Was ist EMF - Erklärung in einfachen Worten
Bevor wir zum Hauptteil des Artikels übergehen, stellen wir fest, dass EMF und Spannung eine sehr enge Bedeutung haben, sich aber immer noch etwas unterscheiden. Kurz gesagt, die EMF befindet sich ohne Last an der Stromquelle, und wenn die Last daran angeschlossen ist, ist dies Spannung. Denn die Anzahl der Volt am FE unter Last ist fast immer etwas geringer als ohne. Dies ist auf den Innenwiderstand von Stromquellen wie Transformatoren und galvanischen Zellen zurückzuführen.
Elektromagnetische Induktion (Selbstinduktion)
Beginnen wir mit der elektromagnetischen Induktion. Dieses Phänomen beschreibt das Gesetz. elektromagnetische Induktion Faraday. Die physikalische Bedeutung dieses Phänomens ist die Fähigkeit eines elektromagnetischen Feldes, eine EMF in einem nahe gelegenen Leiter zu induzieren. In diesem Fall sollte sich entweder das Feld beispielsweise in der Größe und Richtung der Vektoren ändern oder sich relativ zum Leiter bewegen, oder der Leiter sollte sich relativ zu diesem Feld bewegen. In diesem Fall tritt an den Enden des Leiters eine Potentialdifferenz auf.
Es gibt ein anderes Phänomen, dessen Bedeutung ähnlich ist - die gegenseitige Induktion. Es liegt in der Tatsache, dass eine Änderung der Richtung und Stromstärke einer Spule eine EMF an den Anschlüssen einer nahe gelegenen Spule induziert, die in verschiedenen Bereichen der Technologie, einschließlich Elektrik und Elektronik, weit verbreitet ist. Es liegt dem Betrieb von Transformatoren zugrunde, bei denen der Magnetfluss einer Wicklung Strom und Spannung in der zweiten Wicklung induziert.
In der Elektrik wird ein physikalischer Effekt namens EMF bei der Herstellung spezieller Wechselstromwandler verwendet, die die gewünschten Werte der effektiven Werte (Strom und Spannung) liefern. Dank der Phänomene der Induktion und Selbstinduktion Ingenieure konnten viele elektrische Geräte entwickeln: von konventionellen Induktor (Gas) und bis zum Transformator.
Das Konzept der gegenseitigen Induktion bezieht sich nur auf Wechselstrom, während dessen Durchgang sich der Magnetfluss im Stromkreis oder Leiter ändert.
Für einen elektrischen Gleichstrom sind andere Erscheinungsformen dieser Kraft charakteristisch, wie zum Beispiel die Potentialdifferenz an den Polen einer galvanischen Zelle, die wir später diskutieren werden.
Elektromotoren und Generatoren
Der gleiche elektromagnetische Effekt wird bei der Konstruktion beobachtet asynchron oder Synchron-Elektromotordessen Hauptelement Induktionsspulen sind. Über seine Arbeit in einer zugänglichen Sprache wird in vielen Lehrbüchern zum Thema "Elektrotechnik" berichtet. Um die Essenz der Prozesse zu verstehen, genügt es, sich daran zu erinnern, dass die Induktions-EMK induziert wird, wenn sich der Leiter in einem anderen Feld bewegt.
Gemäß dem oben erwähnten Gesetz der elektromagnetischen Induktion wird während des Betriebs häufig eine Gegen-EMK in der Motorankerwicklung induziert, die oft als "Gegen-EMK" bezeichnet wird, da sie bei laufendem Motor auf die angelegte Spannung gerichtet ist. Dies erklärt auch den starken Anstieg des vom Motor verbrauchten Stroms mit zunehmender Last oder Blockierung der Welle sowie Einschaltströme. Für einen Elektromotor sind alle Bedingungen für das Auftreten einer Potentialdifferenz offensichtlich - eine erzwungene Änderung des Magnetfelds seiner Spulen führt zum Auftreten eines Drehmoments auf der Achse des Rotors.
Leider werden wir uns in diesem Artikel nicht mit diesem Thema befassen - schreiben Sie in die Kommentare, wenn Sie daran interessiert sind, und wir werden darüber sprechen.
In einem anderen elektrischen Gerät - einem Generator - ist alles genau gleich, aber die darin ablaufenden Prozesse haben die entgegengesetzte Richtung. Durch die Wicklungen des Rotors wird elektrischer Strom geleitet, um sie herum entsteht ein Magnetfeld (Permanentmagnete können verwendet werden). Wenn sich der Rotor dreht, induziert das Feld wiederum eine EMF in den Statorwicklungen, aus denen der Laststrom entfernt wird.
Noch etwas Theorie
Bei der Auslegung solcher Schaltungen werden die Verteilung der Ströme und der Spannungsabfall über einzelne Elemente berücksichtigt. Zur Berechnung der Verteilung des ersten Parameters wird ein aus der Physik bekannter verwendet zweites Gesetz von Kirchhoff - Die Summe der Spannungsabfälle (unter Berücksichtigung des Vorzeichens) an allen Zweigen der geschlossenen Schleife ist gleich der algebraischen Summe der EMF der Zweige dieser Schleife) und zur Bestimmung ihrer Werte verwenden Ohmsches Gesetz für einen Abschnitt einer Kette oder das Ohmsche Gesetz für eine vollständige Kette, deren Formel unten angegeben ist:
I = E / (R + r),
wo E - EMF, R ist der Lastwiderstand r ist der Widerstand der Stromquelle.
Der Innenwiderstand der Stromquelle ist der Widerstand der Wicklungen von Generatoren und Transformatoren, der vom Querschnitt des Drahtes, mit dem sie gewickelt sind, und seiner Länge sowie vom Innenwiderstand der galvanischen Zellen abhängt, der vom Zustand der Anode, Kathode und des Elektrolyten abhängt.
Bei der Durchführung der Berechnungen muss der Innenwiderstand der Stromquelle berücksichtigt werden, der als Parallelschaltung zum Stromkreis betrachtet wird. Bei einem genaueren Ansatz wird unter Berücksichtigung der großen Werte der Betriebsströme der Widerstand jedes Verbindungsleiters berücksichtigt.
EMF zu Hause und Einheiten
Andere Beispiele finden sich im praktischen Leben eines gewöhnlichen Menschen. Solche bekannten Dinge wie kleine Batterien sowie andere Miniaturbatterien fallen in diese Kategorie. In diesem Fall wird die Arbeits-EMK aufgrund chemischer Prozesse innerhalb der Konstantspannungsquellen gebildet.
Wenn es aufgrund interner Änderungen an den Klemmen (Polen) der Batterie auftritt, ist das Element vollständig betriebsbereit. Mit der Zeit nimmt die Größe der EMF leicht ab und der Innenwiderstand nimmt deutlich zu.
Wenn Sie also die Spannung an einem fingerlosen Akku messen, der an nichts angeschlossen ist, sehen Sie 1,5 V normal (oder so), aber wenn die Last an den Akku angeschlossen ist, nehmen wir an, Sie haben ihn in einem Gerät installiert - es funktioniert nicht.
Warum? Wenn Sie davon ausgehen, dass der Innenwiderstand des Voltmeters um ein Vielfaches höher ist als der Innenwiderstand der Batterie, haben Sie die EMF gemessen. Als die Batterie anfing, Strom in die Last an ihren Anschlüssen zu geben, wurden sie nicht 1,5 V, sondern beispielsweise 1,2 V - weder die Spannung noch der Strom reichten für den normalen Betrieb des Geräts aus. Nur diese 0,3V und fiel auf den Innenwiderstand der galvanischen Zelle. Wenn die Batterie vollständig alt ist und ihre Elektroden zerstört sind, gibt es möglicherweise keine elektromotorische Kraft oder Spannung an den Batterieklemmen - d. H. Null.
Dieses Beispiel zeigt deutlich den Unterschied zwischen EMF und Spannung. Der Autor erzählt dasselbe am Ende des Videos, das Sie unten sehen.
Im folgenden Video erfahren Sie mehr darüber, wie die EMK einer galvanischen Zelle entsteht und wie sie gemessen wird:
Eine sehr kleine elektromotorische Kraft wird auch in der Antenne des Empfängers induziert, die dann durch spezielle Stufen verstärkt wird, und wir erhalten unser Fernseh-, Radio- und sogar Wi-Fi-Signal.
Fazit
Lassen Sie uns zusammenfassen und noch einmal kurz daran erinnern, was EMF ist und in welchen SI-Einheiten dieser Wert ausgedrückt wird.
- EMF charakterisiert die Arbeit externer Kräfte (chemisch oder physikalisch) nichtelektrischen Ursprungs in einem Stromkreis. Diese Kraft führt die Arbeit der Übertragung elektrischer Ladungen auf sie aus.
- EMF wird wie Spannung in Volt gemessen.
- Die Unterschiede zwischen der EMK und der Spannung bestehen darin, dass die erste ohne Last und die zweite mit Last gemessen wird und der Innenwiderstand der Stromquelle berücksichtigt wird und sich auswirkt.
Um das behandelte Material zu konsolidieren, empfehle ich Ihnen, sich ein weiteres gutes Video zu diesem Thema anzusehen:
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