این که emf در چه واحدهایی اندازه گیری می شود. EMF. قانون اهم برای یک مدار کامل منبع EMF واقعی

چی EMF(نیروی حرکت الکتریکی) در فیزیک؟ جریان الکتریکی برای همه قابل درک نیست. مانند فاصله فضایی، فقط در زیر بینی. به طور کلی، دانشمندان نیز به طور کامل آن را درک نمی کنند. برای به یاد آوردن کافی است نیکولا تسلابا آزمایش های معروف خود، قرن ها جلوتر از زمان خود و حتی امروز در هاله ای از رمز و راز باقی مانده است. امروز ما در حال حل معماهای بزرگ نیستیم، اما سعی می کنیم کشف کنیم emf در فیزیک چیست.

تعریف EMF در فیزیک

EMFنیروی محرکه الکتریکی است. با حرف مشخص می شود E یا حرف کوچک یونانی اپسیلون.

نیروی محرکه برقی- کمیت فیزیکی اسکالر مشخص کننده کار نیروهای خارجی ( نیروهای با منشا غیر الکتریکی) کار در مدارهای الکتریکی جریان متناوب و مستقیم.

EMF، پسندیدن ولتاژ e با ولت اندازه گیری می شود. با این حال، EMF و ولتاژ پدیده های متفاوتی هستند.

ولتاژ(بین نقاط A و B) - یک کمیت فیزیکی برابر با کار میدان الکتریکی موثر که هنگام انتقال بار آزمایشی واحد از یک نقطه به نقطه دیگر انجام می شود.

ما ماهیت EMF را "روی انگشتان" توضیح می دهیم

برای درک چیستی چیست، می‌توانیم مثالی قیاسی ارائه کنیم. تصور کنید که یک برج آب داریم که کاملاً از آب پر شده است. این برج را با باتری مقایسه کنید.

هنگامی که برج پر است، آب حداکثر فشار را به پایین برج وارد می کند. بر این اساس، هر چه آب در برج کمتر باشد، فشار و فشار آبی که از شیر سرازیر می شود ضعیف تر می شود. اگر شیر آب را باز کنید، ابتدا آب به تدریج تحت فشار شدید و سپس به آرامی بیشتر می شود تا زمانی که فشار کاملاً ضعیف شود. در اینجا تنش فشاری است که آب به کف وارد می کند. برای سطح ولتاژ صفر، انتهای برج را می گیریم.

در مورد باتری هم همینطوره ابتدا منبع فعلی (باتری) خود را در مدار قرار می دهیم و آن را می بندیم. بگذارید ساعت یا چراغ قوه باشد. در حالی که سطح ولتاژ کافی است و باتری خالی نمی شود، چراغ قوه به شدت می درخشد، سپس به تدریج خاموش می شود تا کاملا خاموش شود.

اما چگونه می توان مطمئن شد که فشار تمام نمی شود؟ به عبارت دیگر، چگونگی حفظ سطح آب ثابت در برج، و اختلاف پتانسیل ثابت در قطب های منبع جریان. به دنبال نمونه برج، EMF به عنوان یک پمپ ارائه می شود که هجوم آب جدید به برج را تضمین می کند.

ماهیت emf

علت بروز EMF در منابع مختلف جریان متفاوت است. با توجه به ماهیت وقوع، انواع زیر متمایز می شوند:

• EMF شیمیاییدر باتری ها و آکومولاتورها به دلیل واکنش های شیمیایی رخ می دهد.
• ترمو EMF.هنگامی رخ می دهد که تماس های هادی های غیر مشابه در دماهای مختلف به هم وصل شوند.
• EMF القاییهنگامی که هادی دوار در میدان مغناطیسی قرار می گیرد در ژنراتور رخ می دهد. هنگامی که هادی از خطوط نیروی میدان مغناطیسی ثابت عبور می کند یا زمانی که میدان مغناطیسی در بزرگی تغییر می کند، EMF در یک هادی القا می شود.
• EMF فوتوالکتریکوقوع این EMF با پدیده یک اثر فوتوالکتریک خارجی یا داخلی تسهیل می شود.
• EMF پیزوالکتریک EMF زمانی رخ می دهد که یک ماده کشیده یا فشرده شود.

دوستان عزیز امروز مبحث “EMF for Dummies” را در نظر گرفته ایم. همانطور که می بینید، EMF نیروی منشا غیر الکتریکی، که جریان الکتریکی را در مدار حفظ می کند. اگر می خواهید بدانید که چگونه مشکلات EMF حل می شود، به شما توصیه می کنیم که تماس بگیرید نویسندگان ما- متخصصان با دقت انتخاب شده و اثبات شده ای که به سرعت و به وضوح روند حل هر مشکل موضوعی را توضیح می دهند. و طبق سنت، در پایان شما را به تماشای فیلم آموزشی دعوت می کنیم. تماشای شما مبارک و موفق باشید در تحصیل!

EMF به عنوان کار ویژه نیروهای خارجی برای حرکت یک بار واحد در مدار یک مدار الکتریکی درک می شود. این مفهوم در الکتریسیته شامل بسیاری از تفاسیر فیزیکی مرتبط با حوزه های مختلف دانش فنی است. در مهندسی برق، این کار خاص نیروهای خارجی است که در سیم پیچ های القایی زمانی که میدان متناوب در آنها القا می شود ظاهر می شود. در شیمی به معنای تفاوت پتانسیلی است که در حین الکترولیز و همچنین در واکنش هایی که با جداسازی بارهای الکتریکی همراه است رخ می دهد. برای مثال، در فیزیک، با نیروی محرکه الکتریکی تولید شده در انتهای یک ترموکوپل الکتریکی مطابقت دارد. برای توضیح ماهیت EMF به زبان ساده، باید هر یک از گزینه های تفسیر آن را در نظر بگیرید.

قبل از اینکه به بخش اصلی مقاله بپردازیم، متذکر می شویم که EMF و ولتاژ مفاهیم بسیار مشابهی هستند، اما هنوز تا حدودی متفاوت هستند. به طور خلاصه، EMF بدون بار روی منبع تغذیه قرار دارد و هنگامی که یک بار به آن وصل می شود، این ولتاژ از قبل است. زیرا تعداد ولت های IP تحت بار تقریباً همیشه تا حدودی کمتر از بدون آن است. این به دلیل مقاومت داخلی منابع قدرت مانند ترانسفورماتورها و سلول های گالوانیکی است.

القای الکترومغناطیسی (خود القایی)

بیایید با القای الکترومغناطیسی شروع کنیم. این پدیده قانون را توصیف می کند. معنای فیزیکی این پدیده توانایی یک میدان الکترومغناطیسی برای القای EMF در یک هادی مجاور است. در این حالت یا میدان باید مثلاً در بزرگی و جهت بردارها تغییر کند یا نسبت به هادی حرکت کند یا هادی نسبت به این میدان حرکت کند. در این حالت، اختلاف پتانسیل در انتهای هادی ایجاد می شود.

پدیده دیگری از نظر معنی مشابه وجود دارد - القای متقابل. این در این واقعیت نهفته است که تغییر جهت و قدرت جریان یک سیم پیچ باعث القای EMF در پایانه های یک سیم پیچ نزدیک می شود که به طور گسترده در زمینه های مختلف فناوری از جمله برق و الکترونیک استفاده می شود. زیربنای عملکرد ترانسفورماتورها است، جایی که شار مغناطیسی یک سیم پیچ باعث القای جریان و ولتاژ در سیم پیچ دوم می شود.

در برق، یک اثر فیزیکی به نام EMF در ساخت مبدل های AC ویژه ای استفاده می شود که مقادیر مورد نظر مقادیر موثر (جریان و ولتاژ) را فراهم می کند. به لطف پدیده های القایی و مهندسان، امکان توسعه بسیاری از دستگاه های الکتریکی وجود داشت: از یک معمولی (خفه کننده) تا یک ترانسفورماتور.

مفهوم اندوکتانس متقابل فقط در مورد جریان متناوب اعمال می شود که در طول جریان آن شار مغناطیسی در مدار یا هادی تغییر می کند.

برای یک جریان الکتریکی با جهت دهی ثابت، سایر تظاهرات این نیرو مشخص است، مانند، برای مثال، اختلاف پتانسیل در قطب های یک سلول گالوانیکی که در زیر به آن خواهیم پرداخت.

موتورهای الکتریکی و ژنراتورها

همان اثر الکترومغناطیسی در طراحی مشاهده می شود یا عنصر اصلی آن سیم پیچ های القایی است. کار او در بسیاری از کتاب های درسی مرتبط با موضوع «مهندسی برق» به زبانی قابل دسترس توصیف شده است. برای درک ماهیت فرآیندهای در حال انجام، کافی است یادآوری کنیم که EMF القایی زمانی القا می شود که هادی در داخل میدان دیگری حرکت می کند.

طبق قانون القای الکترومغناطیسی که در بالا ذکر شد، یک EMF شمارنده در سیم پیچ آرمیچر موتور در حین کار القا می شود که اغلب به آن "EMF پشتی" می گویند، زیرا در هنگام کار موتور به سمت ولتاژ اعمال شده هدایت می شود. این همچنین افزایش شدید جریان مصرف شده توسط موتور هنگام افزایش بار یا گیرکردن شفت و همچنین جریان های راه اندازی را توضیح می دهد. برای یک موتور الکتریکی، تمام شرایط برای ظهور اختلاف پتانسیل واضح است - تغییر اجباری در میدان مغناطیسی سیم پیچ های آن منجر به ظهور گشتاور در محور روتور می شود.

متأسفانه ، در این مقاله ما به این موضوع نمی پردازیم - اگر مورد علاقه شما است در نظرات بنویسید و ما در مورد آن به شما خواهیم گفت.

در یک دستگاه الکتریکی دیگر - یک ژنراتور، همه چیز دقیقاً یکسان است، اما فرآیندهای رخ داده در آن جهت مخالف است. جریان الکتریکی از سیم پیچ های روتور عبور می کند، میدان مغناطیسی در اطراف آنها ایجاد می شود (می توان از آهنرباهای دائمی استفاده کرد). هنگامی که روتور می چرخد، میدان به نوبه خود یک EMF را در سیم پیچ های استاتور القا می کند - که جریان بار از آن حذف می شود.

چند نظریه دیگر

هنگام طراحی چنین مدارهایی، توزیع جریان و افت ولتاژ روی عناصر جداگانه در نظر گرفته می شود. برای محاسبه توزیع اولین پارامتر، از معلومات فیزیک استفاده می شود - مجموع افت ولتاژ (با در نظر گرفتن علامت) در تمام شاخه های یک مدار بسته برابر است با مجموع جبری EMF شاخه های این مدار. ) و برای تعیین مقادیر آنها از یک بخش از مدار یا قانون اهم برای یک مدار کامل استفاده می کنند، فرمولی که در زیر آمده است:

I=E/(R+r)،

جایی کهE - EMF،R مقاومت بار است،r مقاومت منبع تغذیه است.

مقاومت داخلی منبع تغذیه، مقاومت سیم‌پیچ‌های ژنراتورها و ترانسفورماتورها است که به سطح مقطع سیمی که با آن سیم پیچی شده و طول آن و همچنین مقاومت داخلی سلول‌های گالوانیکی بستگی دارد. وضعیت آند، کاتد و الکترولیت.

هنگام انجام محاسبات، مقاومت داخلی منبع تغذیه، که به عنوان اتصال موازی به مدار در نظر گرفته می شود، لزوماً در نظر گرفته می شود. در یک رویکرد دقیق تر، با در نظر گرفتن مقادیر زیاد جریان های عملیاتی، مقاومت هر هادی اتصال در نظر گرفته می شود.

EMF در زندگی روزمره و واحدهای اندازه گیری

نمونه های دیگری در زندگی عملی هر فرد عادی یافت می شود. این دسته شامل چیزهای آشنا مانند باتری های کوچک و همچنین سایر باتری های مینیاتوری می شود. در این حالت، EMF کار به دلیل فرآیندهای شیمیایی که در منابع ولتاژ DC رخ می دهد تشکیل می شود.

هنگامی که در پایانه های (قطب) باتری به دلیل تغییرات داخلی رخ می دهد، المنت کاملاً آماده کار است. با گذشت زمان، مقدار EMF تا حدودی کاهش می یابد و مقاومت داخلی به طور قابل توجهی افزایش می یابد.

در نتیجه، اگر ولتاژ باتری AA را که به هیچ چیز متصل نیست اندازه گیری کنید، 1.5 ولت (یا بیشتر) برای آن عادی می بینید، اما وقتی باری به باتری وصل می شود، فرض کنید آن را در دستگاهی نصب کرده اید. - این کار نمی کند.

چرا؟ زیرا اگر فرض کنیم که مقاومت داخلی ولت متر چندین برابر مقاومت داخلی باتری باشد، شما EMF آن را اندازه گیری کرده اید. هنگامی که باتری شروع به پخش جریان در بار کرد، پایانه های آن نه 1.5 ولت، بلکه مثلاً 1.2 ولت شد - دستگاه ولتاژ یا جریان کافی برای عملکرد عادی ندارد. فقط این 0.3 ولت روی مقاومت داخلی سلول گالوانیکی افتاد. اگر باتری بسیار قدیمی است و الکترودهای آن از بین رفته است، ممکن است هیچ نیروی الکتروموتور یا ولتاژی در پایانه های باتری وجود نداشته باشد - یعنی. صفر

این مثال به وضوح تفاوت بین EMF و ولتاژ را نشان می دهد. نویسنده در پایان ویدیو نیز همین را می گوید که در ادامه می توانید مشاهده کنید.

در ویدیوی زیر می توانید در مورد چگونگی ایجاد EMF سلول گالوانیکی و نحوه اندازه گیری آن بیشتر بدانید:

نیروی الکتروموتور بسیار کمی نیز در آنتن گیرنده القا می شود که سپس توسط آبشارهای ویژه تقویت می شود و ما سیگنال تلویزیون، رادیو و حتی وای فای خود را دریافت می کنیم.

نتیجه

بیایید خلاصه کنیم و یک بار دیگر به طور خلاصه یادآوری کنیم که EMF چیست و این مقدار در چه واحدهای SI بیان می شود.

1. EMF کار نیروهای خارجی (شیمیایی یا فیزیکی) با منشا غیر الکتریکی را در یک مدار الکتریکی مشخص می کند. این نیرو کار انتقال بارهای الکتریکی به آن را انجام می دهد.
2. EMF مانند ولتاژ با ولت اندازه گیری می شود.
3. تفاوت بین EMF و ولتاژ در این است که اولی بدون بار و دومی با بار اندازه گیری می شود، در حالی که مقاومت داخلی منبع تغذیه را در نظر می گیرد و بر آن تأثیر می گذارد.

و در نهایت، برای ادغام مطالب تحت پوشش، به شما توصیه می کنم یک ویدیوی خوب دیگر را در مورد این موضوع تماشا کنید:

مواد

این نشریه اصطلاحات، قوانین و روش های اساسی برای محاسبه EMF القای مغناطیسی را مورد بحث قرار می دهد. با استفاده از مواد زیر، می توانید به طور مستقل قدرت جریان در مدارهای متصل به هم، تغییر ولتاژ در ترانسفورماتورهای معمولی را تعیین کنید. این اطلاعات برای حل مسائل مختلف الکتریکی مفید خواهد بود.

شار مغناطیسی

مشخص است که عبور جریان از یک هادی با تشکیل میدان الکترومغناطیسی همراه است. عملکرد بلندگوها، دستگاه های قفل، درایوهای رله و سایر دستگاه ها بر این اصل استوار است. با تغییر پارامترهای منبع تغذیه، نیروی لازم برای جابجایی (نگه داشتن) قطعات ترکیبی با خواص فرومغناطیسی به دست می آید.

با این حال، برعکس آن نیز صادق است. اگر یک قاب از مواد رسانا بین قطب های یک آهنربای دائمی در امتداد مدار بسته مربوطه حرکت کند، حرکت ذرات باردار آغاز می شود. با اتصال دستگاه های مناسب می توانید تغییر جریان (ولتاژ) را ثبت کنید. در طول یک آزمایش ابتدایی، می توان افزایش اثر را در شرایط زیر دریافت:

• آرایش عمودی هادی/خطوط برق؛
• شتاب حرکت

تصویر بالا نحوه تعیین جهت جریان در هادی را با استفاده از یک قانون ساده نشان می دهد.

emf القایی چیست

حرکت بارهای ذکر شده در بالا باعث ایجاد اختلاف پتانسیل در صورت باز بودن مدار می شود. فرمول ارائه شده دقیقاً نشان می دهد که چگونه EMF به پارامترهای اصلی بستگی دارد:

• بیان برداری شار مغناطیسی (B)؛
• طول (l) و سرعت (v) هادی کنترل.
• زاویه (α) بین بردارهای حرکت/القاء.

اگر سیستم از یک مدار رسانای ثابت تشکیل شده باشد که تحت تأثیر یک میدان مغناطیسی متحرک قرار می گیرد، می توان نتیجه مشابهی به دست آورد. با بستن مدار شرایط مناسبی برای حرکت بارها ایجاد کنید. اگر از هادی ها (سیم پیچ) زیاد استفاده کنید یا سریعتر حرکت کنید، جریان افزایش می یابد. اصول ارائه شده با موفقیت برای تبدیل نیروهای مکانیکی به انرژی الکتریکی استفاده می شود.

تعیین و واحدهای اندازه گیری

EMF در فرمول ها با بردار E نشان داده می شود. کششی که توسط نیروهای خارجی ایجاد می شود ضمنی است. بر این اساس، این مقدار را می توان از اختلاف پتانسیل تخمین زد. بر اساس استانداردهای بین المللی فعلی (SI) واحد اندازه گیری یک ولت است. مقادیر بزرگ و کوچک با استفاده از پیشوندهای متعدد نشان داده می شوند: "میکرو"، "کیلو" و غیره.

قوانین فارادی و لنز

اگر القای الکترومغناطیسی در نظر گرفته شود، فرمول های این دانشمندان به روشن شدن تأثیر متقابل پارامترهای مهم سیستم کمک می کند. تعریف فارادی امکان اصلاح وابستگی EMF را فراهم می کند.E- مقدار متوسط) از تغییرات در شار مغناطیسی (Δاف) و زمان (Δتی):

E = – ∆F/ ∆t.

نتیجه گیری میانی:

• اگر هادی از تعداد بیشتری از خطوط مغناطیسی نیرو در واحد زمان عبور کند، جریان افزایش می یابد.
• "-" در فرمول به در نظر گرفتن رابطه متقابل بین قطب E، سرعت قاب، جهت بردار القایی کمک می کند.

لنز وابستگی EMF به هرگونه تغییر در شار مغناطیسی را اثبات کرد. هنگامی که مدار سیم پیچ بسته می شود، شرایط برای حرکت بارها ایجاد می شود. در این تجسم، طرح به یک شیر برقی معمولی تبدیل می شود. یک میدان الکترومغناطیسی مربوطه در کنار آن تشکیل می شود.

این دانشمند یک ویژگی مهم EMF القایی را اثبات کرد. میدان تشکیل شده توسط سیم پیچ از تغییر جریان خارجی جلوگیری می کند.

حرکت یک سیم در میدان مغناطیسی

همانطور که در فرمول اول نشان داده شده است (E = B * l * v * sinα)، دامنه نیروی الکتروموتور تا حد زیادی به پارامترهای هادی بستگی دارد. به طور دقیق تر، تعداد خطوط میدان در واحد طول سطح کار مدار تأثیر دارد. با در نظر گرفتن تغییر در سرعت حرکت می توان نتیجه مشابهی گرفت. نباید موقعیت نسبی مقادیر بردار مشخص شده (sinα) را فراموش کرد.

مهم!حرکت هادی در امتداد خطوط نیرو باعث القای نیروی الکتروموتور نمی شود.

سیم پیچ دوار

هنگام استفاده از سیم مستقیم نشان داده شده در مثال، اطمینان از چیدمان بهینه اجزای کاربردی در حین حرکت دشوار است. با این حال، با خم کردن قاب، می توانید ساده ترین مولد برق را دریافت کنید. حداکثر اثر با افزایش تعداد هادی ها در واحد حجم کار ایجاد می شود. طراحی مربوط به پارامترهای ذکر شده یک سیم پیچ است، یک عنصر معمولی از یک ژنراتور جریان متناوب مدرن.

برای تخمین شار مغناطیسی (اف) می توانید فرمول را اعمال کنید:

F = B * S * cosα،

که در آن S مساحت سطح کار در نظر گرفته شده است.

توضیح.با چرخش یکنواخت روتور، یک تغییر سینوسی سینوسی مربوطه در شار مغناطیسی رخ می دهد. دامنه سیگنال خروجی به روشی مشابه تغییر می کند. از شکل مشخص است که اندازه شکاف بین اجزای اصلی عملکردی سازه از اهمیت خاصی برخوردار است.

خود القای EMF

اگر یک جریان متناوب از سیم پیچ عبور داده شود، یک میدان الکترومغناطیسی با مشخصات قدرت مشابه (به طور یکنواخت در حال تغییر) در نزدیکی آن تشکیل می شود. این یک شار مغناطیسی سینوسی متغیر ایجاد می کند که به نوبه خود حرکت بارها و تشکیل نیروی الکتروموتور را تحریک می کند. به این فرآیند خود القایی می گویند.

با توجه به اصول اساسی در نظر گرفته شده، تعیین اینکه F = L * l آسان است. مقدار L (در henry) مشخصه های القایی سیم پیچ را تعیین می کند. این پارامتر به تعداد چرخش در واحد طول (l) و سطح مقطع هادی بستگی دارد.

القای متقابل

اگر یک ماژول از دو سیم پیچ را مونتاژ کنید، تحت شرایط خاص، می توانید پدیده القای متقابل را مشاهده کنید. یک اندازه گیری اولیه نشان می دهد که با افزایش فاصله بین عناصر، شار مغناطیسی کاهش می یابد. پدیده معکوس با کاهش شکاف مشاهده می شود.

برای پیدا کردن اجزای مناسب هنگام ایجاد مدارهای الکتریکی، باید محاسبات موضوعی را مطالعه کنید:

• می توانید به عنوان مثال سیم پیچ هایی با تعداد چرخش های مختلف (n1 و n2) بگیرید.
• القای متقابل (م2) هنگام عبور از اولین مدار جریانمن1 به صورت زیر محاسبه می شود:

M2 = (n2 * F)/I1

• پس از تبدیل این عبارت، مقدار شار مغناطیسی تعیین می شود:

F = (M2/n2) *I1

• برای محاسبه emf القای الکترومغناطیسی، فرمول از شرح اصول اساسی مناسب است:

E2 = - n2 * ΔF/ Δt = M 2 * ΔI1/ Δt

در صورت لزوم، می توانید نسبت سیم پیچ اول را با استفاده از یک الگوریتم مشابه پیدا کنید:

E1 = - n1 * ΔF/ Δt = M 1 * ΔI2/ Δt.

لازم به ذکر است که در این حالت نیروی (I2) در مدار کار دوم اهمیت دارد.

تأثیر مشترک (القاء متقابل - M) با فرمول محاسبه می شود:

M = K * √(L1 * l2).

یک ضریب ویژه (K) قدرت واقعی اتصال بین سیم پیچ ها را در نظر می گیرد.

انواع مختلف EMF در کجا استفاده می شود؟

حرکت یک هادی در میدان مغناطیسی برای تولید الکتریسیته استفاده می شود. چرخش روتور توسط تفاوت در سطوح مایع (HPP)، انرژی باد، جزر و مد، موتورهای سوخت تامین می شود.

تعداد دورهای مختلف (القایی متقابل) برای تغییر ولتاژ در سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور در صورت نیاز استفاده می شود. در چنین طرح هایی، جفت متقابل با استفاده از یک هسته فرومغناطیسی افزایش می یابد. از القای مغناطیسی برای ایجاد نیروی دافعه قدرتمند در ایجاد بزرگراه های فوق مدرن استفاده می شود. شناور ایجاد شده امکان حذف نیروی اصطکاک، افزایش قابل توجه سرعت قطار را فراهم می کند.

ویدئو

در فیزیک، مفهوم نیروی محرکه برقی(به اختصار - EMF) به عنوان مشخصه اصلی انرژی منابع جاری استفاده می شود.

نیروی محرکه الکتریکی (EMF)

نیروی محرکه برقی (EMF) - توانایی منبع انرژی برای ایجاد و حفظ اختلاف پتانسیل روی گیره ها.

EMF- بر حسب ولت اندازه گیری می شود

ولتاژ در پایانه های منبع همیشه کمتر است EMFبا افت ولتاژ

نیروی محرکه برقی

U RH = E – U R0

U RH ولتاژ در پایانه های منبع است. با مدار خارجی بسته اندازه گیری می شود.

E - EMF - اندازه گیری شده در کارخانه.

نیروی محرکه برقی (EMF) یک کمیت فیزیکی است که برابر است با ضریب تقسیم کاری که هنگام حرکت بار الکتریکی توسط نیروهای خارجی در مدار بسته به خود این بار انجام می شود.

لازم به ذکر است که نیروی محرکه برقیدر منبع جریان نیز در غیاب خود جریان رخ می دهد، یعنی زمانی که مدار باز است. این وضعیت معمولاً "بیکار" و خود ارزش نامیده می شود EMFزمانی که برابر است با اختلاف پتانسیل هایی که در پایانه های منبع جریان موجود است.

نیروی الکتروموتور شیمیایی

شیمیایی نیروی محرکه برقیدر باتری ها وجود دارد، باتری های گالوانیکی در جریان فرآیندهای خوردگی. بسته به اصلی که عملکرد یک منبع انرژی خاص بر اساس آن ساخته شده است، آنها را باتری یا سلول های گالوانیکی می نامند.

یکی از اصلی ترین ویژگی های متمایز سلول های گالوانیکی این است که این منابع جریان، به اصطلاح، یکبار مصرف هستند. در طول عملکرد آنها، آن دسته از مواد فعال که به دلیل آن انرژی الکتریکی آزاد می شود، در نتیجه واکنش های شیمیایی تقریباً به طور کامل تجزیه می شوند. به همین دلیل است که اگر سلول گالوانیکی کاملاً تخلیه شود، دیگر امکان استفاده از آن به عنوان منبع جریان وجود ندارد.

برخلاف سلول های گالوانیکی، باتری ها قابل استفاده مجدد هستند. این امکان پذیر است زیرا واکنش های شیمیایی که در آنها انجام می شود برگشت پذیر است.

نیروی الکترومغناطیسی الکترومغناطیسی

الکترومغناطیسی EMFدر حین کار دستگاه هایی مانند دینام، موتورهای الکتریکی، چوک، ترانسفورماتور و غیره رخ می دهد.

ماهیت آن به شرح زیر است: هنگامی که هادی ها در یک میدان مغناطیسی قرار می گیرند و در آن به گونه ای حرکت می کنند که خطوط مغناطیسی نیرو قطع می شوند، هدایت اتفاق می افتد. EMF. اگر مدار بسته باشد، جریان الکتریکی در آن رخ می دهد.

در فیزیک، پدیده ای که در بالا توضیح داده شد، القای الکترومغناطیسی نامیده می شود. نیروی محرکه برقی، که در این حالت القاء می شود نامیده می شود EMFالقاء

لازم به ذکر است که با اشاره EMFالقاء نه تنها در مواردی رخ می دهد که هادی در یک میدان مغناطیسی حرکت می کند، بلکه هنگامی که ثابت می ماند، اما در عین حال مقدار خود میدان مغناطیسی تغییر می کند.

نیروی الکتروموتور فوتوالکتریک

این تنوع نیروی محرکه برقیزمانی اتفاق می افتد که یک اثر فوتوالکتریک خارجی یا داخلی وجود داشته باشد.

در فیزیک، اثر فوتوالکتریک (اثر فوتوالکتریک) به آن دسته از پدیده‌ها گفته می‌شود که با اثر نور بر ماده‌ای اتفاق می‌افتد و در عین حال الکترون‌ها در آن گسیل می‌شوند. این اثر فوتوالکتریک خارجی نامیده می شود. اما اگر ظاهر شود نیروی محرکه برقییا هدایت الکتریکی یک ماده تغییر می کند، سپس آنها از یک اثر فوتوالکتریک داخلی صحبت می کنند.

در حال حاضر، هر دو اثر فوتوالکتریک خارجی و داخلی به طور گسترده ای برای طراحی و ساخت تعداد زیادی از گیرنده های تابش نور که سیگنال های نور را به سیگنال های الکتریکی تبدیل می کنند، استفاده می شود. همه این دستگاه ها فتوسل نامیده می شوند و هم در فناوری و هم در تحقیقات علمی مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. به طور خاص، از فتوسل ها برای انجام دقیق ترین اندازه گیری های نوری استفاده می شود.

نیروی محرکه الکترواستاتیک

در مورد این نوع نیروی محرکه برقی، به عنوان مثال، در هنگام اصطکاک مکانیکی که در واحدهای الکتروفور (نمایش آزمایشگاهی خاص و دستگاه های کمکی) رخ می دهد، در ابرهای رعد و برق نیز رخ می دهد.

ژنراتورهای Wimshurst (این نام دیگری برای ماشین های الکتروفور است) از پدیده ای به عنوان القای الکترواستاتیک برای عملکرد خود استفاده می کنند. در طول کار آنها، بارهای الکتریکی در قطب ها، در شیشه های لیدن جمع می شوند و اختلاف پتانسیل می تواند به مقادیر بسیار قابل توجهی (تا چند صد هزار ولت) برسد.

ماهیت الکتریسیته ساکن این است که زمانی اتفاق می افتد که به دلیل از دست دادن یا کسب الکترون ها، تعادل درون مولکولی یا درون اتمی به هم بخورد.

نیروی الکتروموتور پیزوالکتریک

این تنوع نیروی محرکه برقیزمانی اتفاق می‌افتد که فشار یا کشش موادی به نام پیزوالکتریک اتفاق می‌افتد. آنها به طور گسترده در طرح هایی مانند سنسورهای پیزوالکتریک، نوسانگرهای کریستالی، هیدروفون ها و برخی دیگر استفاده می شوند.

این اثر پیزوالکتریک است که زیربنای عملکرد سنسورهای پیزوالکتریک است. آنها خود متعلق به سنسورهایی از نوع به اصطلاح ژنراتور هستند. در آنها ورودی نیروی اعمالی و خروجی مقدار برق است.

در مورد دستگاه هایی مانند هیدروفون، عملکرد آنها بر اساس اصل به اصطلاح اثر پیزوالکتریک مستقیم است که مواد پیزوسرامیک دارند. ماهیت آن در این واقعیت نهفته است که اگر فشار صوتی به سطح این مواد اعمال شود، اختلاف پتانسیل روی الکترودهای آنها ظاهر می شود. علاوه بر این، با بزرگی فشار صوت متناسب است.

یکی از زمینه های اصلی کاربرد مواد پیزوالکتریک، تولید نوسانگرهای کوارتز است که در طراحی خود دارای تشدید کننده های کوارتز هستند. چنین دستگاه هایی برای دریافت نوسانات با فرکانس کاملاً ثابت طراحی شده اند که هم در زمان و هم با تغییرات دما پایدار هستند و همچنین سطح نویز فاز بسیار پایینی دارند.

نیروی الکتروموتور ترمیونیک

این تنوع نیروی محرکه برقیزمانی اتفاق می افتد که انتشار حرارتی ذرات باردار از سطح الکترودهای گرم شده رخ می دهد. انتشار ترمیونیک در عمل به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد، به عنوان مثال، عملکرد تقریباً تمام لوله های رادیویی بر اساس آن است.

نیروی الکتروموتور ترموالکتریک

این تنوع EMFزمانی اتفاق می‌افتد که دما در انتهای مختلف رساناهای غیرمشابه یا به سادگی در بخش‌های مختلف مدار به طور بسیار نابرابر توزیع شود.

ترموالکتریک نیروی محرکه برقیدر دستگاه هایی مانند پیرومتر، ترموکوپل و ماشین های تبرید استفاده می شود. حسگرهایی که بر اساس این پدیده کار می کنند، ترموالکتریک نامیده می شوند و در واقع ترموکوپل هایی هستند که از الکترودهای لحیم شده به هم و از فلزات مختلف ساخته شده اند. هنگامی که این عناصر یا گرم یا سرد می شوند، الف EMF، که متناسب با تغییر دما است.

در این درس نگاه دقیق تری به مکانیسم ایجاد جریان الکتریکی طولانی مدت خواهیم داشت. مفاهیم "منبع قدرت"، "نیروهای خارجی" را معرفی می کنیم، اصل عملکرد آنها را شرح می دهیم و همچنین مفهوم نیروی الکتروموتور را معرفی می کنیم.

موضوع: قوانین جریان مستقیم
درس: نیروی محرکه الکتریکی

در یکی از مباحث قبلی (شرایط وجود جریان الکتریکی) قبلاً این سؤال در مورد نیاز به منبع تغذیه برای حفظ طولانی مدت وجود جریان الکتریکی مطرح شده بود. به خودی خود، جریان، البته، می تواند بدون چنین منابع انرژی به دست آید. به عنوان مثال، تخلیه یک خازن در هنگام فلاش دوربین. اما چنین جریانی بسیار گذرا خواهد بود (شکل 1).

برنج. 1. جریان کوتاه مدت در هنگام تخلیه متقابل دو الکتروسکوپ با بار مخالف ()

نیروهای کولن همیشه تلاش می کنند تا بارهای مخالف را به هم نزدیک کنند و در نتیجه پتانسیل ها را در سراسر مدار برابر کنند. و همانطور که می دانید برای وجود میدان و جریان، اختلاف پتانسیل لازم است. بنابراین، بدون هیچ نیروی دیگری که بارها را جدا می کند و اختلاف پتانسیل را حفظ می کند، غیرممکن است.

تعریف.نیروهای خارجی - نیروهای با منشاء غیر الکتریکی، با هدف افزایش بار.

این نیروها بسته به نوع منبع می توانند ماهیت متفاوتی داشته باشند. در باتری ها منشا شیمیایی دارند، در ژنراتورهای الکتریکی منشاء مغناطیسی دارند. این آنها هستند که وجود جریان را تضمین می کنند ، زیرا کار نیروهای الکتریکی در یک مدار بسته همیشه برابر با صفر است.

وظیفه دوم منابع انرژی، علاوه بر حفظ اختلاف پتانسیل، پر کردن تلفات انرژی در برخورد الکترون ها با ذرات دیگر است که در نتیجه اولی انرژی جنبشی را از دست می دهد و انرژی داخلی هادی افزایش می یابد.

نیروهای شخص ثالث در داخل منبع در برابر نیروهای الکتریکی کار می کنند و بارها را در جهت های مخالف مسیر طبیعی خود پخش می کنند (همانطور که در یک مدار خارجی حرکت می کنند) (شکل 2).

برنج. 2. طرح عمل نیروهای شخص ثالث

یک آنالوگ عملکرد منبع تغذیه را می توان پمپ آب در نظر گرفت که آب را در برابر مسیر طبیعی خود (از پایین به بالا، به آپارتمان ها) می گذارد. بالعکس، آب به طور طبیعی تحت اثر گرانش پایین می آید، اما برای کار مداوم آبرسانی آپارتمان، کار مداوم پمپ ضروری است.

تعریف.نیروی الکتروموتور - نسبت کار نیروهای خارجی برای حرکت بار به بزرگی این بار. تعیین - :

واحد اندازه گیری:

درج کنید. مدار باز و بسته EMF

مدار زیر را در نظر بگیرید (شکل 3):

برنج. 3.

با یک کلید باز و یک ولت متر ایده آل (مقاومت بی نهایت زیاد است) جریانی در مدار وجود نخواهد داشت و فقط کار جداسازی بارها در داخل سلول گالوانیکی انجام می شود. در این حالت، ولت متر مقدار EMF را نشان می دهد.

هنگامی که کلید بسته است، جریان از مدار عبور می کند و ولت متر دیگر مقدار EMF را نشان نمی دهد، مقدار ولتاژ را مانند انتهای مقاومت نشان می دهد. با حلقه بسته:

در اینجا: - ولتاژ در مدار خارجی (در بار و سیم های تغذیه). - ولتاژ داخل سلول گالوانیکی.

در درس بعدی قانون اهم را برای یک مدار کامل مطالعه می کنیم.

کتابشناسی - فهرست کتب

1. Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. فیزیک (سطح پایه) - M.: Mnemozina، 2012.
2. Gendenstein L.E., Dick Yu.I. فیزیک پایه 10. - م.: ایلکسا، 2005.
3. Myakishev G.Ya.، Sinyakov A.Z.، Slobodskov B.A. فیزیک. الکترودینامیک. - M.: 2010.

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

مشق شب

1. نیروهای بیرونی چیست، ماهیت آنها چیست؟
2. ولتاژ در قطب های باز منبع جریان چگونه با EMF آن ارتباط دارد؟
3. چگونه انرژی در مدار بسته تبدیل و منتقل می شود؟
4. * باتری چراغ قوه EMF - 4.5 V. آیا یک لامپ 4.5 V با گرمای کامل این باتری می سوزد؟ چرا؟