Co to jest EMF - wyjaśnienie w prostych słowach
Zanim przejdziemy do głównej części artykułu, zauważamy, że EMF i napięcie są bardzo zbliżone, ale wciąż nieco inne. Krótko mówiąc, pole elektromagnetyczne znajduje się w źródle zasilania bez obciążenia, a gdy obciążenie jest do niego podłączone, jest to napięcie. Ponieważ liczba woltów na FE pod obciążeniem jest prawie zawsze nieco mniejsza niż bez niego. Wynika to z obecności wewnętrznej rezystancji takich źródeł energii, jak transformatory i ogniwa galwaniczne.
Indukcja elektromagnetyczna (samoindukcja)
Zacznijmy od indukcji elektromagnetycznej. Zjawisko to opisuje prawo. indukcja elektromagnetyczna faradaya. Fizycznym znaczeniem tego zjawiska jest zdolność pola elektromagnetycznego do indukowania pola elektromagnetycznego w pobliskim przewodniku. W takim przypadku albo pole powinno się zmienić, na przykład, pod względem wielkości i kierunku wektorów, albo poruszać się względem przewodnika, albo przewodnik powinien poruszać się względem tego pola. W tym przypadku na końcach przewodnika występuje różnica potencjałów.
Istnieje inne zjawisko o podobnym znaczeniu - wzajemna indukcja. Polega on na tym, że zmiana kierunku i natężenia prądu jednej cewki indukuje EMF na zaciskach pobliskiej cewki; jest szeroko stosowana w różnych dziedzinach techniki, w tym w elektryce i elektronice. Stanowi to podstawę działania transformatorów, w których strumień magnetyczny jednego uzwojenia indukuje prąd i napięcie w drugim.
W elektrykach do produkcji specjalnych przetwornic prądu przemiennego stosuje się efekt fizyczny zwany EMF, który zapewnia pożądane wartości wartości skutecznych (prąd i napięcie). Dzięki zjawiskom indukcyjnym i indukcja własna inżynierowie byli w stanie opracować wiele urządzeń elektrycznych: od konwencjonalnych induktor (przepustnica) i do transformatora.
Pojęcie wzajemnej indukcji odnosi się tylko do prądu przemiennego, podczas którego strumień magnetyczny zmienia się w obwodzie lub przewodniku.
W przypadku prądu elektrycznego prądu stałego charakterystyczne są inne przejawy tej siły, takie jak na przykład różnica potencjałów na biegunach ogniwa galwanicznego, które omówimy później.
Silniki elektryczne i generatory
Ten sam efekt elektromagnetyczny obserwuje się w projekcie asynchroniczny lub synchroniczny silnik elektrycznyktórych głównym elementem są cewki indukcyjne. O jego pracy w przystępnym języku opisano w wielu podręcznikach związanych z tematem „Inżynieria elektryczna”. Aby zrozumieć istotę procesów, wystarczy przypomnieć, że emf indukcyjny jest indukowany, gdy przewodnik porusza się w innym polu.
Zgodnie z wyżej wspomnianą zasadą indukcji elektromagnetycznej, licznik EMF jest często indukowany w uzwojeniu twornika silnika podczas pracy, który jest często nazywany „przeciw-EMF”, ponieważ gdy silnik pracuje, jest on kierowany na przyłożone napięcie. Wyjaśnia to również gwałtowny wzrost prądu pobieranego przez silnik wraz ze wzrostem obciążenia lub zacinania się wału, a także prądy rozruchowe. W przypadku silnika elektrycznego wszystkie warunki pojawienia się różnicy potencjałów są oczywiste - wymuszona zmiana pola magnetycznego cewek prowadzi do pojawienia się momentu obrotowego na osi wirnika.
Niestety nie zagłębimy się w ten temat w tym artykule - napisz w komentarzach, jeśli jesteś zainteresowany, a my o tym porozmawiamy.
W innym urządzeniu elektrycznym - generatorze, wszystko jest dokładnie takie samo, ale zachodzące w nim procesy mają przeciwny kierunek. Prąd elektryczny przepływa przez uzwojenia wirnika, wokół nich powstaje pole magnetyczne (można zastosować magnesy trwałe). Gdy wirnik się obraca, pole z kolei indukuje pole elektromagnetyczne w uzwojeniach stojana - z którego usuwa się prąd obciążenia.
Jeszcze trochę teorii
Przy projektowaniu takich obwodów brany jest pod uwagę rozkład prądów i spadek napięcia na poszczególne elementy. Aby obliczyć rozkład pierwszego parametru, stosuje się dobrze znany z fizyki drugie prawo Kirchhoffa - suma spadków napięcia (biorąc pod uwagę znak) na wszystkich gałęziach zamkniętej pętli jest równa sumie algebraicznej pola elektromagnetycznego gałęzi tej pętli), a do określenia ich wartości należy użyć Prawo Ohma dla odcinka łańcucha lub prawa Ohma dla pełnego łańcucha, którego wzór podano poniżej:
I = E / (R + r),
gdzie E - EMF, R to rezystancja obciążenia r jest oporem źródła zasilania.
Rezystancja wewnętrzna źródła zasilania to rezystancja uzwojenia generatorów i transformatorów, która zależy od przekroju drutu, którym są one uzwojone i jego długości, a także wewnętrznej rezystancji ogniw galwanicznych, która zależy od stanu anody, katody i elektrolitu.
Podczas przeprowadzania obliczeń należy wziąć pod uwagę rezystancję wewnętrzną źródła zasilania, uważaną za równoległe połączenie z obwodem. Przy bardziej dokładnym podejściu, biorąc pod uwagę duże wartości prądów roboczych, brana jest pod uwagę rezystancja każdego przewodu łączącego.
EMF w domu i jednostkach
Inne przykłady można znaleźć w życiu każdego zwykłego człowieka. Do tej kategorii należą takie znane rzeczy, jak małe baterie, a także inne miniaturowe baterie. W tym przypadku działający emf powstaje w wyniku procesów chemicznych zachodzących w źródłach stałego napięcia.
Kiedy pojawia się na zaciskach (biegunach) akumulatora z powodu zmian wewnętrznych - element jest całkowicie gotowy do pracy. Z czasem wielkość pola elektromagnetycznego nieznacznie maleje, a rezystancja wewnętrzna znacznie wzrasta.
W rezultacie, jeśli mierzysz napięcie na bezdotykowej baterii, która nie jest do niczego podłączona, zobaczysz 1,5 V normalnie dla niej (lub tak), ale gdy ładunek jest podłączony do baterii, powiedzmy, że zainstalowałeś ją w jakimś urządzeniu - to nie działa.
Dlaczego Ponieważ jeśli założymy, że rezystancja wewnętrzna woltomierza jest wielokrotnie wyższa niż rezystancja wewnętrzna akumulatora, oznacza to, że zmierzyliśmy jego EMF. Kiedy akumulator zaczął dawać prąd w obciążeniu na swoich zaciskach, stał się nie 1,5 V, ale, powiedzmy, 1,2 V - ani napięcie, ani prąd nie wystarczały do normalnej pracy urządzenia. Tylko te 0,3 V spadły na wewnętrzny opór ogniwa galwanicznego. Jeśli akumulator jest całkowicie stary, a jego elektrody są zniszczone, wówczas na zaciskach akumulatora może nie występować żadna siła elektromotoryczna ani napięcie. zero
Ten przykład wyraźnie pokazuje różnicę między polem elektromagnetycznym a napięciem. Autor mówi to samo na końcu filmu, który widzisz poniżej.
Możesz dowiedzieć się więcej o tym, jak powstaje emf ogniwa galwanicznego i jak jest mierzony w następującym filmie:
Bardzo mała siła elektromotoryczna jest również indukowana w antenie odbiornika, która jest następnie wzmacniana przez specjalne stopnie, a my otrzymujemy nasz sygnał telewizyjny, radiowy, a nawet sygnał Wi-Fi.
Wniosek
Podsumujmy i jeszcze raz krótko przypomnijmy, czym jest EMF i w jakich jednostkach SI ta wartość jest wyrażana.
- EMF charakteryzuje działanie sił zewnętrznych (chemicznych lub fizycznych) pochodzenia nieelektrycznego w obwodzie elektrycznym. Ta siła wykonuje pracę polegającą na przenoszeniu do niej ładunków elektrycznych.
- EMF, podobnie jak napięcie, mierzy się w woltach.
- Różnica między polem elektromagnetycznym a napięciem polega na tym, że pierwszy jest mierzony bez obciążenia, a drugi z obciążeniem, biorąc pod uwagę i wywierając wpływ na rezystancję wewnętrzną źródła zasilania.
Na koniec, aby skonsolidować omawiany materiał, radzę obejrzeć kolejny dobry film na ten temat:
Powiązane materiały:
Ładowanie ...
