EMF a napätie v elektrickom obvode

Mnoho ľudí (vrátane niektorých elektrikárov) si zamieňa pojem elektromotorická sila (EMF) a napätie. Aj keď sú tieto koncepty odlišné. Napriek tomu, že sú bezvýznamné, pre nešpecialistu je ťažké im porozumieť. Meracia jednotka v tom zohráva dôležitú úlohu. Napätie a EMF sa merajú v rovnakých jednotkách - voltoch. Rozdiely sa nekončia, o všetkom sme sa podrobne rozprávali v článku!

Čo je to elektromotorická sila

Tento problém sme podrobne preskúmali v samostatnom článku: https://samelectrik.ru/chto-takoe-eds-obyasnenie-prostymi-slovami.html

EMF sa chápe ako fyzikálna veličina, ktorá charakterizuje prácu akýchkoľvek vonkajších síl nachádzajúcich sa v napájacích zdrojoch DC alebo AC. Navyše, ak existuje uzavretý obvod, potom môžeme povedať, že EMF sa rovná práci síl na presun kladného náboja na záporný pozdĺž uzavretého obvodu. Alebo zjednodušene povedané, EMF súčasného zdroja predstavuje prácu potrebnú na presun jednotkového náboja medzi pólmi.

Navyše, ak má súčasný zdroj nekonečný výkon a neexistuje žiadny vnútorný odpor (poloha A na obrázku), potom možno EMF vypočítať pomocou Ohmov zákon pre reťazovú sekciuod napätie a elektromotorická sila sú v tomto prípade rovnaké.

I = U / R,

kde U - napätie a v uvažovanom príklade - EMF.

Skutočný zdroj napájania má však konečný vnútorný odpor. Tento výpočet preto nemožno uplatniť v praxi. V tomto prípade sa na určenie EMF použije vzorec pre celý obvod.

I = E / (R + r),

kde E (tiež označovaný ako „ԑ“) - EMF; R je odpor záťaže, r je vnútorný odpor zdroja energie, I je prúd v obvode.

Tento vzorec však neberie do úvahy odpor vodičov obvodu. Malo by byť zrejmé, že vo vnútri zdroja jednosmerného prúdu a vo vonkajšom obvode prúd prúdi v rôznych smeroch. Rozdiel je v tom, že vo vnútri prvku prúdi z mínus na plus, potom vo vonkajšom obvode z plus na mínus.

To je jasne znázornené na obrázku nižšie:

V tomto prípade sa elektromotorická sila meria voltmetrom, v prípade, že nie je žiadne zaťaženie, t.j. napájací zdroj beží naprázdno.

Ak chcete nájsť EMF prostredníctvom odporu napätia a zaťaženia, musíte nájsť vnútorný odpor zdroja napájací zdroj, za týmto účelom sa napätie meria dvakrát pri rôznych prúdoch záťaže, po ktorých sa vnútorné odpor. Nasleduje postup výpočtu podľa vzorcov, potom R1, R2 predstavujú odpor voči zaťaženiu pre prvý a druhý merania, zostávajúce veličiny sú podobné, U1, U2 sú zdrojové napätie na jeho svorkách pod naložiť.

Poznáme teda prúd, potom sa rovná:

I1 = E / (R1 + r)

I2 = E / (R2 + r)

Kde:

R1 = U1 / I1

R2 = U2 / I2

Ak sú substituované v prvých rovniciach, potom:

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

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

Teraz rozdelíme ľavú a pravú stranu na seba:

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

Po výpočte s ohľadom na odpor súčasného zdroja dostaneme:

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

Vnútorný odpor r:

r = (U1 + U2) / I,

kde U1, U2 je napätie na svorkách zdroja pri rôznych záťažových prúdoch, I je prúd v obvode.

Potom sa EMF rovná:

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

Čo je napätie

Elektrické napätie (označované ako U) je fyzikálna veličina, ktorá odráža kvantitatívnu charakteristiku práce elektrického poľa pri prenose náboja z bodu A do bodu B. V súlade s tým môže byť napätie medzi dvoma bodmi obvodu, ale na rozdiel od EMF môže byť medzi dvoma svorkami jedného z prvkov obvodu. Pripomeňme, že EMF charakterizuje prácu vykonávanú vonkajšími silami, to znamená prácu samotného zdroja prúdu alebo EMF na prenos náboja celým obvodom, a nie na konkrétnom prvku.

Túto definíciu je možné vyjadriť jednoducho. Jednosmerné napätie je sila, ktorá pohybuje voľnými elektrónmi z jedného atómu do druhého v určitom smere.

Pre striedavý prúd sa používajú tieto koncepty:

• okamžité napätie je potenciálny rozdiel medzi bodmi v danom časovom období;
• špičková hodnota - predstavuje maximálnu hodnotu modulo okamžitej hodnoty napätia za časové obdobie;
• priemerná hodnota - zložka konštantného napätia;
• RMS a RMS.

Napätie časti obvodu závisí od materiálu vodiča, odporu záťaže a teploty. Rovnako ako elektromotorická sila sa meria vo voltoch.

Na pochopenie fyzického významu stresu sa často prirovnáva k vodárenskej veži. Stĺpec vody je identifikovaný napätím a prietok prúdom.

V tomto prípade sa vodný stĺp vo veži postupne znižuje, čo charakterizuje pokles napätia a pokles sily prúdu.

Aký je teda rozdiel

Na lepšie pochopenie rozdielu medzi elektromotorickou silou a napätím zvážte príklad. Existuje zdroj elektrickej energie nekonečnej sily, v ktorom nie je vnútorný odpor. V elektrickom obvode je namontovaná záťaž. V tomto prípade bude pravda, že EMF a napätie sú identické, to znamená, že medzi týmito pojmami nie je žiadny rozdiel.

Sú to však ideálne podmienky, ktoré sa v reálnom živote nevyskytujú. Tieto podmienky sa používajú výlučne na výpočty. V reálnom živote sa berie do úvahy vnútorný odpor napájacieho zdroja. V tomto prípade sú EMF a napätie odlišné.

Obrázok ukazuje, aký bude rozdiel v hodnotách elektromotorickej sily a napätia v reálnych podmienkach. Vyššie uvedený vzorec pre Ohmov zákon pre kompletný obvod popisuje všetky procesy. Pri otvorenom obvode budú mať svorky batérie hodnotu 1,5 voltu. Toto je hodnota EMF. Po pripojení záťaže bude v tomto prípade žiarovka mať napätie 1 volt.

Rozdiel od ideálneho zdroja je vnútorný odpor zdroja energie. Pri tomto odpore dochádza k poklesu napätia. Tieto procesy sú popísané Ohmovým zákonom pre celý obvod.

Ak meracie zariadenie na svorkách zdroja energie ukazuje hodnotu 1,5 voltu, bude to elektromotorická sila, ale opakujeme, ak nie je žiadne zaťaženie.

Keď je záťaž pripojená, svorky budú mať zámerne nižšiu hodnotu. Toto je napätie.

Výkon

Z vyššie uvedeného môžeme usúdiť, že hlavný rozdiel medzi EMF a napätím je:

1. Elektromotorická sila závisí od zdroja energie a napätie závisí od pripojeného zaťaženia a prúdu pretekajúceho obvodom.
2. Elektromotorická sila je fyzikálna veličina, ktorá charakterizuje prácu vonkajších síl neelektrického pôvodu, vyskytujúcich sa v obvodoch jednosmerného a striedavého prúdu.
3. Napätie a EMF majú jednu mernú jednotku - volt.
4. U je fyzikálna veličina, ktorá sa rovná práci účinného elektrického poľa vytvoreného počas prenosu jedného testovacieho náboja z bodu A do bodu B.

Stručne povedané, ak reprezentujeme U ako stĺpec vody, potom si EMF možno predstaviť ako čerpadlo, ktoré udržuje hladinu vody na konštantnej úrovni. Dúfame, že po prečítaní článku vám bol hlavný rozdiel jasný!

Súvisiace materiály:

• Aký je rozdiel medzi transformátorom a autotransformátorom
• Rozdiel medzi stykačom a štartérom
• Ako zistiť, či je v zásuvke napätie