Vad är EMF (elektromotorisk kraft): definition i enkla ord

EMF hänvisar till det specifika arbetet med externa krafter för att flytta en enhetsladdning i kretsen i en elektrisk krets. Detta begrepp inom elektricitet innebär många fysiska tolkningar relaterade till olika områden av teknisk kunskap. Inom elektroteknik är detta det specifika arbetet för yttre krafter som uppträder i induktiva lindningar när ett växlande fält appliceras på dem. I kemi betyder det potentialskillnaden som uppstår under elektrolys, liksom under reaktioner åtföljda av separering av elektriska laddningar. Inom fysiken motsvarar det den elektromotoriska kraft som genereras i ändarna av ett elektriskt termoelement, till exempel. För att förklara essensen av EMF i enkla ord måste du överväga var och en av alternativen för dess tolkning.

Elektromagnetisk induktion (självinduktion)

Låt oss börja med elektromagnetisk induktion. Detta fenomen beskriver lagen Faradays elektromagnetiska induktion. Den fysiska innebörden av detta fenomen är det elektromagnetiska fältets förmåga att inducera en EMF i en närliggande ledare. I det här fallet måste antingen fältet förändras, till exempel i vektornas storlek och riktning, eller flytta sig relativt ledaren, eller så måste ledaren röra sig i förhållande till detta fält. I detta fall uppstår en potentialskillnad i ledarens ändar.

Det finns ett annat liknande fenomen i betydelsen - ömsesidig induktion. Det ligger i det faktum att en förändring i riktning och styrka för strömmen i en spole inducerar en EMF vid terminalerna intilliggande spole, används ofta inom olika teknikområden, inklusive elektriska och elektronik. Det ligger till grund för driften av transformatorer, där magnetflödet hos en lindning inducerar ström och spänning i den andra.

Inom elektricitet används en fysisk effekt som kallas EMF vid tillverkning av special AC -omvandlare som ger önskade värden för de effektiva mängderna (ström och Spänning). På grund av fenomenen induktion och självinduktion ingenjörer lyckades utveckla många elektriska apparater: från konventionella induktorer (choke) och upp till transformatorn.

Begreppet ömsesidig induktion gäller endast växelström, under vilket flödet i en krets eller ledare förändras magnetflödet.

För en elektrisk ström med konstant riktning är andra manifestationer av denna kraft karakteristiska, till exempel som en potentialskillnad vid polerna i en galvanisk cell, som vi kommer att diskutera nedan.

Elmotorer och generatorer

Samma elektromagnetiska effekt observeras i strukturen asynkron eller synkron motorvars huvudelement är induktiva spolar. Hans arbete beskrivs på ett tillgängligt språk i många läroböcker relaterade till ämnet "Elektroteknik". För att förstå essensen i de pågående processerna är det tillräckligt att komma ihåg att induktionens EMF induceras när ledaren rör sig inuti ett annat fält.

Enligt ovannämnda lag för elektromagnetisk induktion induceras en räknare i motorns ankarlindning under drift EMF, som ofta kallas "back-EMF", för när motorn går, riktas den mot den applicerade påfrestning. Detta förklarar också den kraftiga ökningen av strömmen som förbrukas av motorn när belastningen ökar eller axeln grips, liksom inkörningsströmmar. För en elmotor är alla förutsättningar för utseendet på en potentialskillnad uppenbara - en påtvingad förändring av magnetfältet i dess spolar leder till att ett vridmoment visas på rotoraxeln.

Tyvärr kommer vi inte att fördjupa oss i detta ämne i den här artikeln - skriv i kommentarerna om du är intresserad av det, och vi kommer att berätta om det.

I en annan elektrisk enhet - en generator är allt exakt samma sak, men processerna som sker i den har motsatt riktning. En elektrisk ström passerar genom rotorlindningarna, ett magnetfält uppstår runt dem (permanenta magneter kan användas). När rotorn roterar inducerar fältet i sin tur en EMF i statatorlindningarna - från vilken lastströmmen avlägsnas.

Lite mer teori

Vid utformning av sådana kretsar beaktas strömfördelning och spänningsfall över enskilda element. För att beräkna fördelningen av den första parametern används det kända från fysiken Kirchhoffs andra lag - summan av spänningsfallet (med hänsyn till tecknet) på alla grenar i en sluten krets, är lika med den algebraiska summan av EMF för grenarna i denna krets), och för att bestämma deras värden, använd Ohms lag för en del av en kedja eller Ohms lag för en komplett kedja, vars formel ges nedan:

I = E / (R + r),

var E - EMF, R - belastningsmotstånd, r är kraftkällans motstånd.

Strömkällans interna motstånd är motståndet hos generatorernas och transformatorernas lindningar, vilket beror på trådens tvärsnitt, med vilka de är lindade och dess längd, liksom det inre motståndet hos galvaniska celler, vilket beror på anodens, katodens och katodens tillstånd elektrolyt.

Vid beräkningar måste strömförsörjningens interna motstånd beaktas, betraktas som en parallellanslutning till kretsen. Ett mer exakt tillvägagångssätt, med beaktande av de höga värdena för driftströmmar, tar hänsyn till motståndet hos varje anslutande ledare.

EMF i vardagen och enheter

Andra exempel finns i en vanlig människas praktiska liv. Sådana välkända saker som små batterier och andra miniatyrbatterier hör till denna kategori. I detta fall bildas den fungerande EMF på grund av kemiska processer som äger rum inuti likspänningskällor.

När det inträffar vid terminalerna (polerna) på batteriet på grund av interna förändringar är cellen helt klar för drift. Med tiden minskar EMF något, och det inre motståndet ökar markant.

Som ett resultat, om du mäter spänningen på ett okopplat fingerbatteri, ser du normalt för det 1,5 V (eller så), men när en belastning är ansluten till batteriet, låt oss säga att du installerade det i någon sorts enhet - det gör det inte Arbetar.

Varför? För om vi antar att voltmätarens inre motstånd är många gånger högre än batteriets inre motstånd, då mätte du dess EMF. När batteriet började ge ström till lasten vid dess terminaler blev det inte 1,5V, men säg 1,2V - enheten har inte tillräckligt med spänning eller ström för normal drift. Det var just dessa 0,3V som föll på den galvaniska cellens inre motstånd. Om batteriet är mycket gammalt och dess elektroder förstörs, kan det inte finnas någon elektromotorisk kraft eller spänning alls vid batteripolerna - dvs. noll.

Detta exempel visar tydligt skillnaden mellan EMF och spänning. Författaren säger samma sak i slutet av videon som du ser nedan.

Du kan lära dig mer om hur EMF för en galvanisk cell uppstår och hur den mäts i följande video:

En mycket liten elektromotorisk kraft induceras också i mottagarantennen, som sedan förstärks av speciella kaskader, och vi tar emot vår tv, radio och till och med Wi-Fi-signal.

Slutsats

Låt oss sammanfatta och återigen kort återkalla vad EMF är och i vilka SI -enheter detta värde uttrycks.

1. EMF kännetecknar arbetet med yttre krafter (kemiska eller fysiska) av icke-elektriskt ursprung i en elektrisk krets. Denna kraft utför arbetet med att överföra elektriska laddningar till den.
2. EMF, liksom spänning, mäts i volt.
3. Skillnaderna mellan EMF och spänning är att den första mäts utan belastning, och den andra med en belastning, medan strömkällans interna motstånd beaktas och påverkar.

Och slutligen, för att konsolidera det täckta materialet, råder jag dig att titta på en annan bra video om detta ämne:

Relaterat material:

• Vad är skillnaden mellan växelström och likström
• Vad är elektrisk laddning
• Hur man sänker AC och DC spänning