Joten toim. Mikä on sähkömotorinen voima emf. Määritelmä ja fyysinen merkitys

Keskellä lukuvuosi monet tiedemiehet vaadittu emf-kaava erilaisiin laskelmiin. Myös aiheeseen liittyvät kokeet tarvitsevat tietoa sähkömoottorista. Mutta aloittelijoille ei ole niin helppoa ymmärtää, mikä se on.

Kaava emf:n löytämiseksi

Käsittelemme ensin määritelmää. Mitä tämä lyhenne tarkoittaa?

EMF tai sähkömotorinen voima on parametri, joka luonnehtii kaikkien ei-sähköisten voimien työtä, jotka toimivat piireissä, joissa virran voimakkuus, sekä suora että vuorotteleva, on sama koko pituudelta. Kytketyssä johtavassa piirissä EMF rinnastetaan näiden voimien työhön yksittäisen positiivisen (positiivisen) varauksen siirtämiseksi koko piiriä pitkin.

Alla oleva kuva näyttää emf-kaavan.

Ast - tarkoittaa ulkoisten voimien työtä jouleina.

q on siirretty varaus kuloneina.

Kolmannen osapuolen joukot- nämä ovat voimia, jotka suorittavat varausten erottamisen lähteessä ja muodostavat sen seurauksena potentiaalieron sen napoihin.

Tämän voiman mittayksikkö on volttia. Se on merkitty kaavoissa kirjaimella « E".

Vain sillä hetkellä, kun akussa ei ole virtaa, sähkömoottori si-a on yhtä suuri kuin napojen jännite.

EMF-induktio:

Induktion EMF piirissä, jossa onNkäännökset:

Ajon aikana:

Sähkömotorinen voima induktio piirissä, joka pyörii magneettikentässä nopeudellaw:

Arvotaulukko

Yksinkertainen selitys sähkömoottorivoimasta

Oletetaan, että kylässämme on vesitorni. Se on täysin täynnä vettä. Ajatellaanpa, että tämä on tavallinen akku. Torni on akku!

Kaikki vesi aiheuttaa paljon painetta tornimme pohjalle. Mutta se on vahva vain, kun tämä rakenne on täysin täytetty H 2 O:lla.

Tämän seurauksena mitä vähemmän vettä, sitä heikompi paine on ja suihkun paine on pienempi. Avaamalla hanan huomaamme, että suihkun kantama pienenee joka minuutti.

Tuloksena:

1. Jännitys on voima, jolla vesi painaa pohjaa. Se on painetta.
2. Nollajännite on tornin pohja.

Akku on sama.

Ensinnäkin kytkemme virtalähteen piiriin. Ja suljemme sen vastaavasti. Aseta esimerkiksi akku taskulamppuun ja käynnistä se. Huomaa aluksi, että laite palaa kirkkaasti. Jonkin ajan kuluttua sen kirkkaus vähenee huomattavasti. Eli sähkömotorinen voima on vähentynyt (vuota verrattuna tornissa olevaan veteen).

Jos otamme esimerkkinä vesitornin, niin EMF on pumppu, joka pumppaa jatkuvasti vettä torniin. Eikä se koskaan lopu siihen.

Galvaanisen kennon EMF - kaava

Akun sähkömotorinen voima voidaan laskea kahdella tavalla:

• Suorita laskenta käyttäen Nernst-yhtälöä. On tarpeen laskea jokaisen GE:n sisältämän elektrodin elektrodipotentiaalit. Laske sitten EMF käyttämällä kaavaa.
• Laske EMF käyttämällä Nernst-kaavaa kokonaisvirralle, joka synnyttää reaktion, joka tapahtuu GE:n toiminnan aikana.

Näin ollen näillä kaavoilla aseistettuna on helpompi laskea akun sähkömotorinen voima.

Missä erilaisia ​​EMF-tyyppejä käytetään?

1. Pietsosähköistä käytetään, kun materiaalia venytetään tai puristetaan. Sen avulla valmistetaan kvartsienergiageneraattoreita ja erilaisia ​​antureita.
2. Akuissa ja akuissa käytetään kemikaaleja.
3. Induktio ilmestyy johtimen ylityksen hetkellä magneettikenttä. Sen ominaisuuksia käytetään muuntajissa, sähkömoottoreissa, generaattoreissa.
4. Termosähköinen muodostuu erityyppisten metallien lämmityskoskettimien hetkellä. Se on löytänyt sovelluksensa jäähdytysyksiköissä ja termopareissa.
5. Valosähköä käytetään aurinkokennojen valmistukseen.

Sähkömoottorivoima (EMF)- laitteessa, joka suorittaa positiivisten ja negatiivisten varausten pakkoerottelun (generaattori), arvo, joka on numeerisesti yhtä suuri kuin generaattorin napojen välinen potentiaaliero, kun sen piirissä ei ole virtaa, mitataan voltteina.

Sähkömagneettisen energian lähteet (generaattorit)- laitteet, jotka muuttavat minkä tahansa ei-sähköisen muodon energiaa sähköenergiaksi. Tällaisia ​​lähteitä ovat mm.

voimalaitosten generaattorit (lämpö-, tuuli-, ydin- ja vesivoimalat), jotka muuttavat mekaanisen energian sähköenergiaksi;

kaikenlaiset galvaaniset kennot (paristot) ja akut, jotka muuttavat kemiallista energiaa sähköenergiaksi jne.

EMF on numeerisesti yhtä suuri kuin työ, jonka ulkoiset voimat tekevät siirtäessään yksikköpositiivista varausta lähteen sisällä tai itse lähteessä kuljettaen yksikköpositiivisen varauksen suljetun piirin läpi.

Sähkömoottorivoima EMF E on skalaarisuure, joka kuvaa ulkoisen kentän ja indusoidun sähkökentän kykyä indusoida sähkövirtaa. EMF E on numeerisesti yhtä suuri kuin tämän kentän käyttämä työ (energia) W jouleina (J) siirtää varausyksikköä (1 C) kentän pisteestä toiseen.

EMF:n mittayksikkö on voltti (V). Siten EMF on yhtä suuri kuin 1 V, jos kun 1 C:n varausta siirretään suljettua piiriä pitkin, suoritetaan 1 J:n työ: [E] = I J / 1 C = 1 V.

Panosten liikkumiseen työmaalla liittyy energiankulutusta.

Arvoa, joka on numeerisesti yhtä suuri kuin lähteen tekemä työ, joka johtaa yksittäisen positiivisen varauksen piirin tietyn osan läpi, kutsutaan jännitteeksi U. Koska piiri koostuu ulkoisista ja sisäisistä osista, ulkoisen Uin:n ja sisäisen jännitteen käsitteet. Uvt-osuudet erotetaan toisistaan.

Sen perusteella mitä on sanottu, se on selvää Lähteen EMF on yhtä suuri kuin piirin ulkoisten U- ja sisäisten U-osien jännitteiden summa:

E \u003d Uvsh + Uvt.

Tämä kaava ilmaisee sähköpiirin energian säilymisen lain.

On mahdollista mitata jännitteitä piirin eri osissa vain, kun piiri on suljettu. EMF mitataan lähdeliittimien välillä avoimella piirillä.

EMF:n suunta on positiivisten varausten pakotetun liikkeen suunta generaattorin sisällä miinuksesta plussaan muun luonteen kuin sähköisen vaikutuksen alaisena.

Generaattorin sisäinen vastus on sen sisällä olevien rakenneosien vastus.

Ihanteellinen EMF-lähde- generaattori, joka on yhtä suuri kuin nolla, ja sen liittimien jännite ei riipu kuormasta. Ihanteellisen EMF-lähteen teho on ääretön.

Ehdollinen kuva (sähköpiiri) ihanteellisesta EMF-generaattorista, jonka arvo on E esitetty kuvassa. 1, a.

Todellinen EMF-lähde, toisin kuin ihanteellinen, sisältää sisäisen resistanssin Ri ja sen jännite riippuu kuormituksesta (kuva 1., b), ja lähdeteho on rajallinen. Todellisen EMF-generaattorin sähköpiiri on sarjakytkentä ihanteelliseen EMF-generaattoriin E ja sen sisäiseen resistanssiin Ri.

Käytännössä todellisen EMF-generaattorin toimintatilan saattamiseksi lähemmäksi ihanteellista toimintatilaa todellisen generaattorin Ri sisäinen resistanssi pyritään tekemään mahdollisimman pieneksi ja kuormitusvastus Rn on yhdistettävä arvoon. vähintään 10 kertaa suurempi kuin generaattorin sisäinen vastus , eli edellytyksen tulee täyttyä: Rn >> Ri

Jotta todellisen EMF-generaattorin lähtöjännite ei riipu kuormasta, se stabiloidaan erityisillä elektronisilla jännitteen stabilointipiireillä.

Koska todellisen EMF-generaattorin sisäistä vastusta ei voida tehdä äärettömän pieneksi, se minimoidaan ja suoritetaan standardina energiankuluttajien johdonmukaiseen kytkemiseen siihen. Radiotekniikassa EMF-generaattoreiden vakiolähtöimpedanssi on 50 ohmia (teollisuusstandardi) ja 75 ohmia (kotitalousstandardi).

Esimerkiksi kaikkien televisiovastaanottimien tuloimpedanssi on 75 ohmia ja ne on kytketty antenneihin koaksiaalikaapelilla, jolla on juuri tällainen aaltoimpedanssi.

Ihanteellisten EMF-generaattoreiden lähestymiseksi kaikissa teollisuuden ja kotitalouksien radioelektronisissa laitteissa käytettävät syöttöjännitelähteet suoritetaan käyttämällä erityisiä elektronisia lähtöjännitteen stabilointipiirejä, joiden avulla voit ylläpitää virtalähteen lähes vakiona lähtöjännitettä tietyllä kulutettujen virtojen alueella. EMF-lähteestä (joskus sitä kutsutaan jännitelähteeksi).

Sähköpiireissä EMF-lähteet on kuvattu seuraavasti: E - jatkuvan EMF:n lähde, e (t) - harmonisen (muuttuvan) EMF:n lähde ajan funktiona.

Sarjaan kytketyn identtisten kennojen akun sähkömotorinen voima E on yhtä suuri kuin yhden kennon E sähkömoottorivoima kerrottuna akun kennojen lukumäärällä n: E = nE.

Sähkömotorinen voima, EMF:n ihmisillä, samoin kuin jännite mitataan voltteina, mutta ne ovat luonteeltaan täysin erilaisia.

EMF hydrauliikan suhteen

Luulen, että olet jo tuttu vesitornista viimeisestä artikkelista

Oletetaan, että torni on täysin täynnä vettä. Porasimme tornin pohjaan reiän ja leikkasimme siihen putken, jonka kautta vesi virtaa kotiisi.

Naapuri halusi kastella kurkut, sinä päätit pestä auton, äiti käynnisti pyykinpesun ja voila! Veden virtaus väheni ja kuivui pian kokonaan ... Mitä tapahtui? Tornista loppui vesi...

Tornin tyhjentämiseen kuluva aika riippuu itse tornin kapasiteetista sekä siitä, kuinka moni kuluttaja käyttää vettä.

Sama voidaan sanoa radioelementin kondensaattorista:

Oletetaan, että ladattiin sitä 1,5 voltin akulla ja se latautui. Piirretään ladattu kondensaattori seuraavasti:

Mutta heti kun liitämme siihen kuorman (olkoon LED-valo) sulkemalla näppäimen S, sekuntien ensimmäisen murto-osan aikana LED hehkuu kirkkaasti ja sitten sammuu hiljaa ... ja kunnes se sammuu kokonaan . LEDin sammumisaika riippuu kondensaattorin kapasitanssista sekä siitä, minkä kuorman kiinnitämme varattuun kondensaattoriin.

Kuten sanoin, tämä tarkoittaa yksinkertaista täytettyä tornia ja vettä käyttäviä kuluttajia.

Mutta miksi sitten vesi ei lopu koskaan torneistamme? Kyllä, koska se toimii. vesipumppu! Mistä tämä pumppu saa vettä? Kaivosta, joka porattiin pohjaveden ottamiseksi. Joskus sitä kutsutaan myös arteesiseksi.

Heti kun torni on täynnä vettä, pumppu sammuu. Vesitorneissamme pumppu pitää aina maksimiveden pinnan.

Muistetaan siis mitä stressi on? Analogisesti hydrauliikan kanssa tämä on vesitornin vedenkorkeus. Täysi torni on maksimiveden taso, mikä tarkoittaa maksimijännitettä. Ei vettä tornissa - nolla jännite.

Sähkövirran EMF

Kuten muistat aiemmista artikkeleista, vesimolekyylit ovat "elektroneja". Syntymistä varten sähkövirta, elektronien täytyy liikkua samaan suuntaan. Mutta jotta ne voisivat liikkua samaan suuntaan, täytyy olla jännitystä ja jonkinlaista kuormitusta. Eli tornin vesi on jännitystä, ja vettä omiin tarpeisiinsa kuluttavat ihmiset ovat taakka, koska he luovat vesivirtauksen tornin juurella sijaitsevasta putkesta. Ja virtaus ei ole muuta kuin virran voimaa.

Edellytyksenä on myös se, että veden tulee olla aina maksimitasolla, riippumatta siitä, kuinka monta ihmistä sitä samanaikaisesti kuluttaa tarpeisiinsa, muuten torni on tyhjä. Vesitornille tämä hengenpelastustyökalu on vesipumppu. Entä sähkövirta?

Sähkövirtaa varten täytyy olla jonkinlainen voima, joka työntää elektroneja yhteen suuntaan pitkään. Eli tämän voiman täytyy siirtää elektroneja! Sähkömotorinen voima! Kyllä täsmälleen! SÄHKÖMOOTiivinen VOIMA! Voit kutsua sitä lyhennettynä EMF - E elektro D nähdä KANSSA lietettä. Se mitataan voltteina, kuten jännite, ja se on merkitty pääasiassa kirjaimella E.

Tarkoittaako tämä, että myös akuissamme on tällainen "pumppu"? On, ja olisi oikeampaa kutsua sitä "elektronipumpuksi"). Mutta kukaan ei tietenkään sano niin. He sanovat yksinkertaisesti - EMF. Ihmettelen, missä tämä pumppu on piilossa akussa? Tämä on yksinkertaisesti sähkökemiallinen reaktio, jonka vuoksi akun "vesitaso" säilyy, mutta sitten tämä pumppu kuluu kuitenkin loppuun ja akun jännite alkaa laskea, koska "pumpulla" ei ole aikaa pumppaa vettä. Lopulta se hajoaa täysin ja akun jännite putoaa melkein nollaan.

Todellinen EMF-lähde

Sähköenergian lähde on EMF:n lähde, jonka sisäinen vastus on R ext. Se voi olla mikä tahansa kemiallisia alkuaineita virtalähteet, kuten paristot ja akut

Niiden sisäinen rakenne EMF:n suhteen näyttää suunnilleen tältä:

Missä E on EMF, ja R alanumero on akun sisäinen vastus

Mitä johtopäätöksiä tästä sitten voidaan tehdä?

Jos akkuun ei tartu kuormaa, kuten hehkulamppua jne., seurauksena tällaisen piirin virranvoimakkuus on nolla. Yksinkertaistettu kaavio olisi:

Mutta jos kiinnitämme kuitenkin hehkulampun akkuun, piirimme sulkeutuu ja virta kulkee piirissä:

Jos piirrät kaavion virtapiirin voimakkuuden riippuvuudesta akun jännitteestä, se näyttää tältä:

Mikä on johtopäätös? Akun EMF:n mittaamiseksi meidän on vain otettava hyvä yleismittari, jolla on korkea tulovastus ja mitattava jännite akun navoissa.

Ihanteellinen EMF-lähde

Oletetaan, että akullamme on nolla sisäinen vastus, niin käy ilmi, että R ext \u003d 0.

On helppo arvata, että tässä tapauksessa jännitehäviö nollaresistanssin yli on myös nolla. Tämän seurauksena kaaviomme näyttää tältä:

Tuloksena meillä on vain EMF-lähde. Siksi EMF-lähde on ihanteellinen virtalähde, jossa napojen jännite ei riipu piirin virran voimakkuudesta. Eli riippumatta siitä, minkä kuorman kiinnitämme tällaiseen EMF-lähteeseen, meidän tapauksessamme se silti antaa vaaditun jännitteen ilman laskua. Itse EMF-lähde on nimetty seuraavasti:

Käytännössä ei ole olemassa ihanteellista emf-lähdettä.

EMF-tyypit

– sähkökemiallinen(paristojen ja akkujen EMF)

– valosähköinen ilmiö(saa sähkövirtaa aurinkoenergia)

– induktio(sähkömagneettisen induktion periaatetta käyttävät generaattorit)

– Seebeck-efekti tai thermoEMF(sähkövirran esiintyminen suljetussa piirissä, joka koostuu sarjaan kytketyistä erilaisista johtimista, joiden väliset koskettimet ovat erilaisia ​​lämpötiloja)

– piezoemf(vastaanottaa EMF:n kohteesta )

Yhteenveto

EMF on ei-sähköinen voima, joka saa sähkövirran virtaamaan piirissä.

Todellinen EMF-lähteen sisällä on sisäinen vastus. ihanteellinen EMF-lähteen sisäinen vastus on nolla.

Ihanteellisella EMF-lähteellä on aina vakiojännitearvo liittimissään riippumatta piirin kuormituksesta.

Sisältö:

Kun käsite "elektroni" syntyi, ihmiset yhdistävät sen välittömästi tiettyyn työhön. Elektroni on kreikkaa ja tarkoittaa meripihkaa. Se, että kreikkalaisten piti löytääkseen tämän hyödyttömän, yleensä maagisen kiven, matkustaa melko kauas pohjoiseen - tällaisia ​​​​ponnisteluja täällä ei yleensä lasketa. Mutta kannatti tehdä työtä - hankaamalla kiviä käsin kuivalle villakankaalle - ja se sai uusia ominaisuuksia. Kaikki tiesivät sen. Hieroa juuri näin, puhtaasti välinpitämättömän kiinnostuksen vuoksi, jotta voidaan havaita, kuinka nyt pienet roskat alkavat vetää "elektroniin": pölyhiukkasia, karvoja, lankoja, höyheniä. Tulevaisuudessa, kun ilmestyi kokonainen ilmiöluokka, joka myöhemmin yhdistyi "sähkön" käsitteeseen, työ, joka on kuluttava erehtymättä, ei antanut ihmisille rauhaa. Koska sinun täytyy käyttää se saadaksesi tempun pölyhiukkasten kanssa, se tarkoittaa, että olisi mukavaa jotenkin säästää tämä työ, kerätä se ja saada se sitten takaisin.

Niinpä he oppivat keräämään tämän maagisen voiman purkkiin yhä monimutkaisemmista temppuista erilaisilla materiaaleilla ja filosofisella päättelyllä. Ja tee se sitten niin, että se vapautuu vähitellen purkista aiheuttaen toimia, jotka voidaan jo tuntea ja hyvin pian mitata. Ja he mittasivat sen niin nerokkaasti, sillä niissä oli vain pari silkkipalloa tai tikkua ja jousivääntövaa'at, että käytämme nytkin aivan tosissaan kaikkia samoja kaavoja laskettaessa sähköpiirejä, jotka ovat nyt läpäisseet koko planeetan, äärettömän monimutkaisia ​​verrattuna niihin. ensimmäiset laitteet..

Ja tämän purkissa istuvan mahtavan henkien nimi sisältää edelleen vanhojen löytäjien ilon: "Sähkömotorinen voima". Mutta tämä voima ei ole lainkaan sähköinen. Päinvastoin, ulkopuolinen kauhea voima, pakottaminen sähkövaraukset liikkua "vastaan ​​tahtoaan", toisin sanoen voittaa keskinäinen vastenmielisyys, ja kokoontua jonnekin toiselle puolelle. Tämä johtaa potentiaalieroon. Sitä voidaan käyttää myös käynnistämällä maksuja eri tavalla. Missä heitä "ei vartioi" tämä kauhea EMF. Ja pakottaa sitä kautta tekemään työtä.

Toimintaperiaate

EMF on luonteeltaan hyvin erilainen voima, vaikka se mitataan voltteina:

• Kemiallinen. Se tulee prosesseista, joissa joidenkin metallien ionit korvataan kemiallisesti toisten (aktiivisempien) ioneilla. Tämän seurauksena muodostuu ylimääräisiä elektroneja, joilla on taipumus "paeta" lähimmän johtimen reunalla. Tämä prosessi voi olla palautuva tai peruuttamaton. Käännettävä - paristoissa. Ne voidaan ladata palauttamalla varatut ionit takaisin liuokseen, mikä tekee siitä happamamman esimerkiksi (happoakuissa). Elektrolyytin happamuus on syynä akun EMF:ään, se toimii jatkuvasti, kunnes liuos muuttuu kemiallisesti täysin neutraaliksi.

• Magnetodynaaminen. Tapahtuu, kun jollain tavalla avaruuteen orientoitunut johdin altistuu muuttuvalle magneettikentälle. Tai johtimeen nähden liikkuvasta magneetista tai johtimen liikkeestä suhteessa magneettikenttään. Tässä tapauksessa elektronit pyrkivät myös liikkumaan johtimessa, mikä mahdollistaa niiden vangitsemisen ja sijoittamisen laitteen lähtökoskettimiin, mikä luo potentiaalieron.

• sähkömagneettinen. Vaihteleva magneettikenttä syntyy magneettiseen materiaaliin ensiökäämin vaihtuvan sähköjännitteen vaikutuksesta. Toisiokäämissä tapahtuu elektronien liikettä ja siten jännite on verrannollinen ensiökäämin jännitteeseen. EMF-symbolia voidaan käyttää osoittamaan muuntajia vastaavissa korvauspiireissä.

• Aurinkosähkö. Joidenkin johtavien materiaalien päälle putoava valo pystyy tyrmäämään elektroneja eli vapauttamaan ne. Näitä hiukkasia syntyy ylimäärä, minkä vuoksi ylimääräiset työnnetään jollekin elektrodista (anodista). On jännite, joka voi tuottaa sähkövirran. Tällaisia ​​laitteita kutsutaan valokennoiksi. Aluksi keksittiin tyhjiövalokennot, joissa elektrodit asennettiin pulloon tyhjiöllä. Tässä tapauksessa elektronit työnnettiin ulos metallilevystä (katodista) ja vangittiin toisella elektrodilla (anodilla). Tällaiset valokennot ovat löytäneet sovelluksen valoantureissa. Käytännöllisempien puolijohdevalokennojen keksimisen myötä niistä tuli mahdolliseksi luoda tehokkaita akkuja merkittävän jännitteen tuottamiseksi summaamalla kunkin niistä sähkömoottorivoima.

• Lämpösähköinen. Jos kaksi eri metallia tai puolijohdetta juotetaan yhteen kohtaan ja sitten lämpöä johdetaan tähän pisteeseen, esimerkiksi kynttilät, niin metalliparin (termoparien) vastakkaisissa päissä on ero elektronikaasun tiheydessä. . Tämä ero voi kasaantua, jos termoparit kytketään sarjaan, samalla tavalla kuin akun galvaaniset kennot tai aurinkoakun yksittäiset aurinkokennot. ThermoEMF:ää käytetään erittäin tarkoissa lämpötila-antureissa. Tämä ilmiö liittyy useisiin vaikutuksiin (Peltier, Thomson, Seebeck), joita on tutkittu menestyksekkäästi. On tosiasia, että lämpö voidaan muuttaa suoraan sähkömoottorivoimaksi eli jännitteeksi.

• sähköstaattinen. Tällaiset EMF-lähteet keksittiin melkein samanaikaisesti galvaanisten kennojen kanssa tai jopa aikaisemmin (jos ajatellaan meripihkan hankausta silkillä normaalina EMF:n tuotantona). Niitä kutsutaan myös elektroforikoneiksi tai keksijän nimen mukaan Wimshurst-generaattoreiksi. Vaikka Wimshurst loi selkeän teknisen ratkaisun, joka mahdollistaa poistetun potentiaalin keräämisen Leiden-purkkiin - ensimmäiseen kondensaattoriin (lisäksi hyvän kapasiteetin). Ensimmäistä elektroforikonetta voidaan pitää valtavana akselille asennettuna rikkipallona, ​​Magdeburgin porvarin Otto von Guericken laitteistoa 1600-luvun puolivälissä. Toimintaperiaate on hankaavat materiaalit, jotka sähköistyvät helposti kitkasta. Totta, von Guericken edistymistä voidaan sanoa, kuten sanotaan, laiskuuden vetämäksi, kun ei ole halua hieroa käsin meripihkaa tai jotain muuta. Vaikka tietysti tämä utelias poliitikko jotain, mutta fantasiaa ja aktiivisuutta ei pidä miehittää. Muistakaamme ainakin hänen tunnettu kokemuksensa kahdesta aasin (tai muulien) nauhasta, jotka repivät pallon ilman ilmaa ketjuilla kahdeksi pallonpuoliskoksi.

Sähköistyminen, kuten alun perin oletettiin, tulee juuri "kitkasta", eli hankaamalla meripihkaa rievulla "revimme" elektroneja sen pinnalta. Tutkimukset ovat kuitenkin osoittaneet, että tämä ei ole niin yksinkertaista. Osoittautuu, että eristeiden pinnalla on aina varausepäsäännöllisyyksiä, ja ilmasta tulevat ionit houkuttelevat näitä epäsäännöllisyyksiä. Muodostuu sellainen ilma-ionipinnoite, jonka vaurioitamme hankaamalla pintaa.

• Thermonic. Kun metalleja kuumennetaan, niiden pinnalta vapautuu elektroneja. Tyhjiössä ne saavuttavat toisen elektrodin ja indusoivat siellä negatiivisen potentiaalin. Erittäin lupaava suunta tällä hetkellä. Kuvassa on kaavio hypersonic-lentokoneen suojaamiseksi kehon osien ylikuumenemiselta vastaantulevan ilmavirran vaikutuksesta, ja katodin lähettämät termoelektronit (joka sitten jäähdytetään - Peltier- ja/tai Thomson-ilmiöiden samanaikainen toiminta) saavuttavat anodin, saamalla siihen varauksen. Varausta tai pikemminkin jännitettä, joka on yhtä suuri kuin vastaanotettu EMF, voidaan käyttää laitteen sisällä olevassa kulutuspiirissä.

1 - katodi, 2 - anodi, 3, 4 - katodi- ja anodiliittimet, 5 - kuluttaja

• Pietsosähköinen. Monet kiteiset eristeet, kun ne kokevat mekaanista painetta itseensä mihin tahansa suuntaan, reagoivat siihen indusoimalla potentiaalieron pintojensa välille. Tämä ero riippuu käytetystä paineesta, ja siksi sitä käytetään jo paineantureissa. Pietsosähköiset kaasuliesien sytyttimet eivät vaadi muuta energianlähdettä - riittää, kun painat nappia sormella. Tunnetut yritykset luoda pietsosähköinen sytytysjärjestelmä ajoneuvoissa, jotka perustuvat pietsokeramiikkaan, vastaanottaen painetta moottorin pääakseliin liittyvästä nokkajärjestelmästä. "Hyvät" pietsosähköiset materiaalit - joissa EMF-suhde paineeseen on erittäin tarkka - ovat erittäin kovia (esimerkiksi kvartsi), ne eivät melkein muotoile mekaanisessa paineessa.

• Pitkäaikainen altistuminen niihin kohdistuvalle paineelle aiheuttaa kuitenkin niiden tuhoutumisen. Luonnossa myös paksut kivikerrokset ovat pietsosähköisiä, maan kerrosten paine aiheuttaa niiden pinnoille valtavia varauksia, mikä aiheuttaa maan syvyyksissä titaanisia myrskyjä ja ukkosmyrskyjä. Kaikki ei kuitenkaan ole niin kauheaa.Elastisia pietsosähköjä on jo kehitetty ja jopa niihin perustuvien (ja nanoteknologiaan perustuvien) tuotteiden valmistus myyntiin on jo alkanut.

Se tosiasia, että EMF:n mittayksikkö on sähköjännitteen yksikkö, on ymmärrettävää. Koska monipuolisimmat mekanismit, jotka luovat virtalähteen sähkömotorisen voiman, muuttavat kaikki energiatyyppinsä elektronien liikkeeksi ja kerääntymiseksi, ja tämä johtaa viime kädessä tällaisen jännitteen esiintymiseen.

EMF:stä peräisin oleva virta

Virtalähteen sähkömotorinen voima on käyttövoima, jota siitä lähtevät elektronit alkavat liikkua, jos se on suljettu virtapiiri. EMF pakottaa heidät tekemään tämän käyttämällä sen ei-sähköistä "puolta" luonnosta, joka ei loppujen lopuksi riipu elektroneihin liittyvästä puoliskosta. Koska uskotaan, että virtapiirissä virtaa plussasta miinukseen (tällainen suunta määritettiin ennen kuin kaikki tiesivät, että elektroni on negatiivinen hiukkanen), niin EMF-laitteen sisällä virta tekee viimeisen liikkeen - miinuksesta plus. Ja he piirtävät aina EMF-merkkiin, johon nuoli - + on suunnattu. Vain molemmissa tapauksissa - sekä virtalähteen EMF:n sisällä että ulkopuolella, eli kuluttavassa piirissä - käsittelemme sähkövirtaa kaikilla sen pakollisilla ominaisuuksilla. Johtimissa virta kohtaa niiden vastuksen. Ja täällä, syklin ensimmäisellä puoliskolla, meillä on kuormitusvastus, toisessa sisäinen - lähteen vastus tai sisäinen vastus.

Sisäinen prosessi ei toimi heti (vaikkakin hyvin nopeasti), mutta tietyllä intensiteetillä. Hän tekee työn jakaa maksuja miinuksesta plussaan, ja tämä kohtaa myös vastustusta ...

Resistanssi on kahdenlaista.

1. Sisäinen vastus toimii varauksia erottavia voimia vastaan, sillä on luonne "lähellä" näitä erottavia voimia. Ainakin se toimii niiden kanssa yhdessä mekanismissa. Esimerkiksi happo, joka ottaa happea lyijydioksidista ja korvaa sen SO 4 -ioneilla, kokee ehdottomasti jonkin verran kemiallista kestävyyttä. Ja tämä ilmenee vain akun sisäisen vastuksen työnä.
2. Kun piirin ulompi (lähtö)puolikas ei ole suljettu, elektronien ilmaantuminen yhteen navoista (ja niiden väheneminen toisesta navasta) lisää jännitystä. sähköstaattinen kenttä akun napoihin ja elektronien välisen repulsion lisääntymiseen. Tämä sallii järjestelmän "ei mennä räjähdysmäisesti" ja pysähtyä tiettyyn kyllästymistilaan. Akun elektroneja ei enää viedä ulos. Ja se näyttää ulospäin jatkuvalta sähköjännitteeltä akun napojen välillä, jota kutsutaan U xx, avoimen piirin jännitteeksi. Ja se on numeerisesti yhtä suuri kuin EMF - sähkömotorinen voima. Siksi EMF:n mittayksikkö on voltti (SI-järjestelmässä).

Mutta jos liität akkuun vain kuorman johtimia, joiden resistanssi ei ole nolla, virta kulkee välittömästi, jonka voimakkuus määräytyy Ohmin lain mukaan.

Vaikuttaa siltä, ​​​​että on mahdollista mitata EMF-lähteen sisäinen vastus. Piiriin kannattaa sisällyttää ampeerimittari ja ulkoista vastusta ohjata (oikosulku). Sisäinen vastus on kuitenkin niin alhainen, että akku alkaa purkautua katastrofaalisesti ja tuottaa valtavan määrän lämpöä sekä ulkoisiin oikosulkujohtimiin että lähteen sisäiseen tilaan.

Voit kuitenkin tehdä sen toisin:

1. Mittaa E (muista, avoimen piirin jännite, mittayksikkö on volttia).
2. Kytke jokin vastus kuormitukseksi ja mittaa jännitehäviö sen yli. Laske virta I 1 .
3. Voit laskea EMF-lähteen sisäisen vastuksen arvon käyttämällä lauseketta r

Tyypillisesti akun kyky tuottaa sähköä mitataan sen energian "kapasiteetilla" ampeeritunteina. Mutta olisi mielenkiintoista nähdä mitä suurinta virtaa se voi tuottaa. Huolimatta siitä, että ehkä nykyisen lähteen sähkömotorinen voima saa sen räjähtämään. Koska ajatus oikosulun järjestämisestä siihen ei tuntunut kovin houkuttelevalta, tämä arvo voidaan laskea puhtaasti teoreettisesti. EMF on yhtä suuri kuin U xx. Sinun tarvitsee vain piirtää kaavio jännitehäviöstä vastuksen yli virtaa (ja siten kuormitusvastusta) vastaan ​​pisteeseen, jossa kuormitusvastus on nolla. Tämä on pointti minäkz, punaisen viivan leikkauspiste koordinaattiviivan kanssa minä , jossa jännitteestä U on tullut nolla ja koko lähteen jännite E putoaa sisäiselle resistanssille.

Usein näennäisesti yksinkertaisia ​​peruskäsitteitä ei aina voida ymmärtää ilman esimerkkejä ja analogioita. Mikä on sähkömotorinen voima ja miten se toimii, voidaan vain kuvitella ottamalla huomioon sen monet ilmenemismuodot. Ja kannattaa harkita EMF:n määritelmää, koska se on annettu kiinteistä lähteistä älykkäiden akateemisten sanojen kautta - ja aloita kaikki alusta: virtalähteen sähkömotorinen voima. Tai tulosta vain seinälle kultaisin kirjaimin:

Selvitetään mikä arvo on virtalähteen pääominaisuus. Jokaisella virtalähteellä on kaksi napaa: positiivinen ja negatiivinen. Jotta sillä olisi nämä navat, sen sisään on kerättävä vapaita positiivisia varauksia toiseen napaan ja negatiivisia varauksia toiseen. Tätä varten sinun on tehtävä työtä. Tätä työtä ei voida tehdä sähköstaattisten voimien avulla, koska toisin kuin varaukset houkuttelevat, ja ne on erotettava. Varausten kerääntymistyötä eivät tee sähköstaattiset voimat, vaan kolmannet osapuolet. Jälkimmäisen luonne voi olla erilainen. Esimerkiksi sähkövirtageneraattoreissa varausten erottaminen tapahtuu magneettikentän voimilla, akuissa ja galvaanisissa kennoissa - kemiallisilla. Virtalähteiden tutkimus osoittaa, että ulkoisen voiman työn suhde napaan kertyneeseen varaukseen tietylle virtalähteelle on vakioarvo ja sitä kutsutaan virtalähteen sähkömoottorivoimaksi:

Virtalähteen sähkömotorinen voima

Skalaarisuure, joka on virtalähteen ominaisuus ja mitataan sen sisällä olevan ulkoisen voiman tekemällä työllä keräämällä 1 k varausta jokaiseen napaan, kutsutaan virtalähteen sähkömoottorivoimaksi. Lataa sisään 1 -, joka on kertynyt virtalähteen napaan, on potentiaalinen sähköenergia, joka on numeerisesti yhtä suuri kuin e. d.s. lähde.

Yksikkö e. d.s.

Mittaataan e. d.s. nykyinen lähde. Kytkemme volttimittarin esittelygalvaaniseen kennoon (kuva 75, a) *. Muuttamalla elektrodien suhteellista sijaintia elektrolyytissä sekä niiden elektrolyyttiin upottamisen määrää, näemme, että volttimittarin lukemat ( 1,02 tuumaa) Älä vaihda. E. d. s. ei riipu nykyisen lähteen koosta. Se riippuu vain ulkoisten voimien luonteesta, jotka aiheuttavat varausten kertymistä napoihin. Jokaisella virtalähteellä on oma e. d.s.

* (Tällaisella jäätymisellä, d.s. volttimittarin lukema on hieman pienempi kuin e-arvo. d.s. Mitä suurempi volttimittarin kelan resistanssi verrattuna lähteen sisäiseen resistanssiin, sitä pienempi tämä ero on, mikä havaitaan kuvatussa kokeessa.)

Kun sähköpiiri suljetaan, virtalähde muodostaa johtimiin kiinteän sähkökentän ja siirtää siihen napoihinsa olevien varausten kertyneen energian. Tämän energian ansiosta kiinteä kenttä toimii muodostaen virran, siirtäen siihen energiansa, jonka nykyinen kuluttaja muuntaa muun tyyppiseksi energiaksi.

Virtalähteen muodostavalla piirin sisäisellä osalla, kuten kaikilla johtimilla, on vastus; sitä kutsutaan virtalähteen sisäinen vastus r. Virtageneraattorin sisäinen vastus on ankkurikäämin resistanssi kemialliset lähteet elektrolyyttivastus.

Kun piiri on suljettu, sähkökenttä siirtää varausta 1 - pisteestä A pisteeseen B piirin ulompaa osaa pitkin (kuva 75, b), suorittaa työn, joka on numeerisesti yhtä suuri kuin tämän osan jännite U. Saavutettuaan napa B, lataus 1 - täytyy mennä piirin sisäosaan ja siirtyä napaan A. Jotta se olisi jälleen navalla A ja sillä olisi sama energia E kuin poistuessaan pisteestä A, virtalähteen ulkoisten voimien on tehtävä sille yhtä suuria töitä siihen käytettyyn työhön liikkuminen pitkin piirin ulkopuolista osaa, joka on numeerisesti yhtä suuri kuin tämän osan jännite U, plus lähteen sisäisen resistanssin r ylittämiseen käytetty työ. Jälkimmäinen on numeerisesti yhtä suuri kuin jännite u piirin sisäosassa. Siksi e. d.s. lähde on numeerisesti yhtä suuri kuin E \u003d U + u.Sähkömoottorivoima on numeerisesti yhtä suuri kuin työ, jonka virtalähde tekee siirtämällä 1 k:n varausta koko piirissä.

Mittaamme jännitteen ulko- ja sisäosissa; ketjut (kuva 75, c) *. Volttimittari A näyttää jännitteen ulkoisessa resistanssissa R ja volttimittari B - sisäisessä; vastus r. Muuttamalla ulkoisen piirin vastuksen arvoa; huomaamme, että tässä tapauksessa jännite piirin osissa muuttuu (taulukko 4).

* (Anturit 1 ja 2 on valmistettu paksusta kuparilangasta PVC-eristeessä, joka on leikattu pois aluksen keskikohtaa kohti olevasta sivusta. Anturit koskettavat eristettyjä elektrodeja.)

Näemme, että piirin ulko- ja sisäosien jännitteiden summa on vakioarvo (kokeellisten virheiden rajoissa) ja on yhtä suuri kuin e. d.s. lähde. Se näyttää energiamäärän, jonka virtalähde pystyy siirtämään sähköpiiriin liikkuessaan koko latauspiirin läpi 1 -.