Conţinut:

Când s-a născut conceptul de „electron”, oamenii l-au asociat imediat cu un anumit loc de muncă. Electron este cuvântul grecesc pentru chihlimbar. Faptul că grecii, pentru a găsi această piatră inutilă, în general, magică, au trebuit să călătorească destul de departe spre nord - astfel de eforturi, în general, nu contează aici. Dar a meritat să faci ceva lucru - frecând pietricela cu mâinile pe o cârpă uscată de lână - și a dobândit noi proprietăți. Toată lumea știa asta. Frecați-l exact așa, de dragul interesului pur dezinteresat, pentru a observa cum micile resturi încep acum să fie atrase de „electron”: bucăți de praf, fire de păr, fire, pene. Mai târziu, când a apărut o întreagă clasă de fenomene, unite ulterior sub conceptul de „electricitate”, munca care trebuie cheltuită în mod necesar nu a dat oamenilor pace. Deoarece trebuie să cheltuiți bani pentru a obține un truc cu bucăți de praf, înseamnă că ar fi bine să salvați cumva această muncă, să o acumulați și apoi să o recuperați.

Astfel, din trucuri din ce în ce mai complexe cu diferite materiale și raționament filozofic, am învățat să colectăm această putere magică într-un borcan. Și apoi faceți astfel încât să fie eliberat treptat din borcan, provocând acțiuni care pot fi deja simțite și foarte curând măsurate. Și l-au măsurat atât de inteligent, având doar câteva bile sau bețe de mătase și cântare de torsiune cu arc, încât și acum folosim destul de serios aceleași formule pentru calcularea circuitelor electrice care au pătruns acum întreaga planetă, infinit de complexe în comparație cu acele prime dispozitive. .

Iar numele acestui geniu puternic care stă într-un borcan încă mai conține încântarea descoperitorilor de multă vreme: „Forța electromotoare”. Dar această forță nu este deloc electrică. Dimpotrivă, este o forță străină, teribilă, care forțează sarcinile electrice să se miște „împotriva voinței lor”, adică depășind repulsia reciprocă și să se adune undeva pe o parte. Aceasta are ca rezultat o diferență de potențial. Poate fi folosit prin eliberarea taxelor într-un mod diferit. Unde nu sunt „păziți” de acest EMF teribil. Și astfel te obligă să faci ceva de lucru.

Principiul de funcționare

EMF este o forță de o natură foarte diferită, deși se măsoară în volți:

  • Chimic. Apare în urma proceselor de înlocuire chimică a ionilor unor metale cu ionii altora (mai activi). Ca rezultat, se formează electroni suplimentari, încercând să „scape” la marginea celui mai apropiat conductor. Acest proces poate fi reversibil sau ireversibil. Reversibilă - în baterii. Ele pot fi încărcate prin întoarcerea ionilor încărcați înapoi în soluție, determinând-o să devină mai acidă, de exemplu (în bateriile acide). Aciditatea electrolitului este cauza emf a bateriei; acesta funcționează continuu până când soluția devine complet neutră din punct de vedere chimic.

  • Magnetodinamic. Apare atunci când un conductor, orientat într-un fel în spațiu, este expus unui câmp magnetic în schimbare. Fie de la un magnet care se mișcă în raport cu un conductor, fie de la mișcarea unui conductor în raport cu un câmp magnetic. În acest caz, electronii tind să se miște și în conductor, ceea ce le permite să fie capturați și plasați pe contactele de ieșire ale dispozitivului, creând o diferență de potențial.

  • Electromagnetic. Un câmp magnetic alternativ este creat într-un material magnetic printr-o tensiune electrică alternativă în înfășurarea primară. În înfășurarea secundară, are loc mișcarea electronilor și, prin urmare, o tensiune proporțională cu tensiunea din înfășurarea primară. Transformatoarele pot fi desemnate prin simbolul EMF în circuite echivalente echivalente.

  • Fotovoltaic. Lumina care lovește unele materiale conductoare poate elimina electronii, adică îi poate elibera. Se creează un exces al acestor particule, determinând ca cele în exces să fie împinse spre unul dintre electrozi (anod). Apare tensiune, care poate genera curent electric. Astfel de dispozitive se numesc fotocelule. Inițial, au fost inventate fotocelulele cu vid, în care electrozii erau instalați într-un balon cu vid. În acest caz, electronii au fost împinși în afara plăcii de metal (catod) și au fost capturați de un alt electrod (anod). Astfel de fotocelule și-au găsit aplicație în senzorii de lumină. Odată cu inventarea unor fotocelule semiconductoare mai practice, a devenit posibilă crearea de baterii puternice din acestea pentru a genera o tensiune semnificativă prin însumarea forței electromotoare a fiecăruia dintre ele.

  • Termoelectric. Dacă două metale sau semiconductori diferite sunt lipite într-un punct și apoi căldura este livrată în acest punct, de exemplu, o lumânare, atunci la capetele opuse ale perechii de metale (termocupluri) apare o diferență în densitățile gazului de electroni. . Această diferență se poate acumula dacă termocuplurile sunt conectate în serie, similar conexiunii celulelor galvanice într-o baterie sau a celulelor solare individuale într-un panou solar. ThermoEMF este utilizat în senzori de temperatură foarte precisi. Cu acest fenomen sunt asociate mai multe efecte (Peltier, Thomson, Seebeck), care sunt studiate cu succes. Este un fapt că căldura poate fi transformată direct în forță electromotoare, adică în tensiune.

  • Electrostatic. Astfel de surse de EMF au fost inventate aproape simultan cu elemente galvanice sau chiar mai devreme (dacă luăm în considerare frecarea chihlimbarului cu mătase ca o producție normală de EMF). Ele mai sunt numite și mașini electroforice sau, după numele inventatorului, generatoare Wimshurst. Deși Wimshurst a creat o soluție tehnică clară care permite ca potențialul îndepărtat să fie acumulat într-un borcan Leyden - primul condensator (și de capacitate bună). Prima mașină de electrofor poate fi considerată o minge uriașă de sulf montată pe o axă - aparatul burgmasterului Magdeburg Otto von Guericke la mijlocul secolului al XVII-lea. Principiul de funcționare este frecarea materialelor care sunt ușor electrificate prin frecare. Adevărat, progresul lui von Guericke poate fi numit, după cum se spune, mânat de lene, atunci când nu există dorința de a freca chihlimbarul sau orice altceva cu mâna. Deși, desigur, acest politician iscoditor avea o mulțime de imaginație și activitate. Să ne amintim cel puțin cunoscutul său experiment cu două șiruri de măgari (sau catâri) rupând o minge fără aer cu lanțuri în două emisfere.

Electrificarea, așa cum sa presupus inițial, are loc tocmai din „frecare”, adică prin frecarea chihlimbarului cu o cârpă, „smulgem” electroni de pe suprafața sa. Cu toate acestea, cercetările au arătat că nu este atât de simplu. Se pare că există întotdeauna nereguli de încărcare pe suprafața dielectricilor, iar ionii din aer sunt atrași de aceste nereguli. Se formează un strat de aer-ionic, pe care îl deterioram prin frecarea suprafeței.

  • Termionic. Când metalele sunt încălzite, electronii sunt îndepărtați de pe suprafața lor. În vid, ajung la un alt electrod și induc acolo un potențial negativ. Aceasta este o direcție foarte promițătoare în acest moment. Figura prezintă o schemă pentru protejarea unei aeronave hipersonice de supraîncălzirea unor părți ale corpului printr-un contra-flux de aer și electronii termoionici emiși de catod (care este răcit în același timp - acțiunea simultană a Peltier și/sau Thomson efecte) ajung la anod, inducând o sarcină asupra acestuia. Încărcarea, sau mai degrabă tensiunea, care este egală cu EMF rezultată, poate fi utilizată în circuitul de consum din interiorul dispozitivului.

1 - catod, 2 - anod, 3, 4 - robinete catod și anod, 5 - consumator

  • Piezoelectric. Mulți dielectrici cristalini, atunci când experimentează presiune mecanică asupra lor în orice direcție, reacționează la aceasta prin inducerea unei diferențe de potențial între suprafețele lor. Această diferență depinde de presiunea aplicată, deci este deja folosită la senzorii de presiune. Brichetele piezoelectrice pentru sobe pe gaz nu necesită nicio altă sursă de energie - doar apăsând un buton cu degetul. Sunt cunoscute încercări de a crea un sistem de aprindere piezoelectric în mașini bazat pe piezoceramică, care primește presiune de la un sistem de came conectat la arborele principal al motorului. Piezoelectricele „bune” - în care proporționalitatea EMF cu presiunea este foarte precisă - sunt foarte dure (de exemplu, cuarț) și aproape nu sunt deformate sub presiune mecanică.

  • Cu toate acestea, expunerea prelungită la presiune provoacă distrugerea acestora. În natură, straturile groase de roci sunt, de asemenea, piezoelectrice; presiunile straturilor pământului induc sarcini enorme pe suprafețele lor, ceea ce dă naștere furtunii titane și furtuni cu descărcări electrice în adâncurile pământului. Cu toate acestea, nu totul este atât de înfricoșător. Piezoelectricele elastice au fost deja dezvoltate și chiar și producția de produse bazate pe acestea (și pe baza nanotehnologiei) pentru vânzare a început deja.

Este clar că unitatea de măsură a EMF este unitatea de tensiune electrică. Deoarece cele mai diverse mecanisme care creează forța electromotoare a unei surse de curent, toate își transformă tipurile de energie în mișcare și acumulare de electroni, iar acest lucru duce în cele din urmă la apariția unei astfel de tensiuni.

Curent provenit din EMF

Forța electromotoare a unei surse de curent este o forță motrice, deoarece electronii din aceasta încep să se miște dacă circuitul electric este închis. Ei sunt forțați să facă acest lucru de către EMF, folosind „jumătatea” neelectrică a naturii, care, la urma urmei, nu depinde de jumătatea asociată cu electronii. Deoarece se crede că curentul din circuit curge de la plus la minus (aceasta determinare a direcției a fost făcută înainte ca toată lumea să știe că electronul este o particulă negativă), atunci în interiorul dispozitivului cu EMF curentul face o mișcare finală - de la minus la la care se adauga. Și desenează întotdeauna la semnul EMF, unde este îndreptată săgeata – +. Numai în ambele cazuri - atât în ​​interiorul EMF al sursei de curent, cât și în exterior, adică în circuitul consumator - avem de-a face cu curentul electric cu toate proprietățile sale obligatorii. În conductori, curentul întâmpină rezistență. Și aici, în prima jumătate a ciclului, avem rezistența de sarcină, în a doua, internă, avem rezistența sursă sau rezistența internă.

Procesul intern nu funcționează instantaneu (deși foarte rapid), ci cu o anumită intensitate. Funcționează pentru a furniza taxe de la minus la plus, iar acest lucru întâmpină și rezistență...

Rezistența este de două feluri.

  1. Rezistența internă lucrează împotriva forțelor care separă sarcinile; ea are o natură „apropiată” de aceste forțe de separare. Cel puțin funcționează cu ele într-un singur mecanism. De exemplu, un acid care preia oxigenul din dioxidul de plumb și îl înlocuiește cu ioni de SO 4 - are cu siguranță o anumită rezistență chimică. Și tocmai acesta este ceea ce se manifestă ca lucrul rezistenței interne a bateriei.
  2. Când jumătatea exterioară (de ieșire) a circuitului nu este închisă, apariția din ce în ce mai mulți electroni la unul dintre poli (și scăderea lor față de celălalt pol) determină o creștere a intensității câmpului electrostatic la polii bateriei și o creștere în repulsie între electroni. Acest lucru permite sistemului să „nu înnebunească” și să se oprească la o anumită stare de saturație. Nu mai sunt acceptați electroni din baterie spre exterior. Și aceasta arată în exterior ca prezența unei tensiuni electrice constante între bornele bateriei, care se numește U xx, tensiunea în circuit deschis. Și este numeric egal cu EMF - forță electromotoare. Prin urmare, unitatea de măsură pentru EMF este voltul (în sistemul SI).

Dar dacă conectați doar o sarcină de conductori cu rezistență diferită de zero la baterie, atunci va curge imediat un curent, a cărui putere este determinată de legea lui Ohm.

S-ar părea că este posibil să se măsoare rezistența internă a sursei EMF. Merită să conectați un ampermetru la circuit și să scurtați (scurtați) rezistența externă. Cu toate acestea, rezistența internă este atât de scăzută încât bateria va începe să se descarce catastrofal, generând cantități enorme de căldură, atât pe conductorii externi scurtcircuitați, cât și în spațiul intern al sursei.

Cu toate acestea, puteți face altfel:

  1. Măsura E (rețineți, tensiunea în circuit deschis, unitatea de măsură - volt).
  2. Conectați un rezistor ca sarcină și măsurați căderea de tensiune pe el. Calculați curentul I 1.
  3. Puteți calcula valoarea rezistenței interne a sursei EMF folosind expresia pentru r

De obicei, capacitatea unei baterii de a produce energie electrică este măsurată prin „capacitatea” sa de energie în amperi oră. Dar ar fi interesant de văzut ce curent maxim poate produce. În ciuda faptului că, probabil, forța electromotoare a sursei de curent o va face să explodeze. Deoarece ideea de a aranja un scurtcircuit pe acesta nu părea foarte tentantă, putem calcula această valoare pur teoretic. FEM este egală cu U xx. Trebuie doar să desenați un grafic al căderii de tensiune pe rezistor față de curent (și, prin urmare, rezistența de sarcină) până la punctul în care rezistența de sarcină este zero. Acesta este punctul euscurt circuit, intersecția liniei roșii cu linia de coordonate eu , în care tensiunea U a devenit zero și întreaga tensiune E a sursei va scădea peste rezistența internă.

Adesea, conceptele de bază aparent simple nu pot fi întotdeauna înțelese fără exemple și analogii. Ce este forța electromotoare și cum funcționează poate fi imaginat doar luând în considerare numeroasele ei manifestări. Dar merită să luați în considerare definiția EMF, deoarece este dată de surse reputate folosind cuvinte academice inteligente - și să începeți totul de la capăt: forța electromotoare a unei surse de curent. Sau scrie-l pe perete cu litere aurii:

Forțe terțe (nepotențiale) în sursele postului. sau alternând actual; într-o buclă conducătoare închisă este egală cu munca acestor forțe pentru a muta o poziție a unității. încărcați de-a lungul întregului circuit. Dacă folosim Esgr pentru a desemna intensitatea câmpului forțelor externe, atunci emf? într-o buclă închisă L este egal cu

unde dl este elementul de lungime a conturului.

Puternic. forțe electrostatice câmpurile nu pot accepta postarea. dintre aceste forțe pe un drum închis este zero. Trecerea curentului prin conductori este însoțită de eliberarea de energie - încălzirea conductorilor. Forțele exterioare duc la încărcare. piese din interiorul generatoarelor, galvanice. elemente, baterii și alte surse de curent. Originea forțelor externe poate fi diferită: în generatoare acestea sunt forțe din vortexul electric. câmp care apare atunci când câmpul magnetic se modifică. câmpuri cu timpul, sau Lorentz, care acționează din partea magnetică. câmpuri pe electroni într-un conductor în mișcare; în galvanică elementele și bateriile sunt chimice. forță etc. FEM a sursei este egală cu tensiunea electrică la bornele sale când circuitul este deschis. Emf determină puterea curentului într-un circuit la o rezistență dată (vezi LEGEA OMA). Se măsoară ca energia electrică. , în volți.

Dicționar enciclopedic fizic. - M.: Enciclopedia Sovietică. . 1983 .

FORTA ELECTROMOTOARE

(emf) - caracteristică fenomenologică a surselor de curent. Introdus de G. Ohm în 1827 pentru circuitele DC. curent și a fost definit de G. Kirchhoff în 1857 ca lucrul forțelor „externe” în timpul transferului unui curent electric unitar. încărcați de-a lungul unei bucle închise. Apoi conceptul de fem a început să fie interpretat mai larg - ca măsură a transformărilor energetice specifice (pe unitate de sarcină transferată de curent) efectuate în cvasi-staționare [vezi. Aproximație cvasi-staționară (cvasi-statică).]electric circuite nu numai prin surse „terte” (baterii galvanice, acumulatori, generatoare etc.), ci și prin elemente de „încărcare” (motoare electrice, baterii în regim de încărcare, bobine, transformatoare etc.).

Numele complet magnitudinea - E. s. - este asociată cu mecanica. analogii ale proceselor din electricitate. lanțuri și este rar folosit; Abrevierea mai frecventă este emf. În SI, fem se măsoară în volți (V); în sistemul Gaussian (SGSE) unitate emf special. nu are nume (1 SGSE 300 V).

În cazul postului cvasiliniar. curent într-un circuit închis (fără ramuri) a influxului total de magnet electric. Energia generată de surse este cheltuită complet pentru generarea de căldură (vezi. Pierderi în Joule):

unde este FEM în circuitul conductor, eu-actual, R- rezistență (semnul emf, ca și semnul curentului, depinde de alegerea direcției de parcurgere de-a lungul conturului).

La descrierea proceselor cvasi-staţionare în electricitate circuite la nivelul energiei. sold (*) este necesar să se țină cont de modificările magnetice acumulate W m si electrice Noi energii:

La schimbarea magneticului câmp în timp, apare un vortex electric. E s, a cărui circulație de-a lungul unui circuit conductor se numește de obicei fem inductie electromagnetica:

Modificări electrice energiile sunt semnificative, de regulă, în cazurile în care circuitul conține o electricitate mare capacitate, de exemplu condensatoare. Apoi dW e /dt = D U. eu, unde D U- diferența de potențial dintre plăcile condensatorului.

Cu toate acestea, sunt acceptabile și alte interpretări energetice. transformări în energie electrică lanţuri. Deci, de exemplu, dacă în circuitul AC. armonios curent conectat cu inductanță L, apoi transformările reciproce ale energiei electrice. și mag. energiile din ea pot fi caracterizate ca emf el.-magn. inducție și cădere de tensiune pe reactanța efectivă Z L(cm. Impedanta):În deplasarea în magnetic câmp în corpuri (de exemplu, în armătura unui inductor unipolar), chiar și munca forțelor de rezistență poate contribui la fem.

În circuitele ramificate de curenți cvasiliniari, relația dintre fem și căderile de tensiune în secțiunile circuitului care alcătuiesc un circuit închis este determinată de al doilea regula lui Kirchhoff.

Emf este o caracteristică integrală a unei bucle închise și, în cazul general, este imposibil să se indice cu strictețe locul „aplicației” acesteia. Cu toate acestea, destul de des emf poate fi considerat aproximativ localizat în anumite dispozitive sau elemente de circuit. În astfel de cazuri, este de obicei considerată o caracteristică a unui dispozitiv (baterie galvanică, acumulator, dinam etc.) și este determinată prin diferența de potențial dintre polii săi deschiși. Pe baza tipului de conversie a energiei în aceste dispozitive, se disting următoarele tipuri de fem: x și m și h e fem în fem galvanică. baterii, cazi de baie, acumulatori, in timpul proceselor de coroziune (efecte galvanice), fem fotoelectrice (fototensiune) cu exterior. și interne efect fotoelectric (fotocelule, fotodiode); e le c t r o m a g n i t e emf - e.m.f. inducție (dinamuri, transformatoare, șocuri, motoare electrice etc.); emf electrostatică, care apare, de exemplu, în timpul mecanicului frecare (mașini electroforice, electrificarea norilor de tunete etc.); piezoelectric emf - la strângerea sau întinderea piezoelectricilor (senzori piezoelectrici, hidrofoane, stabilizatoare de frecvență etc.); EMF termică asociată cu emisia termică de sarcină. particule de pe suprafața electrozilor încălziți; FEM termoelectric ( termoputere) - la contactele conductorilor diferiți ( Efect SeebeckȘi Efectul Peltier)sau în secțiuni ale lanțului cu o distribuție neuniformă a temperaturii ( efectul Thomson). Thermopower este utilizat în termocupluri, pirometre și mașini de refrigerare.

M. A. Miller, G. V. Permitin.

Enciclopedie fizică. În 5 volume. - M.: Enciclopedia Sovietică. Redactor-șef A. M. Prohorov. 1988 .


Vedeți ce este „FORȚĂ MOTOR ELECTRIC” în alte dicționare:

    forta electromotoare- O mărime scalară care caracterizează capacitatea unui câmp extern și a unui câmp electric indus de a provoca un curent electric. Notă - Forța electromotoare este egală cu integrala liniară a intensității câmpului extern și a indusului... ... Ghidul tehnic al traducătorului Enciclopedia modernă - o mărime scalară care caracterizează capacitatea unui câmp extern și a unui câmp electric indus de a provoca curent electric...

Ce s-a întâmplat EMF(forța electromotoare) în fizică? Nu toată lumea înțelege curentul electric. La fel ca distanța cosmică, doar chiar sub nasul tău. În general, nici măcar oamenii de știință nu o înțeleg pe deplin. Destul de amintit Nikola Tesla cu celebrele sale experimente, cu secole înaintea timpului lor și chiar și astăzi rămânând într-o aură de mister. Astăzi nu rezolvăm mari mistere, dar încercăm să ne dăm seama ce este EMF în fizică.

Definiția EMF în fizică

EMF- forta electromotoare. Notat prin scrisoare E sau litera greacă mică epsilon.

Forta electromotoare- mărime fizică scalară care caracterizează munca forțelor externe ( forţe de origine neelectrică), care funcționează în circuite electrice de curent alternativ și continuu.

EMF, precum și Voltaj e, măsurată în volți. Cu toate acestea, EMF și tensiunea sunt fenomene diferite.

Voltaj(între punctele A și B) – o mărime fizică egală cu munca câmpului electric efectiv efectuat la transferul unei sarcini de test unitar dintr-un punct în altul.

Explicăm esența EMF „pe degete”

Pentru a înțelege ce este ce, putem da un exemplu-analogie. Să ne imaginăm că avem un turn de apă plin complet cu apă. Să comparăm acest turn cu o baterie.

Apa exercită presiune maximă pe fundul turnului atunci când turnul este complet umplut. În consecință, cu cât este mai puțină apă în turn, cu atât presiunea și presiunea apei care curge de la robinet sunt mai slabe. Dacă deschideți robinetul, apa va curge treptat, mai întâi sub presiune puternică, apoi din ce în ce mai încet până când presiunea va slăbi complet. Aici, tensiunea este presiunea pe care apa o exercită pe fund. Să luăm partea de jos a turnului ca nivel de tensiune zero.

La fel e si cu bateria. În primul rând, conectăm sursa noastră de curent (bateria) la circuit, închizând-o. Să fie un ceas sau o lanternă. Atâta timp cât nivelul de tensiune este suficient și bateria nu este descărcată, lanterna strălucește puternic, apoi se stinge treptat până se stinge complet.

Dar cum să vă asigurați că presiunea nu se usucă? Cu alte cuvinte, cum să mențineți un nivel constant al apei în turn și o diferență constantă de potențial la polii sursei de curent. După exemplul turnului, EMF este reprezentat ca o pompă care asigură afluxul de apă nouă în turn.

Natura EMF

Motivul apariției EMF în diferite surse de curent este diferit. Pe baza naturii apariției, se disting următoarele tipuri:

  • EMF chimică. Apare în baterii și acumulatori din cauza reacțiilor chimice.
  • Thermo EMF. Apare atunci când sunt conectate contacte ale conductorilor diferiți situati la temperaturi diferite.
  • FEM de inducție. Apare într-un generator atunci când un conductor rotativ este plasat într-un câmp magnetic. O fem va fi indusă într-un conductor atunci când conductorul traversează liniile de forță ale unui câmp magnetic constant sau când câmpul magnetic își schimbă magnitudinea.
  • EMF fotoelectrică. Apariția acestui EMF este facilitată de fenomenul de efect fotoelectric extern sau intern.
  • EMF piezoelectrică. EMF apare atunci când substanțele sunt întinse sau comprimate.

Dragi prieteni, astăzi ne-am uitat la subiectul „EMF pentru manechine”. După cum putem vedea, EMF - forță neelectrică, care menține fluxul de curent electric în circuit. Dacă doriți să știți cum se rezolvă problemele cu EMF, vă recomandăm să contactați către autorii noștri– specialiști atent selecționați și verificați care vor explica rapid și clar procesul de rezolvare a oricărei probleme tematice. Și prin tradiție, la final vă invităm să urmăriți un videoclip de antrenament. Vizionare plăcută și succes la studii!

EMF. Numeric, forța electromotoare este măsurată prin munca efectuată de o sursă de energie electrică atunci când transferă o singură sarcină pozitivă într-un circuit închis. Dacă sursa de energie, a face munca A, asigură transferul pe întregul circuit închis de încărcare q, apoi forța sa electromotoare ( E) vor fi egale

Unitatea SI a forței electromotoare este voltul (V). O sursă de energie electrică are o fem de 1 volt dacă, când se deplasează o sarcină de 1 coulomb într-un circuit închis, se efectuează un lucru egal cu 1 joule. Natura fizică a forțelor electromotoare din diferite surse este foarte diferită.

Auto-inducere- apariția FEM indusă într-un circuit conductiv închis atunci când curentul care circulă prin circuit se modifică. Când curentul se schimbă euîn circuit fluxul magnetic se modifică proporţional B prin suprafata delimitata de acest contur. O modificare a acestui flux magnetic, datorită legii inducției electromagnetice, duce la excitarea unei feme inductive în acest circuit. E. Acest fenomen se numește auto-inducție.

Conceptul este legat de conceptul de inducție reciprocă, fiind cazul său special.

Putere. Puterea este munca efectuată pe unitatea de timp. Puterea este munca efectuată pe unitatea de timp, adică pentru a transfera sarcina în electric. un circuit sau unul închis consumă energie, care este egal cu A=U*Q deoarece cantitatea de electricitate este egală cu produsul puterii curentului, atunci Q=I*t rezultă că A=U*I*t. P=A/t=U*Q/t=U*I=I*t*R=P=U*I(I)

1W=1000mV, 1kW=1000V, Pr=Pп+Po-formula echilibru de putere. Putere pre-generator (EMF)

Pr=E*I,Pp=I*U putere utilă, adică putere care este consumată fără pierderi. Po=I^2*R-putere pierdută. Pentru ca circuitul să funcționeze, este necesar să se mențină un echilibru de putere în circuitul electric.

12.Legea lui Ohm pentru o secțiune a unui circuit.

Puterea curentului într-o secțiune a circuitului este direct proporțională cu tensiunea de la capetele acestui conductor și invers proporțională cu rezistența acestuia:
I=U/R;

1)U=I*R, 2)R=U/R

13.Legea lui Ohm pentru un circuit complet.

Puterea curentului din circuit este proporțională cu EMF care acționează în circuit și invers proporțională cu suma rezistenței circuitului și a rezistenței interne a sursei.

EMF a sursei de tensiune (V), - puterea curentului în circuit (A), - rezistența tuturor elementelor externe ale circuitului (Ohm), - rezistența internă a sursei de tensiune (Ohm) 1) E=I(R) +r)? 2)R+r=E/I

14.Conexiune serială, paralelă a rezistențelor, rezistență echivalentă. Distribuția curenților și tensiunilor.

Pentru conexiune serială mai multe rezistențe sfârşitul primei rezistor conectați la începutul celui de-al doilea, sfârșitul celui de-al doilea la începutul celui de-al treilea etc. Cu o astfel de conexiune trece prin toate elementele circuitului secvenţial
acelasi curent I.

Ue=U1+U2+U3.În consecință, tensiunea U la bornele sursei este egală cu suma tensiunilor de la fiecare dintre rezistențele conectate în serie.

Re=R1+R2+R3, Ie=I1=I2=I3, Ue=U1+U2+U3.

Când este conectat în serie, rezistența circuitului crește.

Conectarea în paralel a rezistențelor. O conexiune paralelă a rezistențelor este o conexiune în care începuturile rezistențelor sunt conectate la un terminal al sursei, iar capetele la celălalt terminal.

Rezistența totală a rezistențelor conectate în paralel este determinată de formula

Rezistența totală a rezistențelor conectate în paralel este întotdeauna mai mică decât cea mai mică rezistență inclusă într-o conexiune dată.

Când rezistențele sunt conectate în paralel, tensiunile pe ele sunt egale între ele. Ue=U1=U2=U3 Curentul I curge în circuit, iar curenții I 1, I 2, I 3 ies din acesta. Deoarece sarcinile electrice în mișcare nu se acumulează într-un punct, este evident că sarcina totală care curge către punctul de ramificare este egală cu sarcina totală care curge departe de acesta: Ie=I1+I2+I3 Prin urmare, a treia proprietate a unei conexiuni paralele poate fi formulată după cum urmează: Mărimea curentului în partea neramificată a circuitului este egală cu suma curenților din ramurile paralele. Pentru două rezistențe paralele:

Această publicație discută termenii, legile și metodele de bază pentru calcularea f.e.m. a inducției magnetice. Folosind materialele prezentate mai jos, puteți determina în mod independent puterea curentului în circuitele interconectate și schimbarea tensiunii în transformatoarele standard. Aceste informații pot fi utile în rezolvarea diferitelor probleme electrice.

Flux magnetic

Se știe că trecerea curentului printr-un conductor este însoțită de formarea unui câmp electromagnetic. Funcționarea difuzoarelor, dispozitivelor de blocare, unităților de releu și a altor dispozitive se bazează pe acest principiu. Prin modificarea parametrilor sursei de alimentare se obțin eforturile de forță necesare pentru a muta (ține) piesele combinate care au proprietăți feromagnetice.

Cu toate acestea, este și opusul adevărat. Dacă un cadru de material conductiv este mutat între polii unui magnet permanent de-a lungul circuitului închis corespunzător, va începe mișcarea particulelor încărcate. Prin conectarea dispozitivelor adecvate, pot fi înregistrate modificări ale curentului (tensiunii). În cursul unui experiment elementar, puteți afla creșterea efectului în următoarele situații:

  • dispunerea perpendiculară a conductorului/liniilor electrice;
  • accelerarea mișcărilor.

Imaginea de mai sus arată cum se determină direcția curentului într-un conductor folosind o regulă simplă.

Ce este emf indus

Mișcarea sarcinilor menționată mai sus creează o diferență de potențial dacă circuitul este deschis. Formula prezentată arată exact cum va depinde EMF de principalii parametri:

  • expresia vectorială a fluxului magnetic (B);
  • lungimea (l) și viteza de deplasare (v) a conductorului de comandă;
  • unghiul (α) dintre vectorii mișcare/inducție.

Un rezultat similar poate fi obținut dacă sistemul este compus dintr-un circuit conducător staționar care este afectat de un câmp magnetic în mișcare. Prin închiderea circuitului, ele creează condiții adecvate pentru mișcarea sarcinilor. Dacă folosiți mai mulți conductori (bobină) sau vă deplasați mai repede, curentul va crește. Principiile prezentate sunt utilizate cu succes pentru a converti forțele mecanice în electricitate.

Denumirea și unitățile de măsură

EMF în formule este notat cu vectorul E. Aceasta se referă la tensiunea creată de forțele externe. În consecință, această valoare poate fi estimată din diferența de potențial. Conform standardelor internaționale actuale (SI), unitatea de măsură este un volt. Valorile mari și mici sunt indicate folosind mai multe prefixe: „micro”, „kilo”, etc.

Legile lui Faraday și Lenz

Dacă se ia în considerare inducția electromagnetică, formulele acestor oameni de știință ajută la clarificarea influenței reciproce a parametrilor semnificativi ai sistemului. Definiția lui Faraday face posibilă clarificarea dependenței emf (E– valoare medie) din modificări ale fluxului magnetic (ΔF) și timp (Δt):

E = – ΔF/ Δt.

Concluzii intermediare:

  • curentul crește dacă pe unitatea de timp conductorul traversează un număr mai mare de linii de forță magnetică;
  • „-” în formulă ajută la luarea în considerare a relațiilor reciproce dintre polaritatea E, viteza de mișcare a cadrului și direcția vectorului de inducție.

Lenz a fundamentat dependența EMF de orice modificări ale fluxului magnetic. Când circuitul bobinei este închis, sunt create condiții pentru mișcarea sarcinilor. în acest exemplu de realizare, designul este convertit într-un solenoid tipic. Alături de acesta se formează un câmp electromagnetic corespunzător.

Acest om de știință a fundamentat o caracteristică importantă a CEM indusă. Câmpul generat de bobină previne modificări ale fluxului extern.

Mișcarea unui fir într-un câmp magnetic

După cum se arată în prima formulă (E = B * l * v * sinα), amplitudinea forței electromotoare depinde în mare măsură de parametrii conductorului. Mai precis, influența este exercitată de numărul de linii electrice pe unitatea de lungime a zonei de lucru a circuitului. O concluzie similară poate fi trasă ținând cont de modificările vitezei de mișcare. Nu trebuie să uităm de poziția relativă a cantităților vectoriale marcate (sinα).

Important! Mișcarea unui conductor de-a lungul liniilor de forță nu provoacă inducerea unei forțe electromotoare.

Tambur rotativ

Este dificil să se asigure poziționarea optimă a componentelor funcționale în timp ce le deplasați simultan atunci când utilizați firul drept prezentat în exemplu. Cu toate acestea, prin îndoirea cadrului, puteți obține un simplu generator de electricitate. Efectul maxim este asigurat prin creșterea numărului de conductori pe unitatea de volum de lucru. Designul corespunzător parametrilor menționați este o bobină, un element tipic al unui generator de curent alternativ modern.

Pentru a estima fluxul magnetic (F) puteți aplica formula:

F = B * S * cosα,

unde S este aria suprafeței de lucru luate în considerare.

Explicaţie. Odată cu rotația uniformă a rotorului, are loc o modificare sinusoidală ciclică corespunzătoare a fluxului magnetic. Amplitudinea semnalului de ieșire se modifică într-un mod similar. Din figură reiese clar că dimensiunea decalajului dintre principalele componente funcționale ale structurii are o anumită semnificație.

EMF autoindusă

Dacă curentul alternativ este trecut prin bobină, în apropiere se va forma un câmp electromagnetic cu caracteristici de putere similare (variabile uniform). Creează un flux magnetic sinusoidal alternant, care, la rândul său, provoacă mișcarea sarcinilor și formarea forței electromotoare. Acest proces se numește auto-inducție.

Ținând cont de principiile de bază luate în considerare, nu este greu de determinat că F = L * l. Valoarea L (în henry) determină caracteristicile inductive ale bobinei. Acest parametru depinde de numărul de spire pe unitate de lungime (l) și de aria secțiunii transversale a conductorului.

Inducerea reciprocă

Dacă asamblați un modul din două bobine, în anumite condiții puteți observa fenomenul de inducție reciprocă. O măsurătoare de bază va arăta că pe măsură ce distanța dintre elemente crește, fluxul magnetic scade. Fenomenul opus se observă pe măsură ce decalajul scade.

Pentru a găsi componente adecvate atunci când creați circuite electrice, trebuie să studiați calculele tematice:

  • puteti lua ca exemplu bobine cu numar diferit de spire (n1 si n2);
  • inducere reciprocă (M2) când curentul trece prin primul circuiteu1 se va calcula după cum urmează:

M2 = (n2 * F)/ I1

  • după transformarea acestei expresii, determinați valoarea fluxului magnetic:

F = (M2/ n2) *I1

  • Pentru a calcula fem-ul inducției electromagnetice, formula este potrivită din descrierea principiilor de bază:

E2 = – n2 * ΔF/ Δt = M 2 * ΔI1/ Δt

Dacă este necesar, puteți utiliza un algoritm similar pentru a găsi raportul pentru prima bobină:

E1 = – n1 * ΔF/ Δt = M 1 * ΔI2/ Δt.

De remarcat că în acest caz contează forța (I2) din al doilea circuit de funcționare.

Influența comună (inducția reciprocă - M) se calculează folosind formula:

M = K * √(L1 * l2).

Un coeficient special (K) ia în considerare forța reală de cuplare dintre bobine.

Unde sunt utilizate diferite tipuri de EMF?

Mișcarea unui conductor într-un câmp magnetic este folosită pentru a genera electricitate. Rotația rotorului este asigurată de diferența de niveluri de lichid (centrala hidroelectrică), energia eoliană, mareele și motoarele cu combustibil.

Numere diferite de spire (inductanță reciprocă) sunt utilizate pentru a modifica tensiunea în înfășurarea secundară a transformatorului după cum se dorește. În astfel de modele, cuplarea reciprocă este crescută folosind un miez feromagnetic. Inducția magnetică este folosită pentru a genera o forță de respingere puternică atunci când se creează autostrăzi de transport ultramoderne. Levitația creată face posibilă eliminarea forței de frecare și creșterea semnificativă a vitezei trenului.

Video