CEM este înțeleasă ca lucrarea specifică a forțelor externe de a deplasa o încărcare unitară în circuitul unui circuit electric. Acest concept în domeniul electricității implică multe interpretări fizice legate de diverse domenii ale cunoștințelor tehnice. În ingineria electrică, aceasta este opera specifică a forțelor externe care apare în înfășurările inductive atunci când li se aplică un câmp alternativ. În chimie, înseamnă diferența de potențial care apare în timpul electrolizei, precum și în timpul reacțiilor însoțite de separarea sarcinilor electrice. În fizică, aceasta corespunde forței electromotoare generate de capetele unui termocuplu electric, de exemplu. Pentru a explica esența EMF în cuvinte simple, va trebui să luați în considerare fiecare dintre opțiunile de interpretare a acestuia.
Înainte de a trece la partea principală a articolului, observăm că EMF și tensiunea au o semnificație foarte apropiată, dar totuși oarecum diferite. Pe scurt, EMF este la sursa de alimentare fără sarcină, iar atunci când sarcina este conectată la aceasta, aceasta este deja tensiunea. Deoarece numărul de volți de pe unitatea de alimentare sub sarcină este aproape întotdeauna puțin mai mic decât fără el. Acest lucru se datorează rezistenței interne a surselor de alimentare, cum ar fi transformatoarele și celulele galvanice.
Conţinut:
- Inducție electromagnetică (autoinducție)
- Motoare electrice și generatoare
- Încă ceva teorie
- CEM în viața de zi cu zi și în unități
- Concluzie
Inducție electromagnetică (autoinducție)
Să începem cu inducția electromagnetică. Acest fenomen descrie legea Inducția electromagnetică Faraday. Semnificația fizică a acestui fenomen este capacitatea câmpului electromagnetic de a induce un CEM într-un conductor din apropiere. În acest caz, fie câmpul trebuie să se schimbe, de exemplu, în mărimea și direcția vectorilor, fie să se deplaseze în raport cu conductorul, fie conductorul trebuie să se deplaseze în raport cu acest câmp. În acest caz, o diferență de potențial apare la capetele conductorului.
Există un alt fenomen similar în sens - inducerea reciprocă. Rezidă în faptul că o schimbare în direcția și puterea curentului unei bobine induce un CEM la terminale bobina adiacentă, este utilizată pe scară largă în diverse domenii ale tehnologiei, inclusiv electrice și Electronică. Acesta stă la baza funcționării transformatoarelor, unde fluxul magnetic al unei înfășurări induce curent și tensiune în al doilea.
În electricitate, un efect fizic numit EMF este utilizat la fabricarea produselor speciale Convertoare de curent alternativ, furnizând valorile dorite ale cantităților efective (curent și Voltaj). Datorită fenomenelor de inducție și autoinducție inginerii au reușit să dezvolte multe dispozitive electrice: de la cele convenționale inductori (sufocare) și până la transformator.
Conceptul de inducție reciprocă se aplică numai curentului alternativ, în timpul căruia fluxul într-un circuit sau conductor, fluxul magnetic se schimbă.
Pentru un curent electric cu direcție constantă, sunt caracteristice alte manifestări ale acestei forțe, de exemplu, ca o diferență de potențial la polii unei celule galvanice, pe care o vom discuta mai jos.
Motoare electrice și generatoare
Același efect electromagnetic se observă în structură asincron sau motor sincron, al cărui element principal sunt bobinele inductive. Opera sa este descrisă într-un limbaj accesibil în multe manuale referitoare la subiectul numit „Inginerie electrică”. Pentru a înțelege esența proceselor în desfășurare, este suficient să ne amintim că EMF de inducție este indus atunci când conductorul se mișcă în alt câmp.
Conform legii mai sus menționate a inducției electromagnetice, un contor este indus în înfășurarea armăturii motorului în timpul funcționării EMF, care se numește adesea „back-EMF”, deoarece atunci când motorul funcționează, este direcționat spre aplicat stres. Acest lucru explică, de asemenea, creșterea bruscă a curentului consumat de motor atunci când sarcina crește sau arborele este blocat, precum și curenții de intrare. Pentru un motor electric, toate condițiile pentru apariția unei diferențe de potențial sunt evidente - o schimbare forțată a câmpului magnetic al bobinelor sale duce la apariția unui cuplu pe axa rotorului.
Din păcate, nu vom aprofunda acest subiect în cadrul acestui articol - scrieți în comentarii dacă sunteți interesat de acesta și vă vom spune despre asta.
Într-un alt dispozitiv electric - un generator, totul este exact la fel, dar procesele care au loc în el au direcția opusă. Un curent electric este trecut prin înfășurările rotorului, în jurul lor apare un câmp magnetic (pot fi folosiți magneți permanenți). Când rotorul se rotește, câmpul, la rândul său, induce un CEM în înfășurările statorului - din care este îndepărtat curentul de sarcină.
Încă ceva teorie
La proiectarea unor astfel de circuite, se iau în considerare distribuția curentului și căderea de tensiune între elementele individuale. Pentru a calcula distribuția primului parametru, se folosește cunoscutul din fizică A doua lege a lui Kirchhoff - suma căderilor de tensiune (luând în considerare semnul) pe toate ramurile unui circuit închis, este egală cu suma algebrică a EMF a ramurilor acestui circuit) și pentru a determina valorile acestora, utilizați Legea lui Ohm pentru o secțiune a unui lanț sau legea lui Ohm pentru un lanț complet, a cărui formulă este dată mai jos:
I = E / (R + r),
Unde E - EMF, R - rezistență la sarcină, r este rezistența sursei de energie.
Rezistența internă a sursei de energie este rezistența înfășurărilor generatoarelor și transformatoarelor, care depinde de secțiunea transversală a firului, cu care sunt înfășurate și lungimea acesteia, precum și rezistența internă a celulelor galvanice, care depinde de starea anodului, catodului și electrolit.
La efectuarea calculelor, trebuie luată în considerare rezistența internă a sursei de alimentare, considerată ca o conexiune paralelă cu circuitul. O abordare mai precisă, care ia în considerare curenți de funcționare mai mari, ia în considerare rezistența fiecărui conductor de conectare.
CEM în viața de zi cu zi și în unități
Alte exemple se găsesc în viața practică a oricărei persoane obișnuite. Lucruri familiare precum bateriile mici și alte baterii miniaturale se încadrează în această categorie. În acest caz, EMF de lucru se formează datorită proceselor chimice care au loc în interiorul surselor de tensiune continuă.
Când apare la bornele (stâlpii) bateriei din cauza schimbărilor interne, celula este complet pregătită pentru funcționare. În timp, EMF scade ușor, iar rezistența internă crește semnificativ.
Drept urmare, dacă măsurați tensiunea pe o baterie de deget neconectată, vedeți normal pentru aceasta 1,5 V (aproximativ), dar atunci când o sarcină este conectată la baterie, să presupunem că ați instalat-o într-un fel de dispozitiv - nu lucrări.
De ce? Pentru că dacă presupunem că rezistența internă a voltmetrului este de multe ori mai mare decât rezistența internă a bateriei, atunci i-ați măsurat EMF. Când bateria a început să dea curent sarcinii la bornele sale, aceasta a devenit nu de 1,5 V, dar, să zicem, de 1,2 V - dispozitivul nu are suficientă tensiune sau curent pentru funcționarea normală. Tocmai acești 0.3V au căzut pe rezistența internă a celulei galvanice. Dacă bateria este foarte veche și electrozii săi sunt distruși, este posibil să nu existe deloc forță sau tensiune electromotoare la bornele bateriei - adică zero.
Acest exemplu demonstrează clar care este diferența dintre EMF și tensiune. Autorul spune același lucru la sfârșitul videoclipului pe care îl vedeți mai jos.
Puteți afla mai multe despre modul în care apare CEM ale unei celule galvanice și cum este măsurat în următorul videoclip:
O forță electromotoare foarte mică este, de asemenea, indusă în antena receptorului, care este apoi amplificată de cascade speciale și primim semnalele noastre de televiziune, radio și chiar Wi-Fi.
Concluzie
Să rezumăm și să ne amintim din nou ce este EMF și în ce unități SI este exprimată această valoare.
- CEM caracterizează activitatea forțelor externe (chimice sau fizice) de origine non-electrică într-un circuit electric. Această forță face munca de a transfera sarcini electrice către ea.
- CEM, ca și tensiunea, se măsoară în volți.
- Diferențele dintre EMF și tensiune constau în faptul că prima este măsurată fără sarcină, iar cea de-a doua cu o sarcină, în timp ce rezistența internă a sursei de energie este luată în considerare și afectează.
Și, în sfârșit, pentru a consolida materialul acoperit, vă sfătuiesc să urmăriți un alt videoclip bun pe acest subiect:
Materiale conexe:
- Care este diferența dintre curent alternativ și curent continuu
- Ce este încărcarea electrică
- Cum se reduce tensiunea AC și DC
