Aký je rozdiel medzi EMF a napätím: jednoduché vysvetlenie príkladu
Čo je to elektromotorická sila
Túto otázku sme podrobne preskúmali v samostatnom článku:https://my.electricianexp.com/sk/chto-takoe-eds-obyasnenie-prostymi-slovami.html
EMF sa chápe ako fyzická veličina charakterizujúca činnosť akýchkoľvek vonkajších síl umiestnených v zdrojoch energie jednosmerný alebo striedavý prúd, Navyše, ak existuje uzavretý obvod, potom môžeme povedať, že EMF sa rovná práci síl pri pohybe kladného náboja na záporný bod v uzavretom obvode. Alebo jednoducho povedané, EMF aktuálneho zdroja predstavuje prácu potrebnú na presun jednotkového náboja medzi pólmi.
Navyše, ak zdroj prúdu má nekonečnú energiu a nie je tam žiadny vnútorný odpor (pozícia A na obrázku), potom sa EMF môže vypočítať z Ohmov zákon pre reťazovú sekciupretože napätie a elektromotorická sila sú v tomto prípade rovnaké.
I = U / R,
kde U je napätie a v uvažovanom príklade je EMF.
Skutočný zdroj energie má však obmedzený vnútorný odpor. Preto sa takýto výpočet nemôže uplatniť v praxi. V tomto prípade na určenie EMF použite vzorec pre celý obvod.
I = E / (R + r),
kde E (označovaný aj ako „ԑ“) je EMF; R je odpor záťaže, r je vnútorný odpor zdroja energie, I je prúd v obvode.
Tento vzorec však nezohľadňuje odpor vodičov obvodu. Je potrebné pochopiť, že vo vnútri zdroja jednosmerného prúdu a vo vonkajšom obvode prúdi rôznymi smermi. Rozdiel spočíva v tom, že vo vnútri prvku prúdi z mínus na plus, potom vo vonkajšom obvode z plus do mínus.
To je jasne znázornené na nasledujúcom obrázku:
V tomto prípade sa elektromotorická sila meria voltmetrom, v prípade, že nie je zaťažené, t.j. Zdroj napájania je naprázdno.
Ak chcete nájsť EMF prostredníctvom napätia a odporu záťaže, musíte nájsť vnútorný odpor zdroja energie, na to zmerajte napätie dvakrát pri rôznych záťažových prúdoch a potom vyhľadajte vnútorný odpor. Nižšie je uvedený postup výpočtu podľa vzorcov, potom R1, R2 sú zaťažovacie odpory pre prvé a druhé merania, respektíve zostávajúce hodnoty sú podobné, U1, U2 sú zdrojové napätie na jeho svorkách pod zaťažením.
Takže poznáme súčasný stav, potom sa rovná:
I1 = E / (R1 + r)
I2 = E / (R2 + r)
kde:
R1 = Ul / I1
R2 = U2 / I2
Ak nahradíme v prvých rovniciach, potom:
I1 = E / ((U1 / I1) + r)
I2 = E / ((U2 / I2) + r)
Teraz rozdelíme ľavú a pravú časť na seba:
(I1 / I2) = [E / ((U1 / I1) + r)] / [E / ((U2 / I2) + r)]
Po vypočítaní odporu aktuálneho zdroja dostaneme:
r = (U1-U2) / (11-I2)
Vnútorný odpor r:
r = (U1 + U2) / I,
kde U1, U2 je napätie na zdrojových svorkách pri rôznych záťažových prúdoch, I je prúd v obvode.
Potom EMF je:
E = I * (R + r) alebo E = U1 + I1 * r
Čo je napätie
Elektrické napätie (označené ako U) je fyzikálna veličina, ktorá odráža kvantitatívnu charakteristiku elektrického poľa pri prenose náboja z bodu A do bodu B. Podľa toho môže byť napätie medzi dvoma bodmi obvodu, ale na rozdiel od EMF môže byť medzi dvoma závermi, z ktorých jeden z prvkov reťazca. Pripomeňme, že EMF charakterizuje prácu vykonávanú vonkajšími silami, tj prácu zdroja prúdu alebo EMF na prenos náboja cez celý obvod, a nie na konkrétnom prvku.
Táto definícia môže byť vyjadrená jednoduchým jazykom. Napätie zdrojov jednosmerného prúdu je sila, ktorá pohybuje určitým smerom voľné elektróny z jedného atómu na druhý.
Pre striedavý prúd sa používajú tieto pojmy:
- okamžité napätie je potenciálny rozdiel medzi bodmi v danom časovom období;
- hodnota amplitúdy - predstavuje maximálnu hodnotu modulovanú okamžitú hodnotu napätia za určité časové obdobie;
- priemerná hodnota je konštantná zložka napätia;
- RMS a RMS.
Napätie obvodu závisí od materiálu vodiča, odporu záťaže a teploty. Rovnako ako elektromotorická sila sa meria vo voltoch.
Aby sme pochopili fyzikálny význam stresu, často sa porovnáva s vodárenskou vežou. Vodný stĺpec je označený napätím a prietok prúdom.
Stĺpec vody vo veži zároveň postupne klesá, čo charakterizuje pokles napätia a pokles prúdovej sily.
Aký je teda rozdiel?
Pre lepšie pochopenie toho, aký je rozdiel v elektromotorickej sile od napätia, zvážte príklad. Existuje zdroj elektrickej energie nekonečnej energie, v ktorej nie je žiadny vnútorný odpor. V elektrickom obvode je namontovaná záťaž. V tomto prípade je pravdivé tvrdenie, že EMF a napätie sú identicky rovnaké, to znamená, že medzi týmito koncepciami nie je žiadny rozdiel.
Ide však o ideálne podmienky, ktoré sa v skutočnom živote nevyskytujú. Tieto podmienky sa používajú výlučne pri výpočtoch. V skutočnom živote sa berie do úvahy vnútorný odpor zdroja energie. V tomto prípade sa EMF a napätie líšia.
Obrázok ukazuje, aký bude rozdiel v hodnotách elektromotorickej sily a napätia v reálnych podmienkach. Vyššie uvedený vzorec pre Ohmov zákon pre celý reťazec opisuje všetky procesy. Pri otvorenom obvode budú póly batérie 1,5 V. Toto je hodnota EMF. Po pripojení záťaže, v tomto prípade ide o žiarovku, bude mať napätie 1 volt.
Od ideálneho zdroja sa líši vnútorný odpor zdroja energie. Pri tomto odpore dochádza k poklesu napätia. Tieto procesy sú opísané Ohmovým zákonom pre celý reťazec.
Ak meracie zariadenie na svorkách zdroja energie vykazuje hodnotu 1,5 voltu, bude to elektromotorická sila, ale opakujeme to za podmienky, že nie je zaťažené.
Pri pripájaní záťaže budú mať svorky zreteľne nižšiu hodnotu. To je napätie.
záver
Z vyššie uvedeného vyplýva, že hlavný rozdiel medzi EMF a napätím je:
- Elektromotorická sila závisí od zdroja energie a napätie závisí od pripojeného zaťaženia a prúdu pretekajúceho obvodom.
- Elektromotorická sila je fyzická veličina, ktorá charakterizuje prácu vonkajších síl neelektrického pôvodu vyskytujúcich sa v jednosmerných a striedavých obvodoch.
- Napätie a EMF má jednu meraciu jednotku - volt.
- U je fyzikálne množstvo, ktoré sa rovná práci účinného elektrického poľa vytvoreného pri prenose jednotkovej skúšobnej náplne z bodu A do bodu B.
Stručne povedané, ak je U reprezentované ako stĺpec vody, potom si EMF možno predstaviť, že je to čerpadlo, ktoré udržuje konštantnú hladinu vody. Dúfame, že po prečítaní článku pochopíte hlavný rozdiel!
Súvisiace materiály:
Načítava...
