EMF ומתח במעגל החשמלי

אנשים רבים (כולל כמה חשמלאים) מבלבלים בין המושג כוח אלקטרומוטורי (EMF) ומתח. למרות שהמושגים הללו שונים. למרות העובדה שהם חסרי חשיבות, קשה למי שאינו מומחה להבין אותם. יחידת המדידה ממלאת תפקיד חשוב בכך. מתח ו- EMF נמדדים באותן יחידות - וולט. ההבדלים אינם מסתיימים בכך, דיברנו על הכל בפירוט במאמר!

מהו כוח אלקטרומוטי

שקלנו סוגיה זו בפירוט במאמר נפרד: https://samelectrik.ru/chto-takoe-eds-obyasnenie-prostymi-slovami.html

EMF מובן ככמות פיזית המאפיינת את עבודתם של כל כוחות חיצוניים הנמצאים בספקי כוח DC או AC. יתר על כן, אם יש מעגל סגור, אנו יכולים לומר כי ה- EMF שווה לעבודה של כוחות להעביר מטען חיובי לשלילי לאורך מעגל סגור. או במילים פשוטות, ה- EMF של מקור זרם מייצג את העבודה הנדרשת להעברת מטען יחידה בין הקטבים.

יתר על כן, אם למקור הנוכחי יש כוח אינסופי ואין התנגדות פנימית (עמדה A באיור), ניתן לחשב את ה- EMF על ידי חוק אוהם לחלקת שרשרתמאז מתח וכוח אלקטרומוטורי במקרה זה שווים.

I = U / R,

כאשר U - מתח, ובדוגמה הנחשבת - EMF.

עם זאת, לספק כוח אמיתי יש התנגדות פנימית סופית. לכן לא ניתן ליישם חישוב זה הלכה למעשה. במקרה זה, הנוסחה של המעגל השלם משמשת לקביעת ה- EMF.

I = E / (R + r),

כאשר E (מסומן גם בשם "ԑ") - EMF; R הוא ההתנגדות לעומס, r הוא ההתנגדות הפנימית של ספק הכוח, I הוא הזרם במעגל.

עם זאת, נוסחה זו אינה מביאה בחשבון את ההתנגדות של מוליכי המעגלים. יש להבין כי בתוך מקור DC ובמעגל החיצוני הזרם זורם לכיוונים שונים. ההבדל הוא שבתוך האלמנט הוא זורם ממינוס לפלוס, ואז במעגל החיצוני מפלוס למינוס.

זה מתואר בבירור באיור שלהלן:

במקרה זה, הכוח האלקטרומוטורי נמדד בעזרת מד מתח, במקרה בו אין עומס, כלומר אספקת החשמל בסרק.

כדי למצוא את ה- EMF באמצעות התנגדות המתח והעומס, עליך למצוא את ההתנגדות הפנימית של המקור ספק כוח, לשם כך המתח נמדד פעמיים בזרמי עומס שונים, ולאחר מכן הפנימי הִתנַגְדוּת. להלן הליך החישוב לפי הנוסחאות, ואז R1, R2 הן עמידות העומס לראשון ולשני מדידות, בהתאמה, הכמויות הנותרות דומות, U1, U2 הן מתח המקור במסופים שלה מתחת לִטעוֹן.

אז, אנו מכירים את הזרם, ואז הוא שווה ל:

I1 = E / (R1 + r)

I2 = E / (R2 + r)

היכן:

R1 = U1 / I1

R2 = U2 / I2

אם הוחלף במשוואות הראשונות, אזי:

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

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

עכשיו בואו נחלק את הצד השמאלי והימני זה לזה:

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

לאחר חישוב לגבי ההתנגדות של המקור הנוכחי, אנו מקבלים:

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

התנגדות פנימית r:

r = (U1 + U2) / I,

כאשר U1, U2 הוא המתח במסופי המקור בזרמי עומס שונים, I הוא הזרם במעגל.

אז ה- EMF שווה ל:

E = I * (R + r) או E = U1 + I1 * r

מהו מתח

מתח חשמלי (מסומן כ- U) הוא כמות פיזית המשקפת את המאפיין הכמותי של עבודת שדה חשמלי בהעברת מטען מנקודה A לנקודה B. בהתאם לכך, המתח יכול להיות בין שתי נקודות במעגל, אך בניגוד ל- EMF, הוא יכול להיות בין שני המסופים של אחד ממרכיבי המעגל. נזכיר כי EMF מאפיין את העבודה המבוצעת על ידי כוחות חיצוניים, כלומר עבודת המקור הנוכחי עצמו או ה- EMF להעברת מטען דרך המעגל כולו, ולא על אלמנט ספציפי.

ניתן לבטא הגדרה זו במילים פשוטות. מתח DC הוא הכוח המניע אלקטרונים חופשיים מאטום אחד למשנהו בכיוון ספציפי.

עבור זרם חילופין משתמשים במושגים הבאים:

• מתח מיידי הוא ההבדל הפוטנציאלי בין הנקודות בפרק זמן נתון;
• ערך שיא - מייצג את מודול הערך המרבי של ערך המתח המיידי לאורך פרק זמן;
• ערך ממוצע - רכיב מתח קבוע;
• RMS ו- RMS.

המתח של קטע במעגל תלוי בחומר המוליך, בהתנגדות העומס ובטמפרטורה. כמו גם הכוח האלקטרומוטורי נמדד בוולט.

לעתים קרובות, כדי להבין את המשמעות הפיזית של לחץ, הוא מושווה למגדל מים. עמודת המים מזוהה עם מתח, והזרם עם זרם.

במקרה זה, עמוד המים במגדל יורד בהדרגה, מה שמאפיין ירידה במתח וירידה בכוח הזרם.

אז מה ההבדל

להבנה טובה יותר של מה ההבדל בין כוח אלקטרומוטורי למתח, שקול דוגמה. יש מקור לאנרגיה חשמלית של כוח אינסופי, שאין בו התנגדות פנימית. עומס מותקן במעגל החשמלי. במקרה זה, זה נכון שה- EMF והמתח שווים זהים, כלומר, אין הבדל בין מושגים אלה.

עם זאת, אלה תנאים אידיאליים שאינם מתרחשים בחיים האמיתיים. תנאים אלה משמשים אך ורק לחישובים. בחיים האמיתיים, ההתנגדות הפנימית של אספקת החשמל נלקחת בחשבון. במקרה זה, EMF ומתח שונים.

האיור מראה מה יהיה ההבדל בערכי הכוח והמתח האלקטרומוטורי בתנאים אמיתיים. הנוסחה לעיל לחוק אוהם למעגל שלם מתארת ​​את כל התהליכים. עם מעגל פתוח, מסופי הסוללה יהיו בעלי ערך של 1.5 וולט. זהו ערך ה- EMF. לאחר חיבור העומס, במקרה זה מדובר בנורה, יהיה לה מתח של 1 וולט.

ההבדל ממקור אידיאלי הוא ההתנגדות הפנימית של מקור הכוח. בהתנגדות זו מתרחשת ירידת מתח. תהליכים אלה מתוארים בחוק אוהם למעגל שלם.

אם מכשיר המדידה במסופים של מקור הכוח מציג ערך של 1.5 וולט, זה יהיה כוח אלקטרומוטורי, אך אנו חוזרים על זה, בתנאי שאין עומס.

כאשר העומס מחובר, למסופים יהיה ערך נמוך יותר בכוונה. זהו מתח.

תְפוּקָה

מהאמור לעיל, אנו יכולים להסיק כי ההבדל העיקרי בין EMF למתח הוא:

1. הכוח האלקטרומוטורי תלוי במקור החשמל, והמתח תלוי בעומס המחובר ובזרם הזורם במעגל.
2. כוח אלקטרומוטיבי הוא כמות פיזית המאפיינת את עבודת הכוחות החיצוניים שמקורם אינו חשמלי, המתרחשת במעגלי DC ו- AC.
3. למתח ו- EMF יש יחידת מדידה אחת - וולט.
4. U היא כמות פיזית השווה לעבודה של השדה החשמלי היעיל המיוצר במהלך העברת מטען בודד בודד מנקודה A לנקודה B.

כך, בקצרה, אם אנו מייצגים את U כעמוד מים, ניתן לדמיין את ה- EMF כמשאבה השומרת על מפלס המים ברמה קבועה. אנו מקווים שאחרי קריאת המאמר ההבדל העיקרי התברר לך!

חומרים קשורים:

• מה ההבדל בין שנאי לממיר אוטומטי
• ההבדל בין מגע ומתנע
• כיצד ניתן לדעת אם יש מתח בשקע