O que é EMF (força eletromotriz): definição em palavras simples

EMF é entendido como o trabalho específico de forças externas para mover uma carga unitária no circuito de um circuito elétrico. Este conceito em eletricidade envolve muitas interpretações físicas relacionadas a várias áreas do conhecimento técnico. Em engenharia elétrica, este é o trabalho específico de forças externas que aparecem nos enrolamentos indutivos quando um campo alternado é aplicado a eles. Em química, significa a diferença de potencial que ocorre durante a eletrólise, bem como durante as reações acompanhadas pela separação das cargas elétricas. Na física, corresponde à força eletromotriz gerada nas extremidades de um termopar elétrico, por exemplo. Para explicar a essência da EMF em palavras simples, você precisará considerar cada uma das opções para sua interpretação.

Indução eletromagnética (autoindução)

Vamos começar com a indução eletromagnética. Este fenômeno descreve a lei Indução eletromagnética de Faraday. O significado físico desse fenômeno é a capacidade do campo eletromagnético de induzir um EMF em um condutor próximo. Neste caso, ou o campo deve mudar, por exemplo, na magnitude e direção dos vetores, ou mover-se em relação ao condutor, ou o condutor deve mover-se em relação a este campo. Nesse caso, surge uma diferença de potencial nas extremidades do condutor.

Existe outro fenômeno semelhante em significado - indução mútua. Está no fato de que uma mudança na direção e força da corrente de uma bobina induz um EMF nos terminais bobina adjacente, é amplamente utilizada em vários campos da tecnologia, incluindo elétrica e eletrônicos. É a base da operação de transformadores, onde o fluxo magnético de um enrolamento induz corrente e tensão no segundo.

Na parte elétrica, um efeito físico chamado EMF é usado na fabricação de Conversores AC, fornecendo os valores desejados das grandezas efetivas (corrente e Voltagem). Devido aos fenômenos de indução e auto-indução engenheiros conseguiram desenvolver muitos dispositivos elétricos: do convencional indutores (choke) e até o transformador.

O conceito de indução mútua aplica-se apenas à corrente alternada, durante o fluxo da qual em um circuito ou condutor, o fluxo magnético muda.

Para uma corrente elétrica de direção constante, outras manifestações dessa força são características, como, por exemplo, uma diferença de potencial nos pólos de uma célula galvânica, que discutiremos a seguir.

Motores e geradores elétricos

O mesmo efeito eletromagnético é observado na estrutura assíncrono ou motor síncrono, cujo elemento principal são as bobinas indutivas. Seu trabalho é descrito em linguagem acessível em diversos livros didáticos relacionados ao assunto denominado "Engenharia Elétrica". Para entender a essência dos processos em andamento, basta lembrar que a EMF de indução é induzida quando o condutor se move dentro de outro campo.

De acordo com a lei de indução eletromagnética mencionada acima, um contador é induzido no enrolamento da armadura do motor durante a operação EMF, que muitas vezes é chamado de "back-EMF", porque quando o motor está funcionando, ele é direcionado para o estresse. Isso também explica o aumento acentuado da corrente consumida pelo motor quando a carga aumenta ou o eixo é apreendido, bem como as correntes de inrush. Para um motor elétrico, todas as condições para o aparecimento de uma diferença de potencial são óbvias - uma mudança forçada no campo magnético de suas bobinas leva ao aparecimento de um torque no eixo do rotor.

Infelizmente, não nos aprofundaremos neste tópico neste artigo - escreva nos comentários se estiver interessado nele e nós o informaremos sobre ele.

Em outro dispositivo elétrico - um gerador, tudo é exatamente o mesmo, mas os processos que ocorrem nele têm a direção oposta. Uma corrente elétrica é passada através dos enrolamentos do rotor, um campo magnético surge ao redor deles (ímãs permanentes podem ser usados). Quando o rotor gira, o campo, por sua vez, induz um EMF nos enrolamentos do estator - dos quais a corrente de carga é removida.

Um pouco mais de teoria

Ao projetar tais circuitos, a distribuição de corrente e a queda de tensão entre os elementos individuais são levadas em consideração. Para calcular a distribuição do primeiro parâmetro, o conhecido da física é usado Segunda lei de Kirchhoff - a soma das quedas de tensão (levando em consideração o sinal) em todos os ramos de um circuito fechado, é igual à soma algébrica da CEM dos ramos deste circuito), e para determinar seus valores, use Lei de ohm para uma seção de uma cadeia ou a lei de Ohm para uma cadeia completa, cuja fórmula é dada abaixo:

I = E / (R + r),

Onde E - EMF, R - resistência de carga, r é a resistência da fonte de alimentação.

A resistência interna da fonte de alimentação é a resistência dos enrolamentos dos geradores e transformadores, que depende da seção transversal do fio, com as quais são enrolados e seu comprimento, bem como a resistência interna das células galvânicas, que depende do estado do ânodo, cátodo e eletrólito.

Ao efetuar os cálculos, deve-se levar em consideração a resistência interna da fonte de alimentação, considerada como uma conexão paralela ao circuito. Uma abordagem mais precisa que leva em consideração correntes de operação mais altas leva em consideração a resistência de cada condutor de conexão.

EMF na vida cotidiana e unidades

Outros exemplos são encontrados na vida prática de qualquer pessoa comum. Coisas familiares como pequenas baterias e outras baterias em miniatura se enquadram nesta categoria. Neste caso, o EMF de trabalho é formado devido a processos químicos que ocorrem dentro das fontes de tensão CC.

Quando ocorre nos terminais (pólos) da bateria devido a alterações internas, a célula está totalmente pronta para funcionar. Com o tempo, o EMF diminui ligeiramente e a resistência interna aumenta acentuadamente.

Como resultado, se você medir a tensão em uma bateria de dedo não conectada, verá que é normal 1,5 V (mais ou menos), mas quando uma carga é conectada à bateria, digamos que você a instalou em algum tipo de dispositivo - ela não trabalho.

Porque? Porque se assumirmos que a resistência interna do voltímetro é muitas vezes maior do que a resistência interna da bateria, você mediu seu EMF. Quando a bateria começou a fornecer corrente para a carga em seus terminais, ela se tornou não 1,5 V, mas, digamos, 1,2 V - o dispositivo não tem tensão ou corrente suficiente para operação normal. Foram justamente esses 0,3 V que caíram na resistência interna da célula galvânica. Se a bateria estiver muito velha e seus eletrodos forem destruídos, pode não haver força eletromotriz ou tensão nos terminais da bateria - ou seja, zero.

Este exemplo demonstra claramente a diferença entre EMF e tensão. O autor diz o mesmo no final do vídeo que você vê a seguir.

Você pode aprender mais sobre como o EMF de uma célula galvânica surge e como ele é medido no seguinte vídeo:

Uma força eletromotriz muito pequena também é induzida dentro da antena do receptor, que é então amplificada por cascatas especiais, e recebemos nosso sinal de televisão, rádio e até mesmo wi-fi.

Conclusão

Vamos resumir e, mais uma vez, relembrar brevemente o que é EMF e em quais unidades SI este valor é expresso.

1. EMF caracteriza o trabalho de forças externas (químicas ou físicas) de origem não elétrica em um circuito elétrico. Essa força faz o trabalho de transferir cargas elétricas para ele.
2. EMF, como a voltagem, é medido em Volts.
3. As diferenças entre EMF e tensão são que a primeira é medida sem carga e a segunda com carga, enquanto a resistência interna da fonte de alimentação é levada em consideração e afetada.

E por fim, para consolidar o material abordado, aconselho a assistir a outro bom vídeo sobre o assunto:

Materiais relacionados:

• Qual é a diferença entre corrente alternada e corrente contínua
• O que é carga elétrica
• Como diminuir a tensão AC e DC