ما هو emf في ما هي الوحدات التي يتم قياسها. EMF. قانون أوم لدائرة كاملة. مصدر EMF حقيقي

ماذا او ما EMF(القوة الدافعة الكهربائية) في الفيزياء؟ التيار الكهربائي لا يفهمه الجميع. مثل مسافة الفضاء ، فقط تحت الأنف. بشكل عام ، لم يفهمه العلماء تمامًا أيضًا. يكفي أن نتذكر نيكولا تيسلابتجاربه الشهيرة ، قبل قرون من وقتهم وحتى اليوم يظلون في هالة من الغموض. اليوم لا نقوم بحل الألغاز الكبيرة ، لكننا نحاول اكتشافها ما هو emf في الفيزياء.

تعريف المجالات الكهرومغناطيسية في الفيزياء

EMFهي القوة الدافعة الكهربائية. يشار إليها بالحرف ه أو الحرف اليوناني الصغير إبسيلون.

القوة الدافعة الكهربائية- الكمية المادية العددية التي تميز عمل القوى الخارجية ( قوى من أصل غير كهربائي) تعمل في الدوائر الكهربائية للتيار المتردد والتيار المباشر.

EMF، مثل توتره ، تقاس بالفولت. ومع ذلك ، فإن المجالات الكهرومغناطيسية والجهد هما ظاهرتان مختلفتان.

الجهد االكهربى(بين النقطتين A و B) - كمية مادية تساوي عمل المجال الكهربائي الفعال الذي يتم إجراؤه عند نقل شحنة اختبار الوحدة من نقطة إلى أخرى.

نشرح جوهر EMF "على الأصابع"

لفهم ما هو ، يمكننا إعطاء مثال تشبيه. تخيل أن لدينا برجًا مائيًا مملوءًا تمامًا بالماء. قارن هذا البرج ببطارية.

يمارس الماء أقصى ضغط على قاع البرج عندما يكون البرج ممتلئًا. وبناءً عليه ، كلما قل الماء في البرج ، قل ضغط وضغط المياه المتدفقة من الصنبور. إذا فتحت الصنبور ، فسيتدفق الماء تدريجيًا في البداية تحت ضغط قوي ، ثم ببطء أكثر فأكثر حتى يضعف الضغط تمامًا. الضغط هنا هو الضغط الذي يمارسه الماء في القاع. بالنسبة لمستوى الجهد الصفري ، سنأخذ الجزء السفلي من البرج.

نفس الشيء مع البطارية. أولاً ، نقوم بتضمين مصدرنا الحالي (البطارية) في الدائرة ، وإغلاقه. فليكن ساعة أو مصباح يدوي. في حين أن مستوى الجهد كافٍ ولا يتم تفريغ البطارية ، يضيء المصباح بشكل ساطع ، ثم ينطفئ تدريجياً حتى ينطفئ تمامًا.

ولكن كيف نتأكد من أن الضغط لا ينفد؟ بمعنى آخر ، كيفية الحفاظ على مستوى ماء ثابت في البرج ، وفرق جهد ثابت في أقطاب المصدر الحالي. على غرار البرج ، يتم تقديم EMF كمضخة ، مما يضمن تدفق المياه الجديدة إلى البرج.

طبيعة الـ emf

يختلف سبب حدوث المجالات الكهرومغناطيسية في المصادر الحالية المختلفة. وفقًا لطبيعة الحدوث ، يتم تمييز الأنواع التالية:

• emf الكيميائية.يحدث في البطاريات والمراكم بسبب التفاعلات الكيميائية.
• EMF الحرارية.يحدث عند توصيل جهات اتصال غير متشابهة في درجات حرارة مختلفة.
• EMF من الحث.يحدث في المولد عند وضع موصل دوار في مجال مغناطيسي. سيتم إحداث EMF في موصل عندما يعبر الموصل خطوط القوة في مجال مغناطيسي ثابت أو عندما يتغير المجال المغناطيسي في الحجم.
• EMF الكهروضوئية.يتم تسهيل حدوث هذا المجال الكهرومغناطيسي من خلال ظاهرة التأثير الكهروضوئي الخارجي أو الداخلي.
• كهرضغطية emf.يحدث EMF عندما يتم شد مادة أو ضغطها.

أصدقائي الأعزاء ، لقد درسنا اليوم موضوع "EMF for Dummies". كما ترون ، فإن EMF قوة من أصل غير كهربائي، الذي يحافظ على تدفق التيار الكهربائي في الدائرة. إذا كنت تريد معرفة كيفية حل مشكلات EMF ، فننصحك بالاتصال مؤلفينا- متخصصون مختارون ومثبتون بدقة والذين سيشرحون بسرعة وبشكل واضح مسار حل أي مشكلة موضوعية. ووفقًا للتقاليد ، في النهاية ندعوكم لمشاهدة الفيديو التدريبي. مشاهدة سعيدة ونتمنى لك التوفيق في دراستك!

يُفهم EMF على أنه العمل المحدد للقوى الخارجية لتحريك شحنة الوحدة في دائرة الدائرة الكهربائية. يتضمن هذا المفهوم في الكهرباء العديد من التفسيرات الفيزيائية المتعلقة بمختلف مجالات المعرفة التقنية. في الهندسة الكهربائية ، هذا هو العمل المحدد للقوى الخارجية التي تظهر في اللفات الاستقرائية عندما يتم إحداث مجال بديل فيها. في الكيمياء ، تعني فرق الجهد الذي يحدث أثناء التحليل الكهربائي ، وكذلك في التفاعلات المصحوبة بفصل الشحنات الكهربائية. في الفيزياء ، يتوافق مع القوة الدافعة الكهربائية المتولدة في نهايات المزدوج الحراري الكهربائي ، على سبيل المثال. لشرح جوهر المجالات الكهرومغناطيسية بكلمات بسيطة ، ستحتاج إلى النظر في كل خيار من الخيارات لتفسيرها.

قبل الانتقال إلى الجزء الرئيسي من المقالة ، نلاحظ أن المجالات الكهرومغناطيسية والجهد الكهربائي هما مفهومان متشابهان جدًا في المعنى ، لكنهما لا يزالان مختلفين إلى حد ما. باختصار ، فإن EMF موجود على مصدر الطاقة بدون تحميل ، وعندما يكون الحمل متصلاً به ، يكون هذا بالفعل جهدًا. لأن عدد الفولتات على IP تحت الحمل يكون دائمًا تقريبًا أقل إلى حد ما من بدونه. ويرجع ذلك إلى المقاومة الداخلية لمصادر الطاقة مثل المحولات والخلايا الجلفانية.

الحث الكهرومغناطيسي (الحث الذاتي)

لنبدأ بالحث الكهرومغناطيسي. هذه الظاهرة تصف القانون. المعنى المادي لهذه الظاهرة هو قدرة المجال الكهرومغناطيسي على إحداث EMF في موصل قريب. في هذه الحالة ، إما يجب أن يتغير المجال ، على سبيل المثال ، في حجم واتجاه المتجهات ، أو يتحرك بالنسبة للموصل ، أو يجب أن يتحرك الموصل بالنسبة لهذا المجال. في هذه الحالة ، ينشأ فرق جهد في نهايات الموصل.

هناك ظاهرة أخرى مماثلة في المعنى - الحث المتبادل. يكمن في حقيقة أن التغيير في اتجاه وقوة تيار ملف واحد يؤدي إلى وجود EMF في أطراف الملف القريب ، والذي يستخدم على نطاق واسع في مختلف مجالات التكنولوجيا ، بما في ذلك الكهرباء والإلكترونيات. إنه أساس عمل المحولات ، حيث يحفز التدفق المغناطيسي لملف واحد التيار والجهد في الثانية.

في الكهرباء ، يتم استخدام تأثير مادي يسمى EMF في تصنيع محولات التيار المتردد الخاصة التي توفر القيم المرغوبة للكميات الفعالة (التيار والجهد). بفضل ظاهرة الاستقراء والمهندسين ، كان من الممكن تطوير العديد من الأجهزة الكهربائية: من الأجهزة التقليدية (الخنق) إلى المحولات.

ينطبق مفهوم الحث المتبادل فقط على التيار المتردد ، الذي يتغير خلاله التدفق المغناطيسي في الدائرة أو الموصل.

بالنسبة للتيار الكهربائي ذي الاتجاهية الثابتة ، فإن المظاهر الأخرى لهذه القوة مميزة ، مثل ، على سبيل المثال ، فرق الجهد عند أقطاب الخلية الجلفانية ، والتي سنناقشها أدناه.

المحركات والمولدات الكهربائية

لوحظ نفس التأثير الكهرومغناطيسي في التصميم أو العنصر الرئيسي فيه هو الملفات الاستقرائية. تم وصف عمله بلغة يسهل الوصول إليها في العديد من الكتب المدرسية المتعلقة بموضوع يسمى "الهندسة الكهربائية". لفهم جوهر العمليات الجارية ، يكفي أن نتذكر أن الحث الكهرومغناطيسي يحدث عندما يتحرك الموصل داخل مجال آخر.

وفقًا لقانون الحث الكهرومغناطيسي المذكور أعلاه ، يتم إحداث عداد EMF في ملف المحرك أثناء التشغيل ، والذي يُسمى غالبًا "EMF الخلفي" ، لأنه عند تشغيل المحرك ، يتم توجيهه نحو الجهد المطبق. يفسر هذا أيضًا الزيادة الحادة في التيار الذي يستهلكه المحرك عند زيادة الحمل أو تشويش العمود ، وكذلك تيارات البدء. بالنسبة للمحرك الكهربائي ، تكون جميع شروط ظهور فرق الجهد واضحة - التغيير القسري في المجال المغناطيسي لملفاته يؤدي إلى ظهور عزم دوران على محور الدوار.

لسوء الحظ ، في هذا المقال لن نتعمق في هذا الموضوع - اكتب في التعليقات إذا كان يهمك ، وسنخبرك بذلك.

في جهاز كهربائي آخر - مولد ، كل شيء متماثل تمامًا ، لكن العمليات التي تحدث فيه لها الاتجاه المعاكس. يمر تيار كهربائي عبر لفات الجزء المتحرك ، وينشأ حولها مجال مغناطيسي (يمكن استخدام مغناطيس دائم). عندما يدور الجزء المتحرك ، فإن الحقل ، بدوره ، يحث على EMF في لفات الجزء الثابت - والتي يُزال منها تيار الحمل.

بعض المزيد من النظريات

عند تصميم مثل هذه الدوائر ، يؤخذ في الاعتبار توزيع التيارات وانخفاض الجهد على العناصر الفردية. لحساب توزيع المعلمة الأولى ، يتم استخدام المعلمة المعروفة من الفيزياء - مجموع قطرات الجهد (مع مراعاة العلامة) على جميع فروع الدائرة المغلقة يساوي المجموع الجبري لـ EMF لفروع هذه الدائرة ) ، ولتحديد قيمهم ، يستخدمون لقسم من الدائرة أو قانون أوم لدائرة كاملة ، الصيغة الواردة أدناه:

أنا = E / (R + r) ،

أينه - EMF ،R هي مقاومة الحمل ،r هي مقاومة مصدر الطاقة.

المقاومة الداخلية لمصدر الطاقة هي مقاومة لفات المولدات والمحولات ، والتي تعتمد على المقطع العرضي للسلك الذي يتم لفها وطولها ، وكذلك المقاومة الداخلية للخلايا الجلفانية التي تعتمد على حالة الأنود والكاثود والإلكتروليت.

عند إجراء الحسابات ، يجب أن تؤخذ في الاعتبار المقاومة الداخلية لمصدر الطاقة ، والتي تعتبر بمثابة اتصال موازٍ للدائرة. في نهج أكثر دقة ، مع الأخذ في الاعتبار القيم الكبيرة لتيارات التشغيل ، يتم أخذ مقاومة كل موصل متصل في الاعتبار.

EMF في الحياة اليومية ووحدات القياس

توجد أمثلة أخرى في الحياة العملية لأي شخص عادي. تتضمن هذه الفئة أشياء مألوفة مثل البطاريات الصغيرة ، بالإضافة إلى البطاريات المصغرة الأخرى. في هذه الحالة ، يتم تشكيل EMF العامل بسبب العمليات الكيميائية التي تحدث داخل مصادر جهد التيار المستمر.

عندما يحدث في أطراف (أقطاب) البطارية بسبب التغييرات الداخلية ، يكون العنصر جاهزًا تمامًا للتشغيل. بمرور الوقت ، تنخفض قيمة EMF إلى حد ما ، وتزداد المقاومة الداخلية بشكل ملحوظ.

نتيجة لذلك ، إذا قمت بقياس الجهد على بطارية AA غير متصلة بأي شيء ، فسترى 1.5 فولت (أو نحو ذلك) طبيعيًا بالنسبة لها ، ولكن عند توصيل حمولة بالبطارية ، لنفترض أنك قمت بتثبيتها في بعض الأجهزة - انه لا يعمل.

لماذا ا؟ لأنه إذا افترضنا أن المقاومة الداخلية للفولتميتر أعلى بعدة مرات من المقاومة الداخلية للبطارية ، فإنك تقيس EMF الخاص بها. عندما بدأت البطارية في إطلاق تيار في الحمل ، لم تصبح أطرافها 1.5 فولت ، ولكن ، على سبيل المثال ، 1.2 فولت - لا يحتوي الجهاز على جهد أو تيار كافٍ للتشغيل العادي. فقط هذه 0.3V سقطت على المقاومة الداخلية للخلية الجلفانية. إذا كانت البطارية قديمة جدًا وتم تدمير أقطابها ، فقد لا يكون هناك قوة دافعة كهربائية أو جهد كهربائي في أطراف البطارية على الإطلاق - أي. صفر.

يوضح هذا المثال بوضوح الفرق بين EMF والجهد. يقول المؤلف نفس الشيء في نهاية الفيديو ، والذي يمكنك رؤيته أدناه.

يمكنك معرفة المزيد حول كيفية حدوث EMF لخلية كلفانية وكيفية قياسها في الفيديو التالي:

يتم أيضًا إحداث قوة دافعة كهربائية صغيرة جدًا داخل هوائي الاستقبال ، والتي يتم تضخيمها بعد ذلك بواسطة شلالات خاصة ، ونتلقى إشارة التلفزيون والراديو وحتى إشارة Wi-Fi الخاصة بنا.

استنتاج

دعونا نلخص مرة أخرى ونتذكر بإيجاز ماهية المجالات الكهرومغناطيسية وما هي وحدات النظام الدولي للوحدات التي يتم التعبير عنها بهذه الكمية.

1. يميز EMF عمل القوى الخارجية (الكيميائية أو الفيزيائية) ذات الأصل غير الكهربائي في الدائرة الكهربائية. تقوم هذه القوة بعمل نقل الشحنات الكهربائية إليها.
2. يتم قياس EMF ، مثل الجهد ، بالفولت.
3. الاختلافات بين EMF والجهد هي أن الأول يقاس بدون حمل ، والثاني بالحمل ، مع مراعاة المقاومة الداخلية لمصدر الطاقة والتأثير عليها.

وأخيرًا ، لتوحيد المادة التي تمت تغطيتها ، أنصحك بمشاهدة فيديو جيد آخر حول هذا الموضوع:

المواد

يناقش هذا المنشور المصطلحات الأساسية والقوانين والأساليب لحساب المجالات الكهرومغناطيسية للحث المغناطيسي. باستخدام المواد أدناه ، يمكنك تحديد القوة الحالية بشكل مستقل في الدوائر المترابطة ، والتغير في الجهد في المحولات النموذجية. ستكون هذه المعلومات مفيدة في حل المشكلات الكهربائية المختلفة.

الفيض المغناطيسي

من المعروف أن مرور التيار عبر الموصل يكون مصحوبًا بتكوين مجال كهرومغناطيسي. يعتمد تشغيل مكبرات الصوت وأجهزة القفل ومحركات الترحيل والأجهزة الأخرى على هذا المبدأ. من خلال تغيير معلمات مصدر الطاقة ، يتم الحصول على القوة اللازمة لتحريك (الاحتفاظ) الأجزاء المدمجة بخصائص مغناطيسية حديدية.

ومع ذلك، فإن العكس صحيح أيضا. إذا تم نقل إطار من مادة موصلة بين أقطاب مغناطيس دائم على طول دائرة مغلقة مقابلة ، فستبدأ حركة الجسيمات المشحونة. من خلال توصيل الأجهزة المناسبة ، يمكنك تسجيل التغيير في التيار (الجهد). في سياق تجربة أولية ، يمكن للمرء أن يكتشف زيادة في التأثير في المواقف التالية:

• الترتيب العمودي للموصل / خطوط الكهرباء ؛
• تسريع الحركة.

توضح الصورة أعلاه كيفية تحديد اتجاه التيار في الموصل باستخدام قاعدة بسيطة.

ما هو التعريفي emf

حركة الشحنات المذكورة أعلاه تخلق فرقًا محتملًا إذا كانت الدائرة مفتوحة. توضح الصيغة المقدمة بالضبط كيف سيعتمد EMF على المعلمات الرئيسية:

• التعبير المتجه عن التدفق المغناطيسي (ب) ؛
• الطول (l) والسرعة (v) لموصل التحكم ؛
• الزاوية (α) بين نواقل الحركة / الحث.

يمكن الحصول على نتيجة مماثلة إذا كان النظام يتكون من دائرة موصلة ثابتة ، والتي تتأثر بمجال مغناطيسي متحرك. عن طريق إغلاق الدائرة ، قم بتهيئة الظروف المناسبة لحركة الشحنات. إذا كنت تستخدم الكثير من الموصلات (الملف) أو تتحرك بشكل أسرع ، سيزداد التيار. يتم استخدام المبادئ المقدمة بنجاح لتحويل القوى الميكانيكية إلى طاقة كهربائية.

التخصيص ووحدات القياس

يتم الإشارة إلى EMF في الصيغ بواسطة المتجه E. والتوتر الناتج عن قوى خارجية ضمني. وفقًا لذلك ، يمكن تقدير هذه القيمة من الفرق المحتمل. وفقًا للمعايير الدولية الحالية (SI) ، فإن وحدة القياس هي فولت واحد. تتم الإشارة إلى القيم الكبيرة والصغيرة باستخدام بادئات متعددة: "micro" ، "kilo" ، إلخ.

قوانين فاراداي ولينز

إذا تم أخذ الحث الكهرومغناطيسي في الاعتبار ، فإن صيغ هؤلاء العلماء تساعد في توضيح التأثير المتبادل لمعلمات النظام الهامة. يجعل تعريف فاراداي من الممكن تحسين الاعتماد على المجالات الكهرومغناطيسية (ه- متوسط ​​القيمة) من التغيرات في التدفق المغناطيسي (ΔF) والوقت (Δر):

E = - F / t.

استنتاجات وسيطة:

• يزداد التيار إذا تجاوز الموصل عددًا أكبر من خطوط القوة المغناطيسية لكل وحدة زمنية ؛
• تساعد "-" في الصيغة على مراعاة العلاقة المتبادلة بين القطبية E ، وسرعة الإطار ، واتجاه ناقل الحث.

أثبت لينز اعتماد EMF على أي تغييرات في التدفق المغناطيسي. عندما يتم إغلاق دائرة الملف ، يتم تهيئة الظروف لحركة الشحنات. في هذا التجسيد ، يتم تحويل التصميم إلى ملف لولبي نموذجي. يتشكل بجانبه مجال كهرومغناطيسي مقابل.

أثبت هذا العالم سمة مهمة لتحريض EMF. الحقل الذي يتكون من الملف يمنع التدفق الخارجي من التغيير.

حركة سلك في مجال مغناطيسي

كما هو موضح في الصيغة الأولى (E = B * l * v * sinα) ، تعتمد سعة القوة الدافعة الكهربائية إلى حد كبير على معلمات الموصل. بتعبير أدق ، يكون لعدد خطوط المجال لكل وحدة طول من منطقة عمل الدائرة تأثير. يمكن استخلاص نتيجة مماثلة مع الأخذ في الاعتبار التغيير في سرعة الحركة. لا ينبغي لأحد أن ينسى الموضع النسبي للكميات المتجهية المحددة (sinα).

مهم!لا يؤدي تحريك الموصل على طول خطوط القوة إلى تحريض قوة دافعة كهربائية.

لفائف الدورية

من الصعب ضمان الترتيب الأمثل للمكونات الوظيفية أثناء الحركة عند استخدام السلك المستقيم الموضح في المثال. ومع ذلك ، من خلال ثني الإطار ، يمكنك الحصول على أبسط مولد للكهرباء. يتم توفير أقصى تأثير من خلال زيادة عدد الموصلات لكل وحدة من حجم العمل. التصميم المقابل للمعلمات المذكورة هو ملف ، عنصر نموذجي لمولد تيار متناوب حديث.

لتقدير التدفق المغناطيسي (F) يمكنك تطبيق الصيغة:

F = B * S * cosα ،

حيث S هي مساحة سطح العمل المدروس.

تفسير.مع الدوران المنتظم للعضو الدوار ، يحدث تغير دوري جيبي دوري في التدفق المغناطيسي. يتغير اتساع إشارة الخرج بطريقة مماثلة. يتضح من الشكل أن حجم الفجوة بين المكونات الوظيفية الرئيسية للهيكل له بعض الأهمية.

الحث الذاتي EMF

إذا تم تمرير تيار متناوب عبر الملف ، فسيتم تكوين مجال كهرومغناطيسي له خصائص طاقة مماثلة (متغيرة بشكل موحد) في مكان قريب. إنه يخلق تدفقًا مغناطيسيًا جيبيًا متغيرًا ، والذي بدوره يثير حركة الشحنات وتشكيل قوة دافعة كهربائية. هذه العملية تسمى الحث الذاتي.

بالنظر إلى المبادئ الأساسية المدروسة ، من السهل تحديد أن F = L * l. تحدد قيمة L (في هنري) الخصائص الاستقرائية للملف. تعتمد هذه المعلمة على عدد الدورات لكل وحدة طول (لتر) ومنطقة المقطع العرضي للموصل.

الحث المتبادل

إذا قمت بتجميع وحدة من ملفين ، في ظل ظروف معينة ، يمكنك ملاحظة ظاهرة الحث المتبادل. سيظهر القياس الأولي أنه مع زيادة المسافة بين العناصر ، يقل التدفق المغناطيسي. يتم ملاحظة الظاهرة العكسية مع تقلص الفجوة.

للعثور على المكونات المناسبة عند إنشاء الدوائر الكهربائية ، تحتاج إلى دراسة الحسابات الموضوعية:

• يمكنك أن تأخذ على سبيل المثال ملفات مع عدد مختلف من المنعطفات (n1 و n2) ؛
• الحث المتبادل (م2) عند المرور عبر الدائرة الحالية الأولىأناسيتم احتساب 1 على النحو التالي:

M2 = (n2 * F) / I1

• بعد تحويل هذا التعبير ، يتم تحديد قيمة التدفق المغناطيسي:

F = (M2 / n2) * I1

• لحساب emf للحث الكهرومغناطيسي ، فإن الصيغة مناسبة من وصف المبادئ الأساسية:

E2 = - n2 * ΔF / t = M 2 * ΔI1 / t

إذا لزم الأمر ، يمكنك إيجاد النسبة للملف الأول باستخدام خوارزمية مماثلة:

E1 = - n1 * ΔF / t = M 1 * ΔI2 / t.

وتجدر الإشارة إلى أنه في هذه الحالة تكون القوة (I2) في دائرة العمل الثانية مهمة.

يتم حساب التأثير المشترك (الحث المتبادل - M) بالصيغة:

M = K * √ (L1 * l2).

يأخذ المعامل الخاص (K) في الاعتبار القوة الفعلية للاتصال بين الملفات.

أين يتم استخدام أنواع مختلفة من المجالات الكهرومغناطيسية؟

يستخدم تحريك موصل في مجال مغناطيسي لتوليد الكهرباء. يتم توفير دوران الدوار من خلال الاختلاف في مستويات السائل (HPP) وطاقة الرياح والمد والجزر ومحركات الوقود.

يتم استخدام عدد مختلف من المنعطفات (الحث المتبادل) لتغيير الجهد في الملف الثانوي للمحول حسب الحاجة. في مثل هذه التصميمات ، يتم زيادة الاقتران المتبادل باستخدام قلب مغناطيسي حديدي. يستخدم الحث المغناطيسي لخلق قوة دافعة قوية في إنشاء طرق سريعة حديثة للغاية. يجعل الرفع الذي تم إنشاؤه من الممكن القضاء على قوة الاحتكاك ، وزيادة سرعة القطار بشكل كبير.

فيديو

في الفيزياء ، المفهوم القوة الدافعة الكهربائية(مختصر - EMF) كخاصية الطاقة الرئيسية للمصادر الحالية.

القوة الدافعة الكهربائية (EMF)

القوة الدافعة الكهربائية (EMF) - قدرة مصدر الطاقة على تكوين فرق جهد والحفاظ عليه على المشابك.

EMF- يقاس بالفولت

دائمًا ما يكون الجهد عند أطراف المصدر أقل EMFمن خلال انخفاض الجهد.

القوة الدافعة الكهربائية

U RH = E - U R0

U RH هو الجهد عند أطراف المصدر. تقاس مع الدائرة الخارجية مغلقة.

E - EMF - يقاس في المصنع.

القوة الدافعة الكهربائية (EMF) هي كمية مادية ، تساوي حاصل قسمة العمل الذي ، عند تحريك شحنة كهربائية ، تؤديه قوى خارجية في دائرة مغلقة ، لهذه الشحنة نفسها.

تجدر الإشارة إلى أن القوة الدافعة الكهربائيةفي المصدر الحالي يحدث أيضًا في غياب التيار نفسه ، أي عندما تكون الدائرة مفتوحة. عادة ما يسمى هذا الموقف "الخمول" ، والقيمة نفسها EMFعندما تكون مساوية للفرق في تلك الإمكانات المتوفرة في أطراف المصدر الحالي.

القوة الدافعة الكيميائية

المواد الكيميائية القوة الدافعة الكهربائيةموجود في البطاريات والبطاريات الجلفانية في سياق عمليات التآكل. اعتمادًا على المبدأ الذي يبنى عليه تشغيل مصدر طاقة معين ، يطلق عليهم إما بطاريات أو خلايا كلفانية.

واحدة من الخصائص المميزة الرئيسية للخلايا الجلفانية هي أن هذه المصادر الحالية ، إذا جاز التعبير ، يمكن التخلص منها. أثناء عملها ، تتحلل هذه المواد الفعالة ، بسبب إطلاق الطاقة الكهربائية ، بشكل شبه كامل نتيجة للتفاعلات الكيميائية. هذا هو السبب في أنه إذا تم تفريغ الخلية الجلفانية تمامًا ، فلن يكون من الممكن استخدامها كمصدر حالي.

على عكس الخلايا الجلفانية ، يمكن إعادة استخدام البطاريات. هذا ممكن لأن التفاعلات الكيميائية التي تحدث فيها قابلة للعكس.

القوة الكهرومغناطيسية الكهرومغناطيسية

الكهرومغناطيسي EMFيحدث أثناء تشغيل أجهزة مثل الدينامو والمحركات الكهربائية والموانع والمحولات وما إلى ذلك.

جوهرها هو كما يلي: عندما توضع الموصلات في مجال مغناطيسي ويتم تحريكها فيه بطريقة تتقاطع فيها الخطوط المغناطيسية للقوة ، يحدث التوجيه. EMF. إذا كانت الدائرة مغلقة ، فسيحدث تيار كهربائي فيها.

في الفيزياء ، تسمى الظاهرة الموصوفة أعلاه الحث الكهرومغناطيسي. القوة الدافعة الكهربائية، الذي يحدث في هذه الحالة ، يسمى EMFاستقراء.

وتجدر الإشارة إلى أن الإشارة EMFلا يحدث الحث فقط في تلك الحالات عندما يتحرك الموصل في مجال مغناطيسي ، ولكن أيضًا عندما يظل ثابتًا ، ولكن في نفس الوقت يتغير حجم المجال المغناطيسي نفسه.

القوة الكهروضوئية

هذا التنوع القوة الدافعة الكهربائيةيحدث عندما يكون هناك تأثير كهروضوئي خارجي أو داخلي.

في الفيزياء ، التأثير الكهروضوئي (التأثير الكهروضوئي) يعني مجموعة الظواهر التي تحدث عندما يؤثر الضوء على مادة ما ، وفي نفس الوقت تنبعث الإلكترونات فيها. وهذا ما يسمى بالتأثير الكهروضوئي الخارجي. إذا ، مع ذلك ، يبدو القوة الدافعة الكهربائيةأو تتغير الموصلية الكهربائية لمادة ما ، ثم يتحدثون عن تأثير كهروضوئي داخلي.

الآن ، يتم استخدام كل من التأثيرات الكهروضوئية الخارجية والداخلية على نطاق واسع لتصميم وتصنيع عدد كبير من مستقبلات الإشعاع الضوئي التي تحول الإشارات الضوئية إلى إشارات كهربائية. كل هذه الأجهزة تسمى الخلايا الضوئية وتستخدم في كل من التكنولوجيا والأبحاث العلمية المختلفة. على وجه الخصوص ، تُستخدم الخلايا الضوئية لإجراء القياسات البصرية الأكثر موضوعية.

القوة الدافعة الالكتروستاتيكية

أما بالنسبة لهذا النوع القوة الدافعة الكهربائية، ثم يحدث ، على سبيل المثال ، أثناء الاحتكاك الميكانيكي الذي يحدث في وحدات الكهربية (مظاهرة معملية خاصة والأجهزة المساعدة) ، كما يحدث أيضًا في السحب الرعدية.

تستخدم مولدات Wimshurst (هذا اسم آخر للآلات الكهربية) ظاهرة مثل الحث الكهروستاتيكي لتشغيلها. أثناء تشغيلها ، تتراكم الشحنات الكهربائية عند القطبين ، في جرار ليدن ، ويمكن أن يصل فرق الجهد إلى قيم كبيرة جدًا (تصل إلى عدة مئات الآلاف من الفولتات).

تكمن طبيعة الكهرباء الساكنة في حدوثها عندما يحدث اضطراب في التوازن داخل الجزيء أو داخل الذرة بسبب فقدان أو اكتساب الإلكترونات.

القوة الدافعة الكهربائية الانضغاطية

هذا التنوع القوة الدافعة الكهربائيةيحدث عندما يحدث ضغط أو شد لمواد تسمى الكهروضغطية. تستخدم على نطاق واسع في تصميمات مثل أجهزة الاستشعار الكهرضغطية ومذبذبات الكريستال والهيدروفونات وغيرها.

إن التأثير الكهروضغطي هو الذي يكمن وراء عمل المستشعرات الكهرضغطية. هم أنفسهم ينتمون إلى مجسات ما يسمى بنوع المولد. في نفوسهم ، المدخلات هي القوة المطبقة ، والمخرج هو كمية الكهرباء.

أما بالنسبة للأجهزة مثل hydrophones ، فإن تشغيلها يعتمد على مبدأ ما يسمى بالتأثير الكهروضغطي المباشر ، والذي تمتلكه مواد السيراميك البيزو. يكمن جوهرها في حقيقة أنه إذا تم تطبيق ضغط الصوت على سطح هذه المواد ، فسيظهر فرق جهد على أقطابها. علاوة على ذلك ، يتناسب مع حجم ضغط الصوت.

أحد المجالات الرئيسية لتطبيق المواد الكهرضغطية هو إنتاج مذبذبات الكوارتز ، التي تحتوي على رنانات كوارتز في تصميمها. تم تصميم هذه الأجهزة لتلقي التذبذبات بتردد ثابت تمامًا ، وهي مستقرة في الوقت المناسب ومع تغيرات درجة الحرارة ، ولديها أيضًا مستوى منخفض جدًا من ضوضاء الطور.

القوة الدافعة الكهربائية الحرارية

هذا التنوع القوة الدافعة الكهربائيةيحدث عندما يحدث انبعاث حراري للجسيمات المشحونة من سطح الأقطاب الكهربائية الساخنة. يستخدم الانبعاث الحراري على نطاق واسع في الممارسة العملية ، على سبيل المثال ، يعتمد تشغيل جميع أنابيب الراديو تقريبًا عليه.

القوة الدافعة الكهروحرارية

هذا التنوع EMFيحدث عند أطراف مختلفة من الموصلات غير المتشابهة أو ببساطة في أجزاء مختلفة من الدائرة ، يتم توزيع درجة الحرارة بشكل غير متجانس للغاية.

الكهروحرارية القوة الدافعة الكهربائيةتستخدم في أجهزة مثل البيرومترات والمزدوجات الحرارية وآلات التبريد. تسمى المستشعرات التي يعتمد تشغيلها على هذه الظاهرة الكهروحرارية ، وهي في الواقع مزدوجات حرارية تتكون من أقطاب كهربائية ملحومة معًا ، مصنوعة من معادن مختلفة. عندما يتم تسخين هذه العناصر أو تبريدها ، أ EMF، وهو ما يتناسب مع التغير في درجة الحرارة.

في هذا الدرس ، سوف نلقي نظرة فاحصة على آلية توفير تيار كهربائي طويل المدى. دعونا نقدم مفاهيم "مصدر الطاقة" ، "القوى الخارجية" ، وصف مبدأ عملها ، وكذلك تقديم مفهوم القوة الدافعة الكهربائية.

الموضوع: القوانين الحالية المباشرة
الدرس: القوة الدافعة الكهربائية

في أحد الموضوعات السابقة (شروط وجود التيار الكهربائي) ، أثيرت بالفعل مسألة الحاجة إلى مصدر طاقة لصيانة طويلة الأمد لوجود تيار كهربائي. في حد ذاته ، يمكن بالطبع الحصول على التيار بدون مصادر الطاقة هذه. على سبيل المثال ، تفريغ مكثف أثناء فلاش الكاميرا. لكن مثل هذا التيار سيكون عابرًا جدًا (الشكل 1).

أرز. 1. تيار قصير المدى أثناء التفريغ المتبادل لاثنين من المكشافات الكهربائية ذات الشحنة المعاكسة ()

تسعى قوى كولوم دائمًا إلى الجمع بين الشحنات المعاكسة معًا ، وبالتالي معادلة الإمكانات في جميع أنحاء الدائرة. وكما تعلم ، لوجود مجال وتيار ، فإن فرق الجهد ضروري. لذلك ، من المستحيل الاستغناء عن أي قوى أخرى تفصل بين الشحنات وتحافظ على فرق الجهد.

تعريف.القوى الخارجية - قوى من أصل غير كهربائي ، تهدف إلى تكاثر الشحنات.

يمكن أن تكون هذه القوى ذات طبيعة مختلفة حسب نوع المصدر. في البطاريات تكون من أصل كيميائي ، في المولدات الكهربائية تكون ذات أصل مغناطيسي. هم الذين يضمنون وجود التيار ، لأن عمل القوى الكهربائية في دائرة مغلقة يساوي دائمًا صفرًا.

المهمة الثانية لمصادر الطاقة ، بالإضافة إلى الحفاظ على فرق الجهد ، هي تجديد الطاقة المفقودة في تصادم الإلكترونات مع الجسيمات الأخرى ، ونتيجة لذلك تفقد الأولى الطاقة الحركية ، وتزداد الطاقة الداخلية للموصل.

تعمل قوى الطرف الثالث داخل المصدر ضد القوى الكهربائية ، وتنشر الشحنات في اتجاهات معاكسة لمسارها الطبيعي (أثناء تحركها في دائرة خارجية) (الشكل 2).

أرز. 2. مخطط عمل قوات الطرف الثالث

يمكن اعتبار التناظرية لعمل مصدر الطاقة مضخة مياه ، والتي تسمح للماء بعكس مساره الطبيعي (من الأسفل إلى الأعلى ، إلى الشقق). على العكس من ذلك ، ينزل الماء بشكل طبيعي تحت تأثير الجاذبية ، ولكن من أجل التشغيل المستمر لإمدادات المياه للشقة ، فإن التشغيل المستمر للمضخة ضروري.

تعريف.القوة الدافعة الكهربائية - نسبة عمل القوى الخارجية لتحريك الشحنة إلى حجم هذه الشحنة. تعيين - :

وحدة قياس:

إدراج. دائرة EMF مفتوحة ومغلقة

ضع في اعتبارك الدائرة التالية (الشكل 3):

أرز. 3.

باستخدام مفتاح مفتوح ومقياس الفولتميتر المثالي (المقاومة عالية بشكل لا نهائي) ، لن يكون هناك تيار في الدائرة ، وسيتم تنفيذ العمل فقط على فصل الشحنات داخل الخلية الجلفانية. في هذه الحالة ، سيُظهر الفولتميتر قيمة EMF.

عندما يكون المفتاح مغلقًا ، سيتدفق التيار عبر الدائرة ، ولن يُظهر الفولتميتر قيمة EMF بعد الآن ، وسيُظهر قيمة الجهد ، كما هو الحال في نهايات المقاوم. مع حلقة مغلقة:

هنا: - الجهد على الدائرة الخارجية (عند الحمل وأسلاك الإمداد) ؛ - الجهد داخل الخلية الجلفانية.

في الدرس التالي ، سوف ندرس قانون أوم لدائرة كاملة.

فهرس

1. تيخوميروفا إس إيه ، يافورسكي بي إم. الفيزياء (المستوى الأساسي) - M: Mnemozina، 2012.
2. جيندينشتاين إل إي ، ديك يو. الصف العاشر في الفيزياء. - م: إليكسا ، 2005.
3. مياكيشيف ج يا ، سينياكوف أ.ز. ، سلوبودسكوف ب. الفيزياء. الديناميكا الكهربائية. - م: 2010.

1. ens.tpu.ru ().
2. physbook.ru ().
3. electodynamics.narod.ru ().

الواجب المنزلي

1. ما هي القوى الخارجية ، ما هي طبيعتها؟
2. كيف يرتبط الجهد عند الأقطاب المفتوحة لمصدر حالي بـ EMF الخاص به؟
3. كيف يتم تحويل الطاقة ونقلها في دائرة مغلقة؟
4. * بطارية مصباح يدوي EMF - 4.5 فولت. هل تحترق لمبة 4.5 فولت بالحرارة الكاملة من هذه البطارية؟ لماذا ا؟