Čo je to EMF (elektromotorická sila): definícia jednoduchými slovami

EMF sa chápe ako špecifická práca vonkajších síl na pohyb jednotkového náboja v obvode elektrického obvodu. Tento koncept v elektrine zahŕňa mnoho fyzických interpretácií týkajúcich sa rôznych oblastí technických znalostí. V elektrotechnike je to špecifická práca vonkajších síl, ktorá sa objavuje v indukčných vinutiach, keď na ne pôsobí striedavé pole. V chémii to znamená potenciálny rozdiel, ku ktorému dochádza počas elektrolýzy, ako aj počas reakcií sprevádzaných oddelením elektrických nábojov. Vo fyzike to napríklad zodpovedá elektromotorickej sile generovanej na koncoch elektrického termočlánku. Aby ste vysvetlili podstatu EMF jednoduchými slovami, budete musieť zvážiť každú z možností jeho interpretácie.

Elektromagnetická indukcia (samoindukcia)

Začnime s elektromagnetickou indukciou. Tento jav popisuje zákon Faradayova elektromagnetická indukcia. Fyzikálnym významom tohto javu je schopnosť elektromagnetického poľa indukovať EMF v blízkom vodiči. V tomto prípade sa buď pole musí zmeniť napríklad vo veľkosti a smere vektorov, alebo sa musí pohybovať vzhľadom na vodič, alebo sa vodič musí pohybovať relatívne k tomuto poľu. V tomto prípade vzniká potenciálny rozdiel na koncoch vodiča.

Existuje ešte jeden významovo podobný jav - vzájomná indukcia. Spočíva v tom, že zmena smeru a sily prúdu jednej cievky indukuje na svorkách EMF priľahlá cievka, je široko používaná v rôznych oblastiach technológie, vrátane elektrických a elektronika. Je základom činnosti transformátorov, kde magnetický tok jedného vinutia indukuje prúd a napätie v druhom.

V elektrotechnike sa na výrobu špeciálnych používa fyzický efekt nazývaný EMF AC meniče, poskytujúce požadované hodnoty efektívnych veličín (prúd a Napätie). Vzhľadom na javy indukcie a samoindukcia inžinierom sa podarilo vyvinúť mnoho elektrických zariadení: z konvenčných induktory (tlmivka) a až k transformátoru.

Koncept vzájomnej indukcie sa týka iba striedavého prúdu, počas ktorého toku v obvode alebo vodiči sa magnetický tok mení.

Pre elektrický prúd konštantného smeru sú charakteristické ďalšie prejavy tejto sily, napríklad ako potenciálny rozdiel na póloch galvanického článku, o ktorom budeme diskutovať nižšie.

Elektromotory a generátory

V štruktúre je pozorovaný rovnaký elektromagnetický efekt asynchrónne alebo synchrónny motor, ktorého hlavným prvkom sú indukčné cievky. Jeho práca je prístupným jazykom popísaná v mnohých učebniciach týkajúcich sa predmetu „Elektrotechnika“. Aby sme pochopili podstatu prebiehajúcich procesov, stačí si uvedomiť, že EMF indukcie je indukovaný, keď sa vodič pohybuje vo vnútri iného poľa.

Podľa vyššie uvedeného zákona o elektromagnetickej indukcii je vo vinutí kotvy motora počas prevádzky indukované počítadlo EMF, ktorý sa často nazýva „spätný EMF“, pretože keď je motor v chode, je nasmerovaný na aplikovaný stres. To tiež vysvetľuje prudký nárast prúdu spotrebovaného motorom pri zvýšení zaťaženia alebo zaseknutí hriadeľa, ako aj zapínacích prúdov. Pre elektrický motor sú všetky podmienky pre vznik potenciálneho rozdielu zrejmé - nútená zmena magnetického poľa jeho cievok vedie k vzniku krútiaceho momentu na osi rotora.

V tomto článku sa bohužiaľ tejto téme nebudeme venovať - ​​napíšte do komentárov, či vás to zaujíma, a my vám o tom povieme.

V inom elektrickom zariadení - generátore je všetko úplne rovnaké, ale procesy v ňom prebiehajúce majú opačný smer. Vinutím rotora prechádza elektrický prúd, vzniká okolo neho magnetické pole (je možné použiť trvalé magnety). Keď sa rotor otáča, pole naopak indukuje EMF vo vinutiach statora - z ktorého sa odstráni záťažový prúd.

Trochu viac teórie

Pri návrhu takýchto obvodov sa berie do úvahy distribúcia prúdu a pokles napätia medzi jednotlivými prvkami. Na výpočet rozloženia prvého parametra sa používa známy z fyziky Druhý Kirchhoffov zákon - súčet poklesov napätia (berúc do úvahy znamienko) na všetkých vetvách uzavretého obvodu je rovný algebraickému súčtu EMF vetiev tohto obvodu) a na určenie ich hodnôt použite Ohmov zákon pre časť reťazca alebo Ohmov zákon pre celý reťazec, ktorého vzorec je uvedený nižšie:

I = E / (R + r),

kde E - EMF, R - odolnosť voči zaťaženiu, r je odpor zdroja energie.

Vnútorný odpor zdroja energie je odpor vinutí generátorov a transformátorov, ktorý závisí od prierezu drôtu, ktorými sú navinuté a jeho dĺžkou, ako aj vnútorným odporom galvanických článkov, ktorý závisí od stavu anódy, katódy a elektrolyt.

Pri výpočtoch je potrebné vziať do úvahy vnútorný odpor napájacieho zdroja, ktorý sa považuje za paralelné pripojenie k obvodu. Presnejší prístup, ktorý zohľadňuje vyššie prevádzkové prúdy, zohľadňuje odpor každého spojovacieho vodiča.

EMF v každodennom živote a jednotkách

Ďalšie príklady sa nachádzajú v praktickom živote každého bežného človeka. Do tejto kategórie spadajú také známe veci, akými sú malé batérie a iné miniatúrne batérie. V tomto prípade je pracovný EMF vytvorený v dôsledku chemických procesov prebiehajúcich vo vnútri zdrojov jednosmerného napätia.

Keď k tomu dôjde na svorkách (póloch) batérie v dôsledku vnútorných zmien, je článok úplne pripravený na prevádzku. V priebehu času EMF mierne klesá a vnútorný odpor sa výrazne zvyšuje.

Výsledkom je, že ak meriate napätie na nepripojenej prstovej batérii, vidíte to normálne 1,5 V (alebo tak), ale keď je k batérii pripojená záťaž, povedzme, že ste ju nainštalovali do nejakého druhu zariadenia - nie je Tvorba.

Prečo? Pretože ak predpokladáme, že vnútorný odpor voltmetra je mnohonásobne vyšší ako vnútorný odpor batérie, potom ste zmerali jeho EMF. Keď batéria začala dávať prúd záťaži na svojich svorkách, nestalo sa to 1,5 V, ale povedzme 1,2 V - zariadenie nemá dostatočné napätie alebo prúd na normálnu prevádzku. Práve tieto 0,3 V dopadli na vnútorný odpor galvanického článku. Ak je batéria veľmi stará a jej elektródy sú zničené, potom na svorkách batérie nemusí byť žiadna elektromotorická sila alebo napätie - t.j. nula.

Tento príklad jasne ukazuje rozdiel medzi EMF a napätím. To isté hovorí autor na konci videa, ktoré vidíte nižšie.

Viac o tom, ako EMF galvanického článku vzniká a ako sa meria, sa môžete dozvedieť v nasledujúcom videu:

V prijímacej anténe je tiež indukovaná veľmi malá elektromotorická sila, ktorá je potom zosilnená špeciálnymi kaskádami a my dostávame náš televízny, rozhlasový a dokonca aj Wi-Fi signál.

Záver

Zhrňme si a ešte raz si v krátkosti pripomenieme, čo je to EMF a v akých jednotkách SI je táto hodnota vyjadrená.

1. EMF charakterizuje prácu vonkajších síl (chemických alebo fyzikálnych) neelektrického pôvodu v elektrickom obvode. Táto sila vykonáva prácu, ktorou na ňu prenáša elektrické náboje.
2. EMF, podobne ako napätie, sa meria vo voltoch.
3. Rozdiely medzi EMF a napätím sú v tom, že prvý sa meria bez záťaže a druhý so záťažou, pričom sa zohľadňuje a ovplyvňuje vnútorný odpor zdroja energie.

A nakoniec, na konsolidáciu zahrnutého materiálu vám odporúčam pozrieť si ďalšie dobré video na túto tému:

Súvisiace materiály:

• Aký je rozdiel medzi striedavým prúdom a jednosmerným prúdom
• Čo je elektrický náboj
• Ako znížiť striedavé a jednosmerné napätie