Jaký je rozdíl mezi EMF a napětím: jednoduché vysvětlení příkladu

Co je to elektromotorická síla

Tento problém jsme podrobně prozkoumali v samostatném článku:https://csm.electricianexp.com/chto-takoe-eds-obyasnenie-prostymi-slovami.html

EMF se rozumí fyzikální veličina charakterizující činnost jakýchkoli vnějších sil umístěných ve zdrojích energie stejnosměrný nebo střídavý proud. Navíc, pokud existuje uzavřený obvod, pak můžeme říci, že EMF se rovná působení sil při přesunu kladného náboje na záporný bod v uzavřeném obvodu. Nebo jednoduše řečeno, EMF aktuálního zdroje představuje práci potřebnou pro přesun jednotkového náboje mezi póly.

Navíc, pokud má proudový zdroj nekonečnou energii a není zde žádný vnitřní odpor (pozice A na obrázku), lze EMF vypočítat z Ohmův zákon pro řetězovou sekciprotože napětí a elektromotorická síla jsou v tomto případě stejné.

I = U / R,

kde U je napětí a v uvažovaném příkladu je EMF.

Skutečný napájecí zdroj má však konečný vnitřní odpor. Proto nelze takový výpočet použít v praxi. V tomto případě použijte pro určení EMF vzorec pro celý obvod.

I = E / (R + r),

kde E (také označovaný jako „ԑ“) je EMF; R je odpor zátěže, r je vnitřní odpor zdroje energie, I je proud v obvodu.

Tento vzorec však nezohledňuje odpor vodičů obvodu. Je nutné pochopit, že uvnitř zdroje stejnosměrného proudu a ve vnějším obvodu proud protéká různými směry. Rozdíl spočívá v tom, že uvnitř prvku proudí z mínus na plus, pak ve vnějším obvodu z plus do mínus.

To je jasně znázorněno na následujícím obrázku:

V tomto případě je elektromotorická síla měřena voltmetrem, v případě, že není zátěž, tj. Zdroj napájení je ve volnoběhu.

Chcete-li najít EMF prostřednictvím napětí a odporu zátěže, musíte najít vnitřní odpor zdroje energie, pro toto změřit napětí dvakrát při různých zátěžových proudech a poté najít vnitřní odpor. Níže je uveden postup výpočtu podle vzorců, pak R1, R2 jsou zátěžový odpor pro první a druhé měření, respektive zbývající hodnoty jsou podobné, U1, U2 jsou zdrojové napětí na jeho svorkách pod zátěží.

Známe tedy proud, pak se rovná:

I1 = E / (R1 + r)

I2 = E / (R2 + r)

V tomto případě:

R1 = U1 / 11

R2 = U2 / I2

Pokud nahradíme v prvních rovnicích, pak:

I1 = E / ((U1 / I1) + r)

I2 = E / ((U2 / I2) + r)

Nyní rozdělujeme levou a pravou část na sebe:

(I1 / I2) = [E / ((U1 / I1) + r)] / [E / ((U2 / I2) + r)]

Po výpočtu odporu aktuálního zdroje dostaneme:

r = (U1-U2) / (11-I2)

Vnitřní odpor r:

r = (U1 + U2) / I,

kde U1, U2 je napětí na zdrojových svorkách při různých zátěžových proudech, I je proud v obvodu.

Pak EMF je:

E = I * (R + r) nebo E = U1 + I1 * r

Co je napětí

Elektrické napětí (označeno jako U) je fyzikální veličina, která odráží kvantitativní charakteristiku elektrického pole pro přenos náboje z bodu A do bodu B. Podle toho může být napětí mezi dvěma body obvodu, ale na rozdíl od EMF může být mezi dvěma závěry, z nichž jeden z prvků řetězce. Připomeňme, že EMF charakterizuje práci prováděnou vnějšími silami, tj. Práci zdroje proudu nebo EMF pro přenos náboje celým obvodem, a nikoli na konkrétním prvku.

Tato definice může být vyjádřena jednoduchým jazykem. Napětí zdrojů stejnosměrného proudu je síla, která v určitém směru pohybuje volnými elektrony z jednoho atomu na druhý.

Pro střídavý proud se používají následující koncepty:

• okamžité napětí je potenciální rozdíl mezi body v daném časovém období;
• hodnota amplitudy - představuje maximální hodnotu modulo okamžité hodnoty napětí za časové období;
• průměrná hodnota je konstantní složka napětí;
• RMS a RMS.

Napětí obvodu závisí na materiálu vodiče, odporu zátěže a teplotě. Stejně jako elektromotorická síla se měří ve voltech.

Abychom pochopili fyzický význam stresu, je často porovnáváno s vodárenskou věží. Vodní sloupec je označen napětím a tokem proudu.

Současně postupně klesá sloupec vody ve věži, což charakterizuje pokles napětí a pokles proudové síly.

Jaký je tedy rozdíl?

Pro lepší pochopení toho, jaký je rozdíl v elektromotorické síle od napětí, zvažte příklad. Existuje zdroj elektrické energie nekonečné energie, ve kterém není žádný vnitřní odpor. V elektrickém obvodu je namontováno zatížení. V tomto případě je pravdivé tvrzení, že EMF a napětí jsou identicky stejné, to znamená, že mezi těmito pojmy není žádný rozdíl.

Jsou to však ideální podmínky, které se v reálném životě nevyskytují. Tyto podmínky se používají výhradně ve výpočtech. Ve skutečném životě se bere v úvahu vnitřní odpor zdroje energie. V tomto případě se EMF a napětí liší.

Obrázek ukazuje, jaký bude rozdíl v hodnotách elektromotorické síly a napětí v reálných podmínkách. Výše uvedený vzorec pro Ohmův zákon pro celý řetězec popisuje všechny procesy. Při otevřeném obvodu budou svorky baterie 1,5 V. Toto je hodnota EMF. Po připojení zátěže, v tomto případě jde o žárovku, bude mít napětí 1 volt.

Rozdíl od ideálního zdroje je vnitřní odpor zdroje energie. Při tomto odporu dochází k poklesu napětí. Tyto procesy jsou popsány Ohmovým zákonem pro celý řetězec.

Pokud měřicí zařízení na svorkách zdroje energie vykazuje hodnotu 1,5 V, bude to elektromotorická síla, ale opakujeme za podmínek bez zatížení.

Při připojení zátěže budou mít svorky zřetelně nižší hodnotu. To je napětí.

Závěr

Z výše uvedeného můžeme usoudit, že hlavní rozdíl mezi EMF a napětím je:

1. Elektromotorická síla závisí na zdroji energie a napětí závisí na připojené zátěži a proudu protékajícím obvodem.
2. Elektromotorická síla je fyzická veličina, která charakterizuje práci vnějších sil neelektrického původu vyskytujících se v DC a AC obvodech.
3. Napětí a EMF má jednu jednotku měření - Volt.
4. U je fyzikální veličina, která se rovná práci účinného elektrického pole vytvořeného při přenosu zkušebního náboje z bodu A do bodu B.

Krátce, pokud je U reprezentován jako sloupec vody, pak si EMF lze představit, že je to čerpadlo, které udržuje konstantní hladinu vody. Doufáme, že po přečtení článku pochopíte hlavní rozdíl!

Související materiály:

• Jaký je rozdíl mezi transformátorem a autotransformátorem?
• Rozdíl mezi stykačem a spouštěčem
• Jak zjistit, zda je v zásuvce napětí