Co to jest EMF (siła elektromotoryczna): definicja w prostych słowach

EMF jest rozumiany jako specyficzna praca sił zewnętrznych w celu przemieszczenia ładunku jednostkowego w obwodzie obwodu elektrycznego. Pojęcie to w elektryczności zawiera wiele interpretacji fizycznych związanych z różnymi obszarami wiedzy technicznej. W elektrotechnice jest to specyficzna praca sił zewnętrznych, która pojawia się w uzwojeniach indukcyjnych po przyłożeniu do nich pola zmiennego. W chemii oznacza różnicę potencjałów, która występuje podczas elektrolizy, a także podczas reakcji, którym towarzyszy rozdzielanie ładunków elektrycznych. W fizyce odpowiada to sile elektromotorycznej generowanej na przykład na końcach termopary elektrycznej. Aby wyjaśnić istotę pola elektromagnetycznego prostymi słowami, musisz rozważyć każdą z opcji jego interpretacji.

Indukcja elektromagnetyczna (własna indukcja)

Zacznijmy od indukcji elektromagnetycznej. Zjawisko to opisuje prawo Indukcja elektromagnetyczna Faradaya. Fizycznym znaczeniem tego zjawiska jest zdolność pola elektromagnetycznego do indukowania pola elektromagnetycznego w pobliskim przewodniku. W takim przypadku albo pole musi się zmienić, na przykład pod względem wielkości i kierunku wektorów, albo poruszać się względem przewodnika, albo przewodnik musi poruszać się względem tego pola. W takim przypadku na końcach przewodu powstaje różnica potencjałów.

Jest jeszcze jedno zjawisko o podobnym znaczeniu - indukcja wzajemna. Polega na tym, że zmiana kierunku i natężenia prądu jednej cewki indukuje na zaciskach sem sąsiednia cewka, jest szeroko stosowana w różnych dziedzinach techniki, w tym elektrycznej i elektronika. Leży u podstaw działania transformatorów, w których strumień magnetyczny jednego uzwojenia indukuje prąd i napięcie w drugim.

W elektryce do produkcji specjalnych używa się efektu fizycznego o nazwie EMF Przetwornice AC, zapewniające pożądane wartości wielkości efektywnych (prąd i Napięcie). Ze względu na zjawiska indukcji i samoindukcja inżynierom udało się opracować wiele urządzeń elektrycznych: od konwencjonalnych cewki indukcyjne (ssanie) i do transformatora.

Pojęcie wzajemnej indukcji dotyczy tylko prądu przemiennego, podczas którego przepływu w obwodzie lub przewodniku zmienia się strumień magnetyczny.

Dla prądu elektrycznego o stałej kierunkowości charakterystyczne są inne przejawy tej siły, takie jak np. różnica potencjałów na biegunach ogniwa galwanicznego, które omówimy poniżej.

Silniki elektryczne i generatory

Ten sam efekt elektromagnetyczny obserwuje się w strukturze asynchroniczny lub Silnik synchroniczny, którego głównym elementem są cewki indukcyjne. Jego prace opisane są przystępnym językiem w wielu podręcznikach związanych z tematem „Elektrotechnika”. Aby zrozumieć istotę zachodzących procesów, wystarczy pamiętać, że EMF indukcji jest indukowane, gdy przewodnik porusza się w innym polu.

Zgodnie z w/w prawem indukcji elektromagnetycznej, podczas pracy w uzwojeniu twornika silnika indukowany jest licznik EMF, który często nazywany jest „back-EMF”, ponieważ podczas pracy silnika jest skierowany w stronę przyłożonego naprężenie. Wyjaśnia to również gwałtowny wzrost prądu pobieranego przez silnik przy zwiększeniu obciążenia lub zablokowaniu wału, a także prądy rozruchowe. W przypadku silnika elektrycznego wszystkie warunki pojawienia się różnicy potencjałów są oczywiste - wymuszona zmiana pola magnetycznego jego cewek prowadzi do pojawienia się momentu obrotowego na osi wirnika.

Niestety nie będziemy zagłębiać się w ten temat w tym artykule - napisz w komentarzach, jeśli jesteś tym zainteresowany, a my Ci o tym opowiemy.

W innym urządzeniu elektrycznym - generatorze wszystko jest dokładnie takie samo, ale procesy w nim zachodzące mają przeciwny kierunek. Przez uzwojenia wirnika przepływa prąd elektryczny, wokół nich powstaje pole magnetyczne (można zastosować magnesy trwałe). Gdy wirnik się obraca, pole z kolei indukuje sem w uzwojeniach stojana - z którego usuwany jest prąd obciążenia.

Trochę więcej teorii

Przy projektowaniu takich obwodów bierze się pod uwagę rozkład prądu i spadek napięcia na poszczególnych elementach. Do obliczenia rozkładu pierwszego parametru używa się znanego z fizyki Drugie prawo Kirchhoffa - suma spadków napięcia (z uwzględnieniem znaku) na wszystkich gałęziach obwodu zamkniętego jest równa sumie algebraicznej pola elektromagnetycznego gałęzi tego obwodu), a do określenia ich wartości użyj Prawo Ohma dla odcinka łańcucha lub prawo Ohma dla całego łańcucha, którego wzór podano poniżej:

I = E / (R + r),

gdzie E - EMF, R - rezystancja obciążenia, r jest rezystancją zasilacza.

Rezystancja wewnętrzna źródła zasilania to rezystancja uzwojeń generatorów i transformatorów, która zależy od przekroju przewodu, z którymi są nawinięte i jego długość, a także rezystancja wewnętrzna ogniw galwanicznych, która zależy od stanu anody, katody i elektrolit.

Podczas wykonywania obliczeń należy wziąć pod uwagę rezystancję wewnętrzną zasilacza, uważaną za równoległe połączenie z obwodem. Dokładniejsze podejście uwzględniające wyższe prądy robocze uwzględnia rezystancję każdego przewodu łączącego.

EMF w życiu codziennym i jednostkach

Inne przykłady można znaleźć w praktycznym życiu każdego zwykłego człowieka. Do tej kategorii należą tak znajome rzeczy, jak małe baterie i inne miniaturowe baterie. W tym przypadku działająca siła elektromotoryczna powstaje w wyniku procesów chemicznych zachodzących wewnątrz źródeł napięcia stałego.

Gdy wystąpi na zaciskach (biegunach) akumulatora na skutek zmian wewnętrznych, ogniwo jest całkowicie gotowe do pracy. Z biegiem czasu pole elektromagnetyczne nieznacznie maleje, a opór wewnętrzny wyraźnie wzrasta.

W rezultacie, jeśli zmierzysz napięcie na niepodłączonym akumulatorze palcowym, zobaczysz normalne dla niego 1,5 V (lub tak), ale gdy obciążenie jest podłączone do akumulatora, powiedzmy, że zainstalowałeś go w jakimś urządzeniu - nie Pracuje.

Czemu? Ponieważ jeśli założymy, że rezystancja wewnętrzna woltomierza jest wielokrotnie wyższa niż rezystancja wewnętrzna akumulatora, to zmierzyłeś jego EMF. Kiedy akumulator zaczął dawać prąd do obciążenia na jego zaciskach, nie stał się on 1,5 V, ale powiedzmy 1,2 V - urządzenie nie ma wystarczającego napięcia lub prądu do normalnej pracy. To właśnie te 0,3V spadły na rezystancję wewnętrzną ogniwa galwanicznego. Jeśli akumulator jest bardzo stary, a jego elektrody są zniszczone, to na zaciskach akumulatora może w ogóle nie być siły elektromotorycznej ani napięcia - tj. zero.

Ten przykład wyraźnie pokazuje różnicę między polem elektromagnetycznym a napięciem. Autor mówi to samo na końcu filmu, który widzicie poniżej.

Możesz dowiedzieć się więcej o tym, jak powstaje pole elektromagnetyczne ogniwa galwanicznego i jak jest mierzone w następującym filmie:

W antenie odbiorczej indukowana jest również bardzo mała siła elektromotoryczna, która jest następnie wzmacniana specjalnymi kaskadami i otrzymujemy nasz sygnał telewizyjny, radiowy, a nawet Wi-Fi.

Wniosek

Podsumujmy i jeszcze raz krótko przypomnijmy, czym jest EMF i w jakich jednostkach SI ta wartość jest wyrażona.

1. EMF charakteryzuje działanie sił zewnętrznych (chemicznych lub fizycznych) pochodzenia nieelektrycznego w obwodzie elektrycznym. Ta siła wykonuje pracę przenoszenia na nią ładunków elektrycznych.
2. EMF, podobnie jak napięcie, mierzy się w woltach.
3. Różnice między siłą elektromotoryczną a napięciem polegają na tym, że pierwsza jest mierzona bez obciążenia, a druga z obciążeniem, a rezystancja wewnętrzna źródła zasilania jest brana pod uwagę i wpływa.

I na koniec, aby skonsolidować omawiany materiał, radzę obejrzeć kolejny dobry film na ten temat:

Powiązane materiały:

• Jaka jest różnica między prądem przemiennym a prądem stałym?
• Co to jest ładunek elektryczny?
• Jak obniżyć napięcie AC i DC?