SEM i napięcie w obwodzie elektrycznym

Wiele osób (w tym niektórzy elektrycy) myli pojęcie siły elektromotorycznej (EMF) i napięcia. Chociaż te koncepcje są różne. Pomimo tego, że są one nieistotne, niespecjalistom trudno je zrozumieć. Ważną rolę odgrywa w tym jednostka miary. Napięcie i EMF są mierzone w tych samych jednostkach - woltach. Na tym różnice się nie kończą, o wszystkim szczegółowo rozmawialiśmy w artykule!

Co to jest siła elektromotoryczna

Szczegółowo rozważyliśmy tę kwestię w osobnym artykule: https://samelectrik.ru/chto-takoe-eds-obyasnenie-prostymi-slovami.html

SEM jest rozumiana jako wielkość fizyczna charakteryzująca pracę wszelkich sił zewnętrznych znajdujących się w zasilaczach DC lub AC. Co więcej, jeśli istnieje obwód zamknięty, możemy powiedzieć, że pole elektromagnetyczne jest równe pracy sił, aby przenieść ładunek dodatni na ładunek ujemny wzdłuż obwodu zamkniętego. Mówiąc prościej, EMF źródła prądu reprezentuje pracę wymaganą do przeniesienia ładunku jednostkowego między biegunami.

Co więcej, jeśli źródło prądu ma nieskończoną moc i nie ma rezystancji wewnętrznej (pozycja A na rysunku), wówczas EMF można obliczyć przez Prawo Ohma dla odcinka łańcuchaodkąd napięcie i siła elektromotoryczna w tym przypadku są równe.

ja = U / R,

gdzie U - napięcie, aw rozważanym przykładzie - EMF.

Jednak prawdziwy zasilacz ma skończony opór wewnętrzny. Dlatego kalkulacja ta nie może być zastosowana w praktyce. W takim przypadku wzór na cały obwód służy do określenia pola elektromagnetycznego.

I = E / (R + r),

gdzie E (oznaczane również jako „ԑ”) - EMF; R to rezystancja obciążenia, r to wewnętrzna rezystancja zasilacza, I to prąd w obwodzie.

Jednak ten wzór nie uwzględnia rezystancji przewodów obwodu. Należy rozumieć, że wewnątrz źródła prądu stałego i w obwodzie zewnętrznym prąd płynie w różnych kierunkach. Różnica polega na tym, że wewnątrz elementu przepływa od minusa do plusa, a następnie w obwodzie zewnętrznym od plusa do minusa.

Widać to wyraźnie na poniższym rysunku:

W tym przypadku siłę elektromotoryczną mierzy się woltomierzem, w przypadku braku obciążenia tj. zasilacz jest na biegu jałowym.

Aby znaleźć EMF poprzez napięcie i rezystancję obciążenia, musisz znaleźć wewnętrzną rezystancję źródła zasilacz, w tym celu napięcie jest mierzone dwukrotnie przy różnych prądach obciążenia, po czym wewnętrzne opór. Poniżej znajduje się procedura obliczania według wzorów, a następnie R1, R2 to rezystancja obciążenia dla pierwszego i drugiego pomiary odpowiednio pozostałe wielkości są podobne, U1, U2 są napięciem źródła na jego zaciskach poniżej Załaduj.

Znamy więc prąd, to jest równy:

I1 = E / (R1 + r)

I2 = E / (R2 + r)

W której:

R1 = U1 / I1

R2 = U2 / I2

Jeżeli podstawione w pierwszych równaniach, to:

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

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

Teraz podzielmy lewą i prawą stronę na siebie:

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

Po obliczeniu w odniesieniu do rezystancji źródła prądu otrzymujemy:

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

Rezystancja wewnętrzna r:

r = (U1 + U2) / I,

gdzie U1, U2 to napięcie na zaciskach źródłowych przy różnych prądach obciążenia, ja to prąd w obwodzie.

Wtedy EMF jest równe:

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

Co to jest napięcie?

Napięcie elektryczne (oznaczone jako U) jest wielkością fizyczną, która odzwierciedla ilościową charakterystykę pracy pola elektrycznego podczas przenoszenia ładunku z punktu A do punktu B. W związku z tym napięcie może znajdować się między dwoma punktami obwodu, ale w przeciwieństwie do pola elektromagnetycznego może znajdować się między dwoma zaciskami jednego z elementów obwodu. Przypomnijmy, że EMF charakteryzuje pracę wykonywaną przez siły zewnętrzne, to znaczy pracę samego źródła prądu lub pola elektromagnetycznego w celu przeniesienia ładunku przez cały obwód, a nie na konkretny element.

Tę definicję można wyrazić w prosty sposób. Napięcie prądu stałego to siła, która przenosi wolne elektrony z jednego atomu na drugi w określonym kierunku.

W przypadku prądu przemiennego stosuje się następujące pojęcia:

• napięcie chwilowe to różnica potencjałów między punktami w danym okresie czasu;
• wartość szczytowa - reprezentuje wartość maksymalną modulo chwilową wartość napięcia w okresie czasu;
• wartość średnia - składowa stała napięcia;
• RMS i RMS.

Napięcie odcinka obwodu zależy od materiału przewodnika, rezystancji obciążenia i temperatury. Podobnie jak siła elektromotoryczna mierzona jest w woltach.

Często, aby zrozumieć fizyczne znaczenie stresu, porównuje się go do wieży ciśnień. Słup wody utożsamiany jest z napięciem, a przepływ z prądem.

W takim przypadku słup wody w wieży stopniowo się zmniejsza, co charakteryzuje się spadkiem napięcia i spadkiem natężenia prądu.

Więc jaka jest różnica?

Aby lepiej zrozumieć, jaka jest różnica między siłą elektromotoryczną a napięciem, rozważ przykład. Istnieje źródło energii elektrycznej o nieskończonej mocy, w którym nie ma oporu wewnętrznego. Obciążenie jest zamontowane w obwodzie elektrycznym. W takim przypadku prawdą będzie, że EMF i napięcie są identycznie równe, to znaczy nie ma różnicy między tymi pojęciami.

Są to jednak idealne warunki, które w rzeczywistości nie występują. Warunki te służą wyłącznie do obliczeń. W rzeczywistości brana jest pod uwagę wewnętrzna rezystancja zasilacza. W tym przypadku EMF i napięcie są różne.

Rysunek pokazuje, jaka będzie różnica w wartościach siły elektromotorycznej i napięcia w warunkach rzeczywistych. Powyższy wzór na prawo Ohma dla pełnego obwodu opisuje wszystkie procesy. Przy otwartym obwodzie zaciski akumulatora będą miały wartość 1,5 wolta. To jest wartość EMF. Po podłączeniu obciążenia, w tym przypadku jest to żarówka, będzie miała napięcie 1 wolta.

Różnica w stosunku do idealnego źródła to wewnętrzna rezystancja źródła zasilania. Przy tej rezystancji następuje spadek napięcia. Procesy te są opisane przez prawo Ohma dla pełnego obwodu.

Jeśli urządzenie pomiarowe na zaciskach źródła zasilania pokazuje wartość 1,5 V, będzie to siła elektromotoryczna, ale powtarzamy, pod warunkiem, że nie ma obciążenia.

Po podłączeniu obciążenia zaciski będą miały celowo niższą wartość. To jest napięcie.

Wyjście

Z powyższego możemy wywnioskować, że główna różnica między EMF a napięciem to:

1. Siła elektromotoryczna zależy od źródła zasilania, a napięcie zależy od podłączonego obciążenia i prądu płynącego przez obwód.
2. Siła elektromotoryczna to wielkość fizyczna charakteryzująca pracę sił zewnętrznych pochodzenia nieelektrycznego, występujących w obwodach prądu stałego i przemiennego.
3. Napięcie i EMF mają jedną jednostkę miary - Volt.
4. U jest wielkością fizyczną równą pracy efektywnego pola elektrycznego wytworzonego podczas przenoszenia pojedynczego ładunku testowego z punktu A do punktu B.

Krótko mówiąc, jeśli reprezentujemy U jako słup wody, to EMF można przedstawić jako pompę, która utrzymuje poziom wody na stałym poziomie. Mamy nadzieję, że po przeczytaniu artykułu główna różnica stała się dla Ciebie jasna!

Powiązane materiały:

• Jaka jest różnica między transformatorem a autotransformatorem?
• Różnica między stycznikiem a rozrusznikiem
• Jak sprawdzić, czy w gniazdku jest napięcie?