מהו EMF (כוח אלקטרומטיבי): הגדרה במילים פשוטות

EMF מובן כעבודה הספציפית של כוחות חיצוניים להעביר מטען יחידה במעגל של מעגל חשמלי. מושג זה בחשמל כולל פרשנויות פיזיות רבות הקשורות לתחומי ידע טכניים שונים. בהנדסת חשמל, זוהי העבודה הספציפית של כוחות חיצוניים המופיעה בפיתולים אינדוקטיביים כאשר מוחל עליהם שדה מתחלף. בכימיה, זה אומר את ההבדל הפוטנציאלי המתרחש במהלך אלקטרוליזה, כמו גם במהלך תגובות המלווה בהפרדת מטענים חשמליים. בפיזיקה הוא מתאים לכוח האלקטרומוטורי שנוצר בקצות זוג תרמו חשמלי, למשל. כדי להסביר את מהות EMF במילים פשוטות, יהיה עליך לשקול כל אחת מהאפשרויות לפרשנות שלה.

אינדוקציה אלקטרומגנטית (אינדוקציה עצמית)

נתחיל באינדוקציה אלקטרומגנטית. תופעה זו מתארת ​​את החוק

אינדוקציה אלקטרומגנטית של פאראדיי. המשמעות הפיזית של תופעה זו היא יכולתו של השדה האלקטרומגנטי לעורר EMF במוליך סמוך. במקרה זה, השדה חייב להשתנות, למשל, בגודל וכיוון הווקטורים, או לנוע ביחס למוליך, או שהמוליך חייב לנוע יחסית לשדה זה. במקרה זה מתעורר הבדל פוטנציאלי בקצות המוליך.

יש עוד תופעה דומה במשמעות - אינדוקציה הדדית. זה טמון בעובדה ששינוי הכיוון והחוזק של הזרם של סליל אחד גורם ל- EMF במסופים סליל סמוך, נמצא בשימוש נרחב בתחומי טכנולוגיה שונים, כולל חשמל ו מכשירי חשמל. הוא עומד בבסיס הפעולה של שנאים, כאשר השטף המגנטי של סלילה אחת מעורר זרם ומתח בשני.

בחשמל, אפקט פיזי הנקרא EMF משמש לייצור מיוחדים ממירים AC, המספקים את הערכים הרצויים של הכמויות האפקטיביות (זרם ו מתח). בשל תופעות האינדוקציה ו אינדוקציה עצמית מהנדסים הצליחו לפתח מכשירים חשמליים רבים: מהמקובלים משרנים (חנק) ועד השנאי.

הרעיון של אינדוקציה הדדית חל רק על זרם חילופין, שבזרימתו במעגל או במוליך, השטף המגנטי משתנה.

עבור זרם חשמלי בעל כיוון קבוע, ביטויים אחרים של כוח זה אופייניים, למשל, כהבדל פוטנציאלי בקטבים של תא גלווני, עליהם נדון להלן.

מנועים חשמליים וגנרטורים

אותה אפקט אלקטרומגנטי נצפה במבנה אסינכרוני אוֹ מנוע סינכרוני, שהמרכיב העיקרי שבהם הוא סלילים אינדוקטיביים. יצירתו מתוארת בשפה נגישה בספרי לימוד רבים הקשורים לנושא הנקרא "הנדסת חשמל". כדי להבין את מהות התהליכים המתמשכים, מספיק לזכור כי EMF של אינדוקציה נגרם כאשר המוליך נע בתוך שדה אחר.

על פי חוק האינדוקציה האלקטרומגנטית המוזכרת לעיל, מונה נגרם באבזור המנוע המתפתל במהלך הפעולה EMF, המכונה לעתים קרובות "EMF אחורי", מכיוון שכאשר המנוע פועל, הוא מכוון לכיוון המוחל לחץ. זה גם מסביר את העלייה החדה בזרם הצורך של המנוע כאשר העומס גדל או שהפיר נתקע, כמו גם זרמי העומס. עבור מנוע חשמלי, כל התנאים להופעת הבדל פוטנציאלי ברורים - שינוי מאולץ בשדה המגנטי של סליליו מוביל להופעת מומנט בציר הרוטור.

לרוע המזל, לא נתעמק בנושא זה בתוך מאמר זה - כתבו בתגובות אם אתם מעוניינים בכך, ונספר לכם על כך.

במכשיר חשמלי אחר - גנרטור, הכל זהה לחלוטין, אך התהליכים המתרחשים בו הם בעלי הכיוון ההפוך. זרם חשמלי מועבר בפיתולי הרוטור, שדה מגנטי מתעורר סביבם (ניתן להשתמש במגנטים קבועים). כאשר הרוטור מסתובב, השדה, בתורו, גורם EMF בפיתולי הסטטור - שממנו מוסר זרם העומס.

עוד קצת תיאוריה

בעת תכנון מעגלים כאלה, נלקחים בחשבון התפלגות הזרם וירידת המתח על פני אלמנטים בודדים. לחישוב התפלגות הפרמטר הראשון נעשה שימוש בידוע מהפיזיקה החוק השני של קירכהוף - סכום ירידות המתח (תוך התחשבות בסימן) בכל ענפי מעגל סגור, שווה לסכום האלגברי של EMF של ענפי מעגל זה), וכדי לקבוע את ערכיהם, השתמש חוק אוהם עבור חלק בשרשרת או חוק אוהם לשרשרת שלמה, הנוסחה שלה ניתנת להלן:

I = E / (R + r),

איפה E - EMF, R - עמידות בעומס, r הוא ההתנגדות של מקור הכוח.

ההתנגדות הפנימית של מקור הכוח היא ההתנגדות של פיתולי גנרטורים ושנאים, שתלויה בחתך החוט, בעזרתו הם פצעים ואורכו, כמו גם ההתנגדות הפנימית של תאים גלווניים, שתלויה במצב האנודה, הקתודה ו אלקטרוליט.

בעת ביצוע חישובים, יש להתחשב בהתנגדות הפנימית של ספק הכוח, הנחשב כחיבור מקביל למעגל. גישה מדויקת יותר שלוקחת בחשבון זרמי הפעלה גבוהים יותר לוקחת בחשבון את ההתנגדות של כל מוליך מחבר.

EMF בחיי היום יום ויחידות

דוגמאות אחרות נמצאות בחייו הפרקטיים של כל אדם רגיל. דברים מוכרים כמו סוללות קטנות וסוללות מיניאטוריות אחרות נכללות בקטגוריה זו. במקרה זה, ה- EMF העובד נוצר עקב תהליכים כימיים המתרחשים בתוך מקורות המתח DC.

כאשר הוא מתרחש במסופי (הקטבים) של הסוללה עקב שינויים פנימיים, התא מוכן לחלוטין להפעלה. עם הזמן ה- EMF יורד מעט, וההתנגדות הפנימית עולה במידה ניכרת.

כתוצאה מכך, אם אתה מודד את המתח על סוללת אצבע לא מחוברת, אתה רואה שזה נורמלי 1.5V (בערך), אבל כאשר עומס מחובר לסוללה, נניח שהתקנת אותו במכשיר כלשהו - זה לא עובד.

למה? כי אם נניח שההתנגדות הפנימית של מד המתח גבוהה פי כמה מההתנגדות הפנימית של הסוללה, אז מדדת את ה- EMF שלו. כשהסוללה החלה להעניק זרם לעומס במסופים שלה, היא לא הפכה ל -1.5 וולט, אלא נניח, 1.2 וולט - למכשיר אין מספיק מתח או זרם להפעלה רגילה. רק 0.3V אלה נפלו על ההתנגדות הפנימית של התא הגלווני. אם הסוללה ישנה מאוד והאלקטרודות שלה נהרסות, יתכן שאין כוח או מתח אלקטרומוטורי בכלל במסופי הסוללה - כלומר אֶפֶס.

דוגמה זו מדגימה בבירור את ההבדל בין EMF למתח. המחבר אומר את אותו הדבר בסוף הסרטון שאתה רואה למטה.

אתה יכול ללמוד עוד על איך EMF של תא גלווני נוצר וכיצד הוא נמדד בסרטון הבא:

כוח אלקטרומוטורי קטן מאוד נגרם גם בתוך אנטנת המקלט, שמועצמת לאחר מכן על ידי מפלים מיוחדים, ואנו מקבלים אות הטלוויזיה, הרדיו ואפילו ה- Wi-Fi שלנו.

סיכום

בואו נסכם ושוב נזכיר בקצרה מהו EMF ובאיזה יחידות SI מתבטא ערך זה.

1. EMF מאפיין את עבודת הכוחות החיצוניים (כימיים או פיזיים) ממוצא לא חשמלי במעגל חשמלי. כוח זה עושה את העבודה של העברת מטענים חשמליים אליו.
2. EMF, כמו מתח, נמדד בוולט.
3. ההבדלים בין EMF למתח הם שהראשון נמדד ללא עומס, והשני עם עומס, בעוד ההתנגדות הפנימית של מקור הכוח נלקחת בחשבון ומשפיעה.

ולבסוף, כדי לאחד את החומר המכוסה, אני ממליץ לך לצפות בעוד סרטון טוב בנושא זה:

חומרים קשורים:

• מה ההבדל בין זרם חילופין לזרם ישיר
• מהו מטען חשמלי
• כיצד להוריד מתח AC ו- DC