio, nella grandezza e nella direzione dei vettori, o spostarsi rispetto al conduttore, oppure il conduttore deve spostarsi rispetto a questo campo. In questo caso, si verifica una differenza di potenziale alle estremità del conduttore.
C'è un altro fenomeno simile nel significato: l'induzione reciproca. Sta nel fatto che un cambiamento nella direzione e nella forza della corrente di una bobina induce un EMF ai terminali bobina adiacente, è ampiamente utilizzato in vari campi della tecnologia, compresi quelli elettrici e elettronica. È alla base del funzionamento dei trasformatori, in cui il flusso magnetico di un avvolgimento induce corrente e tensione nel secondo.
Nell'elettronica, un effetto fisico chiamato EMF viene utilizzato nella produzione di speciali Convertitori AC, fornendo i valori desiderati delle grandezze effettive (corrente e voltaggio). A causa dei fenomeni di induzione e autoinduzione ingegneri sono riusciti a sviluppare molti dispositivi elettrici: dal convenzionale induttori (choke) e fino al trasformatore.
Il concetto di mutua induzione si applica solo alla corrente alternata, durante il cui flusso in un circuito o conduttore, il flusso magnetico cambia.
Per una corrente elettrica di direzione costante, sono caratteristiche altre manifestazioni di questa forza, come ad esempio una differenza di potenziale ai poli di una cella galvanica, di cui parleremo in seguito.
Motori elettrici e generatori
Lo stesso effetto elettromagnetico si osserva nella struttura asincrono o motore sincrono, il cui elemento principale sono le bobine induttive. Il suo lavoro è descritto in un linguaggio accessibile in molti libri di testo relativi all'argomento chiamato "Ingegneria elettrica". Per comprendere l'essenza dei processi in corso, è sufficiente ricordare che l'EMF di induzione è indotto quando il conduttore si muove all'interno di un altro campo.
Secondo la suddetta legge dell'induzione elettromagnetica, durante il funzionamento viene indotto un contatore nell'avvolgimento dell'indotto del motore EMF, che viene spesso chiamato "back-EMF", perché quando il motore è in funzione, è diretto verso l'applicazione fatica. Ciò spiega anche il forte aumento della corrente consumata dal motore quando il carico aumenta o l'albero è bloccato, nonché le correnti di spunto. Per un motore elettrico, tutte le condizioni per la comparsa di una differenza di potenziale sono ovvie: un cambiamento forzato nel campo magnetico delle sue bobine porta alla comparsa di una coppia sull'asse del rotore.
Sfortunatamente, non approfondiremo questo argomento in questo articolo: scrivi nei commenti se sei interessato e te ne parleremo.
In un altro dispositivo elettrico - un generatore, tutto è esattamente lo stesso, ma i processi che si verificano in esso hanno la direzione opposta. Una corrente elettrica viene fatta passare attraverso gli avvolgimenti del rotore, attorno ad essi si forma un campo magnetico (è possibile utilizzare magneti permanenti). Quando il rotore ruota, il campo, a sua volta, induce un EMF negli avvolgimenti dello statore, da cui viene rimossa la corrente di carico.
Ancora un po' di teoria
Quando si progettano tali circuiti, vengono presi in considerazione la distribuzione di corrente e la caduta di tensione tra i singoli elementi. Per calcolare la distribuzione del primo parametro si usa il noto dalla fisica Seconda legge di Kirchhoff - la somma delle cadute di tensione (tenendo conto del segno) su tutti i rami di un circuito chiuso, è uguale alla somma algebrica dell'EMF dei rami di questo circuito), e per determinarne i valori, utilizzare Legge di Ohm per una sezione di una catena o legge di Ohm per una catena completa, la cui formula è riportata di seguito:
io = E / (R + r),
dove E - CEM, R - resistenza al carico, r è la resistenza della fonte di alimentazione.
La resistenza interna della fonte di alimentazione è la resistenza degli avvolgimenti di generatori e trasformatori, che dipende dalla sezione del filo, con cui sono avvolti e la sua lunghezza, nonché la resistenza interna delle celle galvaniche, che dipende dallo stato dell'anodo, del catodo e elettrolita.
Nell'effettuare i calcoli si deve tener conto della resistenza interna dell'alimentatore, considerata come un collegamento in parallelo al circuito. Un approccio più accurato che tenga conto delle correnti di esercizio più elevate tiene conto della resistenza di ciascun conduttore di collegamento.
EMF nella vita quotidiana e nelle unità
Altri esempi si trovano nella vita pratica di qualsiasi persona comune. Cose familiari come piccole batterie e altre batterie in miniatura rientrano in questa categoria. In questo caso, l'EMF di lavoro si forma a causa di processi chimici che si verificano all'interno delle sorgenti di tensione CC.
Quando si verifica ai terminali (poli) della batteria a causa di cambiamenti interni, la cella è completamente pronta per il funzionamento. Nel tempo, l'EMF diminuisce leggermente e la resistenza interna aumenta notevolmente.
Di conseguenza, se si misura la tensione su una batteria a dito non collegata, si vede che è normale 1,5 V (o giù di lì), ma quando un carico è collegato alla batteria, diciamo che l'hai installato in un qualche tipo di dispositivo - non lo fa lavori.
Come mai? Perché se assumiamo che la resistenza interna del voltmetro sia molte volte superiore alla resistenza interna della batteria, allora hai misurato la sua EMF. Quando la batteria ha iniziato a fornire corrente al carico ai suoi terminali, non è diventata 1,5 V, ma, ad esempio, 1,2 V: il dispositivo non ha abbastanza tensione o corrente per il normale funzionamento. Sono proprio questi 0,3V che sono caduti sulla resistenza interna della cella galvanica. Se la batteria è molto vecchia e i suoi elettrodi sono distrutti, potrebbe non esserci alcuna forza o tensione elettromotrice ai terminali della batteria, ad es. zero.
Questo esempio dimostra chiaramente la differenza tra EMF e tensione. Lo stesso dice l'autore alla fine del video che vedete qui sotto.
Puoi saperne di più su come nasce l'EMF di una cella galvanica e come viene misurato nel seguente video:
All'interno dell'antenna del ricevitore viene indotta anche una piccolissima forza elettromotrice, che viene poi amplificata da speciali cascate, e riceviamo il nostro segnale televisivo, radiofonico e persino Wi-Fi.
Conclusione
Riassumiamo e ricordiamo ancora una volta brevemente cos'è l'EMF e in quali unità SI è espresso questo valore.
- L'EMF caratterizza il lavoro di forze esterne (chimiche o fisiche) di origine non elettrica in un circuito elettrico. Questa forza fa il lavoro di trasferire ad essa le cariche elettriche.
- L'EMF, come la tensione, si misura in Volt.
- Le differenze tra EMF e tensione sono che il primo viene misurato senza carico e il secondo con un carico, mentre viene presa in considerazione e influenza la resistenza interna della fonte di alimentazione.
E infine, per consolidare il materiale trattato, ti consiglio di guardare un altro buon video su questo argomento:
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