Che cos'è EMF - spiegazione in parole semplici
Prima di passare alla parte principale dell'articolo, notiamo che EMF e tensione sono molto vicini nel significato, ma ancora leggermente diversi. In breve, l'EMF è alla fonte di alimentazione senza carico e quando il carico è collegato ad esso, questa è tensione. Perché il numero di volt sulla FE sotto carico è quasi sempre un po 'meno che senza di essa. Ciò è dovuto alla presenza di resistenza interna di fonti di energia quali trasformatori e celle galvaniche.
Induzione elettromagnetica (autoinduzione)
Cominciamo con l'induzione elettromagnetica. Questo fenomeno descrive la legge. induzione elettromagnetica di gran lunga. Il significato fisico di questo fenomeno è la capacità di un campo elettromagnetico di indurre un EMF in un conduttore vicino. In questo caso, il campo dovrebbe cambiare, ad esempio, nella grandezza e nella direzione dei vettori, oppure spostarsi rispetto al conduttore, oppure il conduttore dovrebbe spostarsi rispetto a questo campo. Alle estremità del conduttore in questo caso, si verifica una differenza potenziale.
C'è un altro fenomeno che è simile nel significato: l'induzione reciproca. Consiste nel fatto che un cambiamento nella direzione e nella forza attuale di una bobina induce un EMF ai terminali di una bobina vicina; è ampiamente usato in vari campi della tecnologia, inclusi l'elettronica e l'elettronica. È alla base del funzionamento dei trasformatori, in cui il flusso magnetico di un avvolgimento induce corrente e tensione nel secondo.
In campo elettrico, un effetto fisico chiamato EMF viene utilizzato nella produzione di speciali convertitori CA che forniscono i valori desiderati di valori effettivi (corrente e tensione). Grazie ai fenomeni di induzione e autoinduzione gli ingegneri sono stati in grado di sviluppare molti dispositivi elettrici: dai convenzionali induttore (acceleratore) e fino al trasformatore.
Il concetto di induzione reciproca si riferisce solo alla corrente alternata, durante il passaggio del quale il flusso magnetico cambia nel circuito o nel conduttore.
Per una corrente elettrica a corrente continua, altre manifestazioni di questa forza sono caratteristiche, come ad esempio la differenza di potenziale ai poli di una cella galvanica, di cui parleremo più avanti.
Motori elettrici e generatori
Lo stesso effetto elettromagnetico si osserva nel progetto asincrono o motore elettrico sincronoil cui elemento principale sono bobine induttive. Circa il suo lavoro in un linguaggio accessibile è descritto in molti libri di testo relativi all'argomento chiamato "Ingegneria elettrica". Per comprendere l'essenza dei processi, è sufficiente ricordare che l'emf di induzione viene indotta quando il conduttore si sposta all'interno di un altro campo.
Secondo la legge dell'induzione elettromagnetica sopra menzionata, un contatore EMF viene spesso indotto nell'avvolgimento dell'armatura del motore durante il funzionamento, che viene spesso chiamato "contro-EMF", perché quando il motore è in funzione, viene diretto verso la tensione applicata. Ciò spiega anche il forte aumento della corrente consumata dal motore all'aumentare del carico o dell'inceppamento dell'albero, nonché le correnti di spunto. Per un motore elettrico, tutte le condizioni per la comparsa di una potenziale differenza sono evidenti: un cambiamento forzato nel campo magnetico delle sue bobine porta alla comparsa della coppia sull'asse del rotore.
Sfortunatamente, non approfondiremo questo argomento all'interno di questo articolo: scrivi nei commenti se ti interessa, e ne parleremo.
In un altro dispositivo elettrico - un generatore, tutto è esattamente lo stesso, ma i processi che si verificano in esso hanno la direzione opposta. Una corrente elettrica viene fatta passare attraverso gli avvolgimenti del rotore, attorno a loro sorge un campo magnetico (è possibile utilizzare magneti permanenti). Quando il rotore ruota, il campo, a sua volta, induce un EMF negli avvolgimenti dello statore - da cui viene rimossa la corrente di carico.
Qualche altra teoria
Quando si progettano tali circuiti, si tiene conto della distribuzione delle correnti e della caduta di tensione tra i singoli elementi. Per calcolare la distribuzione del primo parametro, viene utilizzato un noto dalla fisica. seconda legge di Kirchhoff - la somma delle cadute di tensione (tenendo conto del segno) su tutti i rami del circuito chiuso è uguale alla somma algebrica dell'EMF dei rami di questo circuito), e per determinare i loro valori usare Legge di Ohm per una sezione di una catena o la legge di Ohm per una catena completa, la cui formula è riportata di seguito:
I = E / (R + r),
Dove E - EMF, R è la resistenza di carico r è la resistenza della fonte di alimentazione.
La resistenza interna della fonte di alimentazione è la resistenza degli avvolgimenti di generatori e trasformatori, che dipende dalla sezione trasversale del filo con cui sono avvolti e dalla sua lunghezza, nonché dalla resistenza interna delle celle galvaniche, che dipende dallo stato dell'anodo, del catodo e dell'elettrolita.
Quando si eseguono i calcoli, è necessario tenere conto della resistenza interna della fonte di alimentazione, considerata come una connessione parallela al circuito. Con un approccio più accurato, tenendo conto dei grandi valori delle correnti operative, viene presa in considerazione la resistenza di ciascun conduttore di collegamento.
EMF a casa e unità
Altri esempi si trovano nella vita pratica di qualsiasi persona comune. Cose familiari come batterie di piccole dimensioni, così come altre batterie in miniatura, rientrano in questa categoria. In questo caso, l'emf di lavoro si forma a causa di processi chimici che si verificano all'interno delle fonti di tensione costante.
Quando si verifica ai terminali (poli) della batteria a causa di cambiamenti interni, l'elemento è completamente pronto per il funzionamento. Nel tempo, l'entità dell'EMF diminuisce leggermente e la resistenza interna aumenta notevolmente.
Di conseguenza, se si misura la tensione su una batteria senza dita che non è collegata a nulla, si vede normale 1,5 V (o giù di lì), ma quando il carico è collegato alla batteria, diciamo che è stato installato in un dispositivo - non funziona.
Perché? Perché se supponi che la resistenza interna del voltmetro sia molte volte superiore alla resistenza interna della batteria, allora hai misurato il suo EMF. Quando la batteria ha iniziato a fornire corrente nel carico ai suoi terminali, non è diventata 1,5 V, ma, diciamo, 1,2 V - né la tensione né la corrente erano sufficienti per il normale funzionamento del dispositivo. Solo questi 0,3 V e sono caduti sulla resistenza interna della cella galvanica. Se la batteria è completamente scarica e i suoi elettrodi sono distrutti, potrebbe non esserci alcuna forza elettromotrice o tensione ai terminali della batteria, ad es. zero.
Questo esempio dimostra chiaramente la differenza tra EMF e tensione. L'autore dice la stessa cosa alla fine del video, che vedi di seguito.
Puoi saperne di più su come sorge l'emf di una cella galvanica e su come viene misurata nel seguente video:
All'interno dell'antenna del ricevitore viene indotta anche una forza elettromotrice molto piccola, che viene poi amplificata da stadi speciali e riceviamo il nostro segnale televisivo, radio e persino Wi-Fi.
Conclusione
Riassumiamo e ancora una volta ricordiamo brevemente cos'è EMF e in quali unità SI viene espresso questo valore.
- EMF caratterizza il lavoro di forze esterne (chimiche o fisiche) di origine non elettrica in un circuito elettrico. Questa forza esegue il lavoro di trasferimento di cariche elettriche su di essa.
- L'EMF, come la tensione, è misurata in Volt.
- Le differenze tra EMF e la tensione sono che il primo viene misurato senza carico e il secondo con carico e la resistenza interna della fonte di alimentazione viene presa in considerazione e ha un effetto.
E infine, per consolidare il materiale coperto, ti consiglio di guardare un altro buon video su questo argomento:
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