Τι είναι το EMF - εξήγηση με απλά λόγια
Πριν προχωρήσουμε στο κύριο μέρος του άρθρου, σημειώνουμε ότι το EMF και η τάση έχουν πολύ μεγάλη σημασία, αλλά εξακολουθούν να είναι ελαφρώς διαφορετικές. Εν συντομία, το EMF βρίσκεται στην πηγή ισχύος χωρίς φορτίο και όταν το φορτίο είναι συνδεδεμένο σε αυτό, αυτό είναι τάση. Επειδή ο αριθμός βολτ στο FE υπό φορτίο είναι σχεδόν πάντα κάπως μικρότερος απ 'ότι χωρίς αυτό. Αυτό οφείλεται στην παρουσία εσωτερικής αντίστασης πηγών ισχύος όπως μετασχηματιστές και γαλβανικά στοιχεία.
Ηλεκτρομαγνητική επαγωγή (αυτο-επαγωγή)
Ας ξεκινήσουμε με ηλεκτρομαγνητική επαγωγή. Αυτό το φαινόμενο περιγράφει το νόμο. ηλεκτρομαγνητική επαγωγή faraday. Η φυσική έννοια αυτού του φαινομένου είναι η ικανότητα ενός ηλεκτρομαγνητικού πεδίου να προκαλεί ένα EMF σε έναν κοντινό αγωγό. Σε αυτήν την περίπτωση, είτε το πεδίο πρέπει να αλλάξει, για παράδειγμα, στο μέγεθος και την κατεύθυνση των διανυσμάτων, ή να κινηθεί σε σχέση με τον αγωγό, ή ο αγωγός πρέπει να κινηθεί σε σχέση με αυτό το πεδίο. Στα άκρα του αγωγού σε αυτήν την περίπτωση, εμφανίζεται μια πιθανή διαφορά.
Υπάρχει ένα άλλο φαινόμενο που έχει παρόμοιο νόημα - αμοιβαία επαγωγή. Συνίσταται στο γεγονός ότι μια αλλαγή στην κατεύθυνση και την ισχύ του ρεύματος ενός πηνίου προκαλεί ένα EMF στους ακροδέκτες ενός κοντινού πηνίου · χρησιμοποιείται ευρέως σε διάφορους τομείς της τεχνολογίας, συμπεριλαμβανομένων των ηλεκτρικών και των ηλεκτρονικών. Βασίζεται στη λειτουργία των μετασχηματιστών, όπου η μαγνητική ροή μιας περιέλιξης προκαλεί ρεύμα και τάση στο δεύτερο.
Στα ηλεκτρικά, ένα φυσικό αποτέλεσμα που ονομάζεται EMF χρησιμοποιείται στην κατασκευή ειδικών μετατροπέων AC που παρέχουν τις επιθυμητές τιμές αποτελεσματικών τιμών (ρεύμα και τάση). Χάρη στα φαινόμενα επαγωγής και αυτο-επαγωγή οι μηχανικοί μπόρεσαν να αναπτύξουν πολλές ηλεκτρικές συσκευές: από συμβατικές πηνίο (γκάζι) και μέχρι τον μετασχηματιστή.
Η έννοια της αμοιβαίας επαγωγής αναφέρεται μόνο σε εναλλασσόμενο ρεύμα, κατά τη διάρκεια του οποίου η μαγνητική ροή αλλάζει στο κύκλωμα ή στον αγωγό.
Για ηλεκτρικό ρεύμα συνεχούς ρεύματος, άλλες εκδηλώσεις αυτής της δύναμης είναι χαρακτηριστικά, όπως, για παράδειγμα, η διαφορά δυναμικού στους πόλους ενός γαλβανικού στοιχείου, το οποίο θα συζητήσουμε αργότερα.
Ηλεκτρικοί κινητήρες και γεννήτριες
Το ίδιο ηλεκτρομαγνητικό αποτέλεσμα παρατηρείται στον σχεδιασμό ασύγχρονη ή σύγχρονος ηλεκτρικός κινητήραςτου οποίου το κύριο στοιχείο είναι επαγωγικά πηνία. Η δουλειά του σε προσιτή γλώσσα περιγράφεται σε πολλά βιβλία που σχετίζονται με το θέμα που ονομάζεται "Ηλεκτρολόγος Μηχανικός". Για να κατανοήσουμε την ουσία των διαδικασιών, αρκεί να υπενθυμίσουμε ότι η επαγωγή emf προκαλείται όταν ο αγωγός κινείται μέσα σε άλλο πεδίο.
Σύμφωνα με τον νόμο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής που αναφέρθηκε παραπάνω, ένας μετρητής EMF προκαλείται συχνά στην περιέλιξη του οπλισμού του κινητήρα κατά τη λειτουργία, ο οποίος συχνά ονομάζεται «αντίθετος-EMF», επειδή όταν ο κινητήρας λειτουργεί, κατευθύνεται προς την εφαρμοζόμενη τάση. Αυτό εξηγεί επίσης την απότομη αύξηση του ρεύματος που καταναλώνει ο κινητήρας με αυξανόμενο φορτίο ή εμπλοκή του άξονα, καθώς και ρεύματα εισόδου. Για έναν ηλεκτρικό κινητήρα, όλες οι συνθήκες για την εμφάνιση μιας πιθανής διαφοράς είναι προφανείς - μια αναγκαστική αλλαγή στο μαγνητικό πεδίο των πηνίων του οδηγεί στην εμφάνιση ροπής στον άξονα του ρότορα.
Δυστυχώς, δεν θα ερευνήσουμε αυτό το θέμα σε αυτό το άρθρο - γράψτε στα σχόλια εάν σας ενδιαφέρει και θα το συζητήσουμε.
Σε μια άλλη ηλεκτρική συσκευή - μια γεννήτρια, όλα είναι ακριβώς τα ίδια, αλλά οι διαδικασίες που συμβαίνουν σε αυτήν έχουν την αντίθετη κατεύθυνση. Ένα ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται μέσω των περιελίξεων του ρότορα, ένα μαγνητικό πεδίο εμφανίζεται γύρω τους (μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνιμοι μαγνήτες). Όταν ο ρότορας περιστρέφεται, το πεδίο, με τη σειρά του, προκαλεί ένα EMF στις περιελίξεις του στάτη - από την οποία αφαιρείται το ρεύμα φορτίου.
Κάποια άλλη θεωρία
Κατά τον σχεδιασμό τέτοιων κυκλωμάτων, λαμβάνεται υπόψη η κατανομή των ρευμάτων και η πτώση τάσης μεταξύ των μεμονωμένων στοιχείων. Για τον υπολογισμό της κατανομής της πρώτης παραμέτρου, χρησιμοποιείται μια πολύ γνωστή από τη φυσική δεύτερος νόμος του Kirchhoff - το άθροισμα των πτώσεων τάσης (λαμβάνοντας υπόψη το σύμβολο) σε όλους τους κλάδους του κλειστού κυκλώματος είναι ίσο με το αλγεβρικό άθροισμα του EMF των κλάδων αυτού του κυκλώματος), και για τον προσδιορισμό της χρήσης των τιμών τους Ο νόμος του Ωμ για τμήμα αλυσίδας ή νόμο Ohm για πλήρη αλυσίδα, ο τύπος του οποίου δίνεται παρακάτω:
I = E / (R + r),
που Ε - EMF, R είναι η αντίσταση φορτίου r είναι η αντίσταση της πηγής ισχύος.
Η εσωτερική αντίσταση μιας πηγής ισχύος είναι η αντίσταση των περιελίξεων των γεννητριών και των μετασχηματιστών, η οποία εξαρτάται από τη διατομή του καλωδίου με το οποίο τυλίγονται και το μήκος του, καθώς και από την εσωτερική αντίσταση των γαλβανικών κυψελών, η οποία εξαρτάται από την κατάσταση της ανόδου, της καθόδου και του ηλεκτρολύτη.
Κατά την εκτέλεση των υπολογισμών, πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η εσωτερική αντίσταση της πηγής ισχύος, που θεωρείται παράλληλη σύνδεση με το κύκλωμα. Με μια πιο ακριβή προσέγγιση, λαμβάνοντας υπόψη τις μεγάλες τιμές των ρευμάτων λειτουργίας, λαμβάνεται υπόψη η αντίσταση κάθε αγωγού σύνδεσης.
EMF στο σπίτι και μονάδες
Άλλα παραδείγματα βρίσκονται στην πρακτική ζωή κάθε συνηθισμένου ατόμου. Στην κατηγορία αυτή, πέφτουν οικεία πράγματα όπως οι μπαταρίες μικρού μεγέθους, καθώς και άλλες μικροσκοπικές μπαταρίες. Σε αυτήν την περίπτωση, το EMF που λειτουργεί σχηματίζεται λόγω χημικών διεργασιών που συμβαίνουν εντός των πηγών τάσης DC.
Όταν εμφανίζεται στους ακροδέκτες (πόλοι) της μπαταρίας λόγω εσωτερικών αλλαγών - το στοιχείο είναι εντελώς έτοιμο για λειτουργία. Με την πάροδο του χρόνου, το μέγεθος του EMF μειώνεται ελαφρώς και η εσωτερική αντίσταση αυξάνεται σημαντικά.
Ως αποτέλεσμα, εάν μετρήσετε την τάση σε μια μπαταρία χωρίς δάχτυλα που δεν είναι συνδεδεμένη σε τίποτα, βλέπετε κανονικό 1,5V για αυτό (ή έτσι), αλλά όταν το φορτίο είναι συνδεδεμένο με την μπαταρία, ας υποθέσουμε ότι την εγκαταστήσατε σε κάποια συσκευή - δεν λειτουργεί.
Γιατί; Επειδή εάν υποθέσετε ότι η εσωτερική αντίσταση του βολτόμετρου είναι πολλές φορές υψηλότερη από την εσωτερική αντίσταση της μπαταρίας, τότε μετρήσατε το EMF του. Όταν η μπαταρία άρχισε να δίνει ρεύμα στο φορτίο στους ακροδέκτες της, δεν έγινε 1,5V, αλλά, ας πούμε, 1,2V - ούτε η τάση ούτε το ρεύμα ήταν αρκετά για την κανονική λειτουργία της συσκευής. Μόνο αυτά τα 0.3V και έπεσαν στην εσωτερική αντίσταση του γαλβανικού στοιχείου. Εάν η μπαταρία είναι εντελώς παλιά και τα ηλεκτρόδια της καταστραφούν, τότε ενδέχεται να μην υπάρχει δύναμη ή τάση ηλεκτροκινητήρα στους ακροδέκτες της μπαταρίας - δηλαδή μηδέν.
Αυτό το παράδειγμα δείχνει σαφώς τη διαφορά μεταξύ EMF και τάσης. Ο συγγραφέας λέει το ίδιο πράγμα στο τέλος του βίντεο, το οποίο βλέπετε παρακάτω.
Μπορείτε να μάθετε περισσότερα σχετικά με το πώς προκύπτει το emf ενός γαλβανικού κελιού και πώς μετράται στο παρακάτω βίντεο:
Μια πολύ μικρή δύναμη ηλεκτροκινητήρα προκαλείται επίσης στην κεραία του δέκτη, η οποία στη συνέχεια ενισχύεται από ειδικά στάδια, και λαμβάνουμε το σήμα της τηλεόρασης, του ραδιοφώνου και ακόμη και του Wi-Fi.
Συμπέρασμα
Ας συνοψίσουμε και για άλλη μια φορά να θυμηθούμε εν συντομία τι είναι το EMF και σε τι μονάδες SI εκφράζεται αυτή η τιμή.
- Το EMF χαρακτηρίζει το έργο εξωτερικών δυνάμεων (χημικής ή φυσικής) μη ηλεκτρικής προέλευσης σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα. Αυτή η δύναμη εκτελεί το έργο της μεταφοράς ηλεκτρικών φορτίων σε αυτήν.
- Το EMF, όπως και η τάση, μετράται σε Volts.
- Οι διαφορές μεταξύ του EMF και της τάσης είναι ότι το πρώτο μετράται χωρίς φορτίο, και το δεύτερο με φορτίο, και λαμβάνεται υπόψη η εσωτερική αντίσταση της πηγής ισχύος και έχει αποτέλεσμα.
Και τέλος, για να ενοποιήσετε το υλικό που καλύπτεται, σας συμβουλεύω να παρακολουθήσετε ένα άλλο καλό βίντεο για αυτό το θέμα:
Σχετικά υλικά:
Φόρτωση ...
