Siła elektromotoryczna

Co się stało Pole elektromagnetyczne(siła elektromotoryczna) w fizyce? Nie każdy rozumie prąd elektryczny. Jak kosmiczna odległość, tylko tuż pod nosem. Generalnie nawet naukowcy nie do końca to rozumieją. Wystarczy przypomnieć jego słynne eksperymenty, wyprzedzające o stulecia swoją epokę i do dziś pozostające w atmosferze tajemniczości. Dziś nie rozwiązujemy wielkie tajemnice, ale staramy się to rozgryźć czym jest pole elektromagnetyczne w fizyce.

Definicja pola elektromagnetycznego w fizyce

Pole elektromagnetyczne- siła elektromotoryczna. Oznaczone literą mi lub mała grecka litera epsilon.

Siła elektromotoryczna— skalarna wielkość fizyczna charakteryzująca działanie sił zewnętrznych ( siły pochodzenia nieelektrycznego), działający w obwody elektryczne zmienna i prąd stały.

Pole elektromagnetyczne, tak jak Napięcie e, mierzone w woltach. Jednakże pole elektromagnetyczne i napięcie to różne zjawiska.

Napięcie(między punktami A i B) – wielkość fizyczna równa pracy efektywnej pole elektryczne wykonywane podczas przenoszenia pojedynczego ładunku próbnego z jednego punktu do drugiego.

Wyjaśniamy istotę pola elektromagnetycznego „na palcach”

Aby zrozumieć, co jest czym, możemy podać przykładową analogię. Wyobraźmy sobie, że mamy wieżę ciśnień całkowicie wypełnioną wodą. Porównajmy tę wieżę z baterią.

Schemat wieży ciśnień

Woda wywiera maksymalne ciśnienie na dno wieży, gdy wieża jest całkowicie wypełniona. Odpowiednio, im mniej wody w wieży, tym słabsze ciśnienie i ciśnienie wody płynącej z kranu. Jeśli odkręcisz kran, woda będzie stopniowo wypływać, najpierw pod silnym ciśnieniem, a potem coraz wolniej, aż ciśnienie całkowicie opadnie. W tym przypadku napięcie oznacza ciśnienie wywierane przez wodę na dno. Za poziom napięcia zerowego przyjmijmy sam dół wieży.

Pompa wodna

Podobnie jest z baterią. Najpierw podłączamy nasze źródło prądu (akumulator) do obwodu, zamykając go. Niech to będzie zegarek lub latarka. Dopóki poziom napięcia jest wystarczający i akumulator nie jest rozładowany, latarka świeci jasno, po czym stopniowo gaśnie, aż do całkowitego zgaśnięcia.

Ale jak się upewnić, że ciśnienie nie wyschnie? Innymi słowy, jak utrzymać stały poziom wody w wieży i stałą różnicę potencjałów na biegunach źródła prądu. Na przykładzie wieży pole elektromagnetyczne jest przedstawiane jako pompa zapewniająca dopływ nowej wody do wieży.

Radziecka bateria

Charakter pola elektromagnetycznego

Powód występowania pola elektromagnetycznego w różnych źródłach prądu jest inny. Ze względu na charakter występowania wyróżnia się następujące typy:

• Chemiczne emf. Występuje w bateriach i akumulatorach na skutek reakcji chemicznych.
• Termo-EMF. Występuje, gdy połączone są styki różnych przewodników znajdujących się w różnych temperaturach.
• Indukcja emf. Występuje w generatorze, gdy wirujący przewodnik jest umieszczony w polu magnetycznym. Pole elektromagnetyczne zostanie indukowane w przewodniku, gdy przewodnik przetnie linie elektroenergetyczne prądu stałego pole magnetyczne lub gdy pole magnetyczne zmienia swoją wielkość.
• Fotoelektryczny emf. Występowaniu tego pola elektromagnetycznego sprzyja zjawisko zewnętrznego lub wewnętrznego efektu fotoelektrycznego.
• Siła piezoelektryczna Pole elektromagnetyczne występuje, gdy substancje są rozciągane lub ściskane.

Drodzy przyjaciele, dzisiaj przyjrzeliśmy się tematowi „PEM dla manekinów”. Jak widzimy, pole elektromagnetyczne – siła nieelektryczna, który wspomaga przepływ prąd elektryczny w łańcuchu. Jeśli chcesz dowiedzieć się jak rozwiązuje się problemy z PEM, radzimy skontaktować się ze starannie wyselekcjonowanymi i sprawdzonymi specjalistami, którzy szybko i przejrzyście wyjaśnią proces rozwiązywania każdego problemu tematycznego. A na koniec tradycyjnie zapraszamy do obejrzenia filmu szkoleniowego. Miłego oglądania i powodzenia w nauce!

SIŁA ELEKTROMOTORYCZNA(emf) - fenomenologiczna charakterystyka źródeł bieżących. Wprowadzony przez G. Ohma w 1827 r. dla obwodów prądu stałego. prądu i został zdefiniowany przez G. Kirchhoffa w 1857 roku jako działanie sił „zewnętrznych” podczas przepływu pojedynczego prądu elektrycznego. wzdłuż zamkniętego konturu. Następnie pojęcie SEM zaczęto interpretować szerzej – jako miarę specyficznych (na jednostkę ładunku przenoszonego przez prąd) przemian energetycznych zachodzących w quasi-stacjonarnym [patrz. Przybliżenie quasi-stacjonarne (quasi-statyczne).

] elektryczny obwodów nie tylko przez źródła „obce” (baterie galwaniczne, akumulatory, generatory itp.), ale także przez elementy „obciążeniowe” (silniki elektryczne, akumulatory w trybie ładowania, dławiki, transformatory itp.).

Pełne imię i nazwisko wielkość - E. s. - związana z mechaniczną. analogie procesów w elektryczności. łańcuchy i jest rzadko używany; Bardziej powszechnym skrótem jest emf. W SI emf mierzy się w woltach (V); w układzie Gaussa (SGSE) jednostka emf special. nie ma nazwy (1 SGSE300 V). W przypadku postu quasi-linearnego. prąd w obwodzie zamkniętym (bez rozgałęzień) moc całkowitego dopływu elektro-magnetycznego.)

Energia wytwarzana przez źródła jest w całości przeznaczana na wytwarzanie ciepła (patrz. Straty w Joule: gdzie jest emf w obwodzie przewodzącym, I-aktualny,

Przy opisie procesów quasi-stacjonarnych w elektryce obwody na poziomie energetycznym. bilans (*) należy uwzględnić zmiany w zakumulowanym polu magnetycznym Wm i elektryczne My energie:

Przy zmianie magnesu pola w czasie, pojawia się wir elektryczny. pole mi S, którego cyrkulacja wzdłuż obwodu przewodzącego jest zwykle nazywana emf Indukcja elektromagnetyczna:

Zmiany elektryczne energie są z reguły znaczące w przypadkach, gdy obwód zawiera elementy o dużej mocy elektrycznej. pojemność np kondensatory. Następnie dW e /dt = D U. I, gdzie d U-różnica potencjałów pomiędzy okładkami kondensatora.

Jednakże inne interpretacje energii są również dopuszczalne. przemiany w energię elektryczną więzy. Na przykład, jeśli w obwodzie prądu przemiennego. harmonijny elektromagnes prądowy jest włączony L, następnie wzajemne przemiany energii elektrycznej. i mag. zawarte w nim energie można scharakteryzować jako emf el-magn. indukcja i spadek efektywnej reaktancji ZL(cm. Impedancja): W ruchu magnetycznym pole w ciałach (na przykład w tworniku cewki jednobiegunowej), nawet praca sił oporu może przyczynić się do emf.

W rozgałęzionych obwodach prądów quasi-liniowych związek między emf a spadkami napięcia w odcinkach obwodu tworzących obwód zamknięty jest określony przez drugą Reguła Kirchhoffa.

Emf jest integralną cechą pętli zamkniętej i w ogólnym przypadku nie można ściśle wskazać miejsca jego „zastosowania”. Jednak dość często emf można uznać za w przybliżeniu zlokalizowany w niektórych urządzeniach lub elementach obwodu. W takich przypadkach zwykle uważa się ją za cechę urządzenia (baterii galwanicznej, akumulatora, dynama itp.) i określa się ją na podstawie różnicy potencjałów między jego otwartymi biegunami. W zależności od rodzaju konwersji energii w tych urządzeniach wyróżnia się następujące typy emf: x i m oraz he emf na galwaniczne emf. baterie, wanny, akumulatory, podczas procesów korozyjnych (efekty galwaniczne), fotoelektryczne SEM (fotowoltaika) o działaniu zewnętrznym. i wewnętrzne (fotokomórki, fotodiody); elektromagnetyczne emf - emf el-magn. indukcja (dynama, transformatory, dławiki, silniki elektryczne itp.); elektrostatyczne SEM, które powstaje np. podczas działania mechanicznego. tarcie (maszyny elektroforyczne, elektryfikacja chmur burzowych itp.); piezoelektryczny emf - podczas ściskania lub rozciągania

W fizyce istnieje takie pojęcie jak siła elektromotoryczna(w skrócie tzw Pole elektromagnetyczne) jest używany jako główna charakterystyka energetyczna źródeł prądu.

Siła elektromotoryczna (EMF)

Siła elektromotoryczna (Pole elektromagnetyczne) – zdolność źródła energii do tworzenia i utrzymywania różnicy potencjałów na zaciskach.

Pole elektromagnetyczne– mierzone w woltach

Napięcie na zaciskach źródła jest zawsze mniejsze Pole elektromagnetyczne od wielkości spadku napięcia.

Siła elektromotoryczna

U RH = E – U R0

U RH – napięcie na zaciskach źródła. Mierzone przy zamkniętym obwodzie zewnętrznym.

E - EMF - mierzone u producenta.

Siła elektromotoryczna (Pole elektromagnetyczne) reprezentuje wielkość fizyczna, który jest równy ilorazowi podziału pracy, jaką przy przemieszczaniu ładunku elektrycznego wykonują siły zewnętrzne w obwodzie zamkniętym, na sam ładunek.

Należy zauważyć że siła elektromotoryczna w źródle prądu występuje również w przypadku braku samego prądu, to znaczy, gdy obwód jest otwarty. Sytuację tę zwykle nazywa się „pracą na biegu jałowym” i samą wartością Pole elektromagnetyczne gdy jest równa różnicy potencjałów obecnych na zaciskach źródła prądu.

Chemiczna siła elektromotoryczna

Chemiczny siła elektromotoryczna obecnych w bateriach i bateriach galwanicznych podczas procesów korozyjnych. W zależności od zasady, na której opiera się działanie danego źródła zasilania, nazywane są one akumulatorami lub ogniwami galwanicznymi.

Jedną z głównych cech wyróżniających ogniwa galwaniczne jest to, że te źródła prądu są, że tak powiem, jednorazowe. Podczas swojego funkcjonowania te substancje czynne, dzięki którym Energia elektryczna w wyniku reakcji chemicznych rozpadają się niemal całkowicie. Dlatego też, jeśli ogniwo galwaniczne zostanie całkowicie rozładowane, nie będzie już mogło służyć jako źródło prądu.

W przeciwieństwie do ogniw galwanicznych, baterie nadają się do ponownego użycia. Jest to możliwe, ponieważ te reakcje chemiczne które w nich zachodzą, są odwracalne.

Elektromagnetyczna siła elektromotoryczna

Elektromagnetyczny Pole elektromagnetyczne powstaje podczas pracy urządzeń takich jak prądnice, silniki elektryczne, dławiki, transformatory itp.

Jego istota jest następująca: umieszczając przewodniki w polu magnetycznym i przesuwając je w taki sposób, aby pola magnetyczne się przecinały linie energetyczne, pojawiają się wskazówki Pole elektromagnetyczne. Jeśli obwód jest zamknięty, pojawia się w nim prąd elektryczny.

W fizyce opisane powyżej zjawisko nazywa się indukcją elektromagnetyczną. Siła elektromotoryczna, które jest w tym przypadku indukowane, nazywa się Pole elektromagnetyczne wprowadzenie.

Należy zauważyć, że wytyczne Pole elektromagnetyczne Indukcja zachodzi nie tylko w przypadku, gdy przewodnik porusza się w polu magnetycznym, ale także wtedy, gdy pozostaje on nieruchomy, ale jednocześnie zmienia się wielkość samego pola magnetycznego.

Siła elektromotoryczna fotowoltaiki

Ta odmiana siła elektromotoryczna występuje, gdy występuje zewnętrzny lub wewnętrzny efekt fotoelektryczny.

W fizyce efekt fotoelektryczny (efekt fotoelektryczny) oznacza zespół zjawisk zachodzących, gdy substancja jest wystawiona na działanie światła i jednocześnie emitowane są z niej elektrony. Nazywa się to zewnętrznym efektem fotoelektrycznym. Jeśli w tym samym czasie się pojawi siła elektromotoryczna lub zmienia się przewodność elektryczna substancji, wtedy mówią o wewnętrznym efekcie fotoelektrycznym.

Obecnie zarówno zewnętrzne, jak i wewnętrzne fotoefekty są bardzo szeroko stosowane przy projektowaniu i produkcji ogromnej liczby takich odbiorników promieniowania świetlnego, które przekształcają sygnały świetlne na sygnały elektryczne. Wszystkie te urządzenia nazywane są fotokomórkami i są wykorzystywane zarówno w technologii, jak i przy wykonywaniu różnych badania naukowe. W szczególności to fotokomórki służą do wykonywania najbardziej obiektywnych pomiarów optycznych.

Elektrostatyczna siła napędowa

Jeśli chodzi o ten typ siła elektromotoryczna, wówczas zachodzi np. podczas tarcia mechanicznego występującego w jednostkach elektroforycznych (specjalna demonstracja laboratoryjna i urządzenia pomocnicze), a także występuje w chmurach burzowych.

Generatory Wimshursta (inna nazwa maszyn elektroforycznych) wykorzystują w swoim działaniu zjawisko zwane indukcją elektrostatyczną. Kiedy pracują ładunki elektryczne gromadzą się na biegunach, w słoikach Leydena, a różnica potencjałów może osiągnąć bardzo duże wartości (do kilkuset tysięcy woltów).

Charakter elektryczności statycznej polega na tym, że pojawia się, gdy równowaga wewnątrzcząsteczkowa lub wewnątrzatomowa zostaje zakłócona w wyniku utraty lub wzmocnienia elektronów.

Piezoelektryczna siła elektromotoryczna

Ta odmiana siła elektromotoryczna występuje, gdy następuje ściskanie lub rozciąganie substancji zwanych piezoelektrykami. Są szeroko stosowane w konstrukcjach takich jak czujniki piezoelektryczne, oscylatory kwarcowe, hydrofony i kilka innych.

To właśnie efekt piezoelektryczny leży u podstaw działania czujników piezoelektrycznych. Same należą do tak zwanych czujników typu generatorowego. W nich wielkością wejściową jest przyłożona siła, a wielkością wyjściową ilość energii elektrycznej.

Jeśli chodzi o urządzenia takie jak hydrofony, ich działanie opiera się na zasadzie tzw. bezpośredniego efektu piezoelektrycznego, jakim charakteryzują się materiały piezoceramiczne. Jego istota polega na tym, że jeśli na powierzchnię tych materiałów zostanie przyłożone ciśnienie akustyczne, na ich elektrodach pojawi się różnica potencjałów. Co więcej, jest ona proporcjonalna do wartości ciśnienia akustycznego.

Jednym z głównych obszarów zastosowań materiałów piezoelektrycznych jest produkcja oscylatorów kwarcowych, które w swojej konstrukcji posiadają rezonatory kwarcowe. Urządzenia tego typu przeznaczone są do wytwarzania oscylacji o ściśle określonej częstotliwości, stabilnych zarówno w czasie, jak i przy zmianach temperatury, a także charakteryzujących się bardzo niskim poziomem szumu fazowego.

Termionowa siła elektromotoryczna

Ta odmiana siła elektromotoryczna zachodzi, gdy następuje emisja cieplna naładowanych cząstek z powierzchni nagrzanych elektrod. Emisja termionowa jest dość szeroko stosowana w praktyce, na niej opiera się np. działanie prawie wszystkich lamp radiowych.

Termoelektryczna siła elektromotoryczna

Ta odmiana Pole elektromagnetyczne występuje, gdy temperatura rozkłada się bardzo niejednorodnie na różnych końcach różnych przewodników lub po prostu w różnych częściach obwodu.

Termoelektryczny siła elektromotoryczna stosowane w urządzeniach takich jak pirometry, termopary i maszyny chłodnicze. Czujniki, których działanie opiera się na tym zjawisku, nazywane są termoelektrycznymi i tak naprawdę są termoparami składającymi się ze zlutowanych ze sobą elektrod, wykonanych z różne metale. Kiedy te elementy są podgrzewane lub chłodzone, a Pole elektromagnetyczne, którego wielkość jest proporcjonalna do zmiany temperatury.

Idealny sposób pomiaru np. ds. ogniwo galwaniczne (ogniwo potencjometryczne) to metoda kompensacji Poggendorffa, w której napięcie (V) z źródło zewnętrzne DC, kierunek przeciwny, np. ds. komórki. Co więcej, w momencie, gdy w obwodzie nie ma prądu, gradienty e. ds. i V są sobie równe. Zadanie polega zatem na stopniowej zmianie napięcia, aż przez ogniwo przestanie płynąć prąd, co można monitorować za pomocą pewnego rodzaju wskaźnika prądu. Drugim zadaniem jest określenie wielkości przyłożonego napięcia odpowiadającej danemu momentowi, czego można dokonać również za pomocą woltomierza (woltomierza). Zatem, gdy w obwodzie nie ma prądu, zgodnie z równaniem (gdzie różnica jest emf ogniwa potencjometrycznego), napięcie V jest równe emf. ds.

Jeżeli potencjał jednej elektrody jest stały (elektrody odniesienia) i jest znany w stosunku do NBE, to potencjał elektrody wskaźnikowej można wyliczyć z napięcia lub monitorować jego zmianę w trakcie miareczkowania.

Prawie wszystkie urządzenia do pomiaru m.in. ds. Ogniwa potencjometryczne – potencjometry – mają następujący obwód (rys. 4). Jeden biegun zewnętrznego źródła prądu stałego 1 (baterie suche lub baterie kwasowe lub alkaliczne z wyłącznikiem g) jest na stałe podłączony do jednego z końców (A) dzielnika napięcia 3 o jednakowym przekroju drutu i małej rezystancji (10- 100 omów). Dzielnik napięcia 3 jest zwykle wyposażony w skalę o jednolitych podziałkach 1100. Drugi biegun źródła prądu 1 jest podłączony do zmiennej rezystancji. mały rozmiar 4, z którym połączony jest drugi koniec (B) dzielnika napięcia 3 za pomocą styku ruchomego 5. W ten sposób napięcie źródła 1 spada w odcinku stałym AB i w pewnym odcinku o zmiennej rezystancji. Koniec B dzielnika napięcia 3 podłączamy do jednej z elektrod ogniwa 6, zachowując polaryzację połączenia, czyli biegun źródła prądu 1 i elektrodę o tym samym znaku należy podłączyć do tego samego końca dzielnika 3. Druga elektroda jest połączona szeregowo poprzez przełącznik 7, wyłącznik prądowy 8 i wskaźnik prądu 9 z ruchomym stykiem 10, swobodnie poruszającym się na dzielniku napięcia 3. Dodatkowo jeden z biegunów standardowego elementu Westona jest podłączony do końca dzielnika napięcia 3 (z zachowaniem tej samej kolejności podłączenia, patrz wyżej), którego drugi biegun można połączyć za pomocą przełącznika 7 z ruchomym stykiem 10. W efekcie w jednym położeniu przełącznika 7 jest zwarty przez prąd wyłącznik w obwodzie zawierającym element Westona II, a w innym - obwód zawierający ogniwo potencjometryczne 6.

Element Westona 11 jest zainstalowany w celu kontrolowania ceny jednego podziału skali dzielnika napięcia 3 (w miliwoltach), ponieważ e. ds. zewnętrzne źródła prądu są znane z niewystarczającą dokładnością i z czasem spadają samoistnie (źródło Toya rozładowuje się).

Przed przystąpieniem do pracy urządzenie ustawia się tak, aby jeden działek skali dzielnika napięcia 3 odpowiadał . W tym celu należy za pomocą przełącznika 2 zamknąć obwód zewnętrznego źródła prądu. Po osiągnięciu stałego napięcia (po 10-15 minutach) przełącznik 7 włącza do obwodu element Westona II i ustala styk 10 w podziale 1018,6 skali dzielnika napięcia 3 (punkt D). Ponieważ e. ds. elementu Westona II wynosi , na odcinku BD jego napięcie całkowicie spada, czyli na każdym podziale napięcie maleje o .

Ryż. 4. Najprostszy schemat instalacje pomiarowe m.in. ds. ogniwa galwaniczne metodą kompensacyjną z miareczkowaniem potencjometrycznym: 1- źródło prądu stałego o niskim napięciu wyjściowym; 2 przełączniki prądu; 3 - dzielnik napięcia; 4- zmienny opór; 5, 10 - styki przesuwne; 6 - ogniwo elektrolityczne; 7 - przełącznik prądu; 8 - przerywacz prądu; 9 - wskaźnik prądu; 11 - Element Westona; oraz - elektrody (wskazujące i porównawcze).

Jeżeli podczas zwarcia obwodu z wyłącznikiem 8 przez obwód przepływa prąd, wykrywany za pomocą wskaźnika prądu 9, oznacza to, że na odcinku BD spadek napięcia źródła prądu 1 jest większy lub mniejszy od e. ds. Element Westona II. Przesuwając styk 5 i okresowo zamykając obwód wyłącznikiem 8, znajdź położenie styku 5 na zmiennym oporze 4, przy którym wskaźnik prądu 9 wskazuje brak prądu w obwodzie.

Aby zmierzyć np. ds. ogniwo potencjometryczne, włącza się je do obwodu za pomocą przełącznika 7 i bez zmiany położenia styku 5 styk 10 przesuwa się w tę lub inną stronę, aż do momentu okresowego zamykania obwodu przez wyłącznik 8 galwanometr 9 ponownie pokaże brak prądu. Wartość e. ds. Ogniwa w miliwoltach można policzyć poprzez położenie pinu 10 na skali dzielnika napięcia 3.

Podczas pomiarów obwód wyłącznikiem prądowym 8 można zamknąć tylko na bardzo krótki czas (nie więcej niż kilka sekund), aby uniknąć polaryzacji elektrod. Po zakończeniu pracy należy koniecznie otworzyć obwód wyłącznikiem 2 i zablokować wskaźnik prądu 9.

Działanie prawie wszystkich potencjometrów opiera się na opisanej zasadzie.

Wśród urządzeń domowych szeroko stosowane są wysokoomowe potencjometry prądu stałego typu PPTV-1,

I inne, a także potencjometry lampowe - mierniki. Te ostatnie mają dwojaki cel – pomiar np. ds. ogniwa i roztwory galwaniczne (stosuje się elektrodę szklaną). Zwykle dokładność pomiaru np. ds. - metrów mniej niż potencjometry. Urządzenia pracują metodą kompensacyjną, inne zaś metodą niekompensacyjną. Praca z urządzeniami niekompensującymi jest prostsza, ponieważ zmierzone wartości są mierzone bezpośrednio przez położenie strzałki urządzenia.