Was ist der Unterschied zwischen EMF und Spannung: eine einfache Erklärung am Beispiel

Was ist elektromotorische Kraft?

Wir haben dieses Problem in einem separaten Artikel ausführlich untersucht:https://my.electricianexp.com/de/chto-takoe-eds-obyasnenie-prostymi-slovami.html

Unter EMK wird eine physikalische Größe verstanden, die den Betrieb externer Kräfte in Stromquellen kennzeichnet Gleich- oder Wechselstrom. Wenn es einen geschlossenen Stromkreis gibt, können wir darüber hinaus sagen, dass die EMF gleich der Arbeit der Kräfte ist, die eine positive Ladung in einem geschlossenen Kreislauf zu einer negativen bewegen. Oder in einfachen Worten, die EMF einer Stromquelle repräsentiert die Arbeit, die erforderlich ist, um eine Einheitsladung zwischen den Polen zu bewegen.

Wenn die Stromquelle eine unendliche Leistung hat und kein Innenwiderstand vorhanden ist (Position A in der Abbildung), kann die EMF aus berechnet werden Ohmsches Gesetz für den Kettenabschnittweil Spannung und elektromotorische Kraft sind in diesem Fall gleich.

I = U / R,

Dabei ist U die Spannung und im betrachteten Beispiel die EMF.

Ein echtes Netzteil hat jedoch einen endlichen Innenwiderstand. Daher kann eine solche Berechnung in der Praxis nicht angewendet werden. Verwenden Sie in diesem Fall zur Bestimmung der EMF die Formel für die gesamte Schaltung.

I = E / (R + r),

wobei E (auch als "ԑ" bezeichnet) der EMF ist; R ist der Lastwiderstand, r ist der Innenwiderstand der Stromquelle, I ist der Strom in der Schaltung.

Diese Formel berücksichtigt jedoch nicht den Widerstand der Schaltungsleiter. Es ist wichtig zu verstehen, dass der Strom innerhalb der Gleichstromquelle und im externen Stromkreis in verschiedene Richtungen fließt. Der Unterschied liegt in der Tatsache, dass es innerhalb des Elements von Minus nach Plus und dann im externen Stromkreis von Plus nach Minus fließt.

Dies ist in der folgenden Abbildung deutlich dargestellt:

In diesem Fall wird die elektromotorische Kraft mit einem Voltmeter gemessen, wenn keine Last vorhanden ist, d.h. Die Stromquelle ist im Leerlauf.

Um die EMF über die Spannung und den Lastwiderstand zu ermitteln, müssen Sie den Innenwiderstand der Stromquelle ermitteln. Messen Sie dazu die Spannung zweimal bei verschiedenen Lastströmen und ermitteln Sie dann den Innenwiderstand. Nachfolgend ist das Berechnungsverfahren nach Formeln aufgeführt. Dann sind R1, R2 der Lastwiderstand für die erste bzw. die zweite Messung. Die verbleibenden Werte sind ähnlich. U1, U2 sind die Quellenspannung an den Klemmen unter Last.

Wir kennen also den Strom, dann ist er gleich:

I1 = E / (R1 + r)

I2 = E / (R2 + r)

Dabei:

R1 = U1 / I1

R2 = U2 / I2

Wenn wir in den ersten Gleichungen ersetzen, dann:

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

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

Jetzt teilen wir den linken und den rechten Teil ineinander:

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

Nach der Berechnung des Widerstands der Stromquelle erhalten wir:

r = (U1-U2) / (I1-I2)

Innenwiderstand r:

r = (U1 + U2) / I,

wobei U1, U2 die Spannung an den Quellenanschlüssen bei unterschiedlichen Lastströmen ist, ist I der Strom in der Schaltung.

Dann ist der EMF:

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

Was ist Spannung?

Die elektrische Spannung (mit U bezeichnet) ist eine physikalische Größe, die die quantitative Charakteristik des elektrischen Feldes bei der Übertragung der Ladung von Punkt A zu Punkt B widerspiegelt. Dementsprechend kann die Spannung zwischen zwei Punkten der Schaltung liegen, im Gegensatz zur EMF kann sie jedoch zwischen zwei Schlussfolgerungen liegen eines der Elemente der Kette. Denken Sie daran, dass die EMF die Arbeit charakterisiert, die von externen Kräften ausgeführt wird, dh die Arbeit der Stromquelle oder der EMF, um Ladung durch den gesamten Stromkreis und nicht auf ein bestimmtes Element zu übertragen.

Diese Definition kann in einfacher Sprache ausgedrückt werden. Die Spannung von Gleichstromquellen ist die Kraft, die freie Elektronen von einem Atom zum anderen in eine bestimmte Richtung bewegt.

Für Wechselstrom werden folgende Konzepte verwendet:

• Momentanspannung ist die Potentialdifferenz zwischen Punkten in einem bestimmten Zeitraum;
• Amplitudenwert - stellt den Maximalwert modulo des momentanen Spannungswerts über einen Zeitraum dar;
• der Mittelwert ist die konstante Komponente der Spannung;
• RMS und RMS.

Die Spannung des Stromkreises hängt vom Material des Leiters, dem Lastwiderstand und der Temperatur ab. Ebenso wird die elektromotorische Kraft in Volt gemessen.

Um die physikalische Bedeutung von Stress zu verstehen, wird er oft mit einem Wasserturm verglichen. Die Wassersäule wird mit Spannung und der Fluss mit Strom identifiziert.

Gleichzeitig nimmt die Wassersäule im Turm allmählich ab, was eine Abnahme der Spannung und eine Abnahme der Stromstärke kennzeichnet.

Was ist der Unterschied?

Betrachten Sie ein Beispiel, um besser zu verstehen, wie groß der Unterschied zwischen elektromotorischer Kraft und Spannung ist. Es gibt eine elektrische Energiequelle mit unendlicher Kraft, in der es keinen Innenwiderstand gibt. Im Stromkreis ist eine Last montiert. In diesem Fall ist die Aussage wahr, dass EMF und Spannung identisch gleich sind, dh es gibt keinen Unterschied zwischen diesen Konzepten.

Dies sind jedoch ideale Bedingungen, die im wirklichen Leben nicht auftreten. Diese Bedingungen werden ausschließlich in den Berechnungen verwendet. Im wirklichen Leben wird der Innenwiderstand der Stromquelle berücksichtigt. In diesem Fall sind EMF und Spannung unterschiedlich.

Die Abbildung zeigt den Unterschied zwischen den Werten der elektromotorischen Kraft und Spannung unter realen Bedingungen. Die obige Formel für das Ohmsche Gesetz für eine vollständige Kette beschreibt alle Prozesse. Bei einem offenen Stromkreis betragen die Batterieklemmen 1,5 Volt. Dies ist der Wert von EMF. Durch Anschließen der Last, in diesem Fall einer Glühbirne, wird eine Spannung von 1 Volt erzeugt.

Der Unterschied zu einer idealen Quelle ist der Innenwiderstand der Stromquelle. Bei diesem Widerstand tritt ein Spannungsabfall auf. Diese Prozesse werden durch das Ohmsche Gesetz für eine vollständige Kette beschrieben.

Wenn das Messgerät an den Klemmen der Stromquelle einen Wert von 1,5 Volt anzeigt, handelt es sich um eine elektromotorische Kraft, die wir jedoch wiederholen, sofern keine Last vorhanden ist.

Beim Anschließen der Last haben die Klemmen einen bekannten niedrigeren Wert. Das ist die Spannung.

Fazit

Aus dem Obigen können wir schließen, dass der Hauptunterschied zwischen der EMF und der Spannung ist:

1. Die elektromotorische Kraft hängt von der Stromquelle ab, und die Spannung hängt von der angeschlossenen Last und dem durch den Stromkreis fließenden Strom ab.
2. Die elektromotorische Kraft ist eine physikalische Größe, die die Arbeit externer Kräfte nichtelektrischen Ursprungs charakterisiert, die in Gleichstrom- und Wechselstromkreisen auftreten.
3. Spannung und EMF haben eine einzige Maßeinheit - Volt.
4. U ist eine physikalische Größe, die der Arbeit des effektiven elektrischen Feldes entspricht, das erzeugt wird, wenn eine Einheitsprüfladung von Punkt A nach Punkt B übertragen wird.

Wenn also U kurz als Wassersäule dargestellt wird, kann man sich EMF vorstellen, dass es sich um eine Pumpe handelt, die einen konstanten Wasserstand aufrechterhält. Wir hoffen, dass Sie nach dem Lesen des Artikels den Hauptunterschied verstehen!

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