Deci eds. Care este forța electromotoare emf. Definiție și semnificație fizică

În mijlocul an scolar mulți oameni de știință formula FEM necesară pentru diferite calcule. Experimentele legate de necesită, de asemenea, informații despre forța electromotoare. Dar pentru începători, nu este atât de ușor să înțelegi ce este.

Formula pentru găsirea emf

Să ne ocupăm mai întâi de definiție. Ce înseamnă această abreviere?

EMF sau forța electromotoare este un parametru care caracterizează munca oricăror forțe de natură neelectrică care funcționează în circuite în care puterea curentului, atât directă cât și alternativă, este aceeași pe toată lungimea. Într-un circuit conductiv cuplat, EMF este echivalat cu munca acestor forțe în deplasarea unei singure sarcini pozitive (pozitive) de-a lungul întregului circuit.

Figura de mai jos arată formula emf.

Ast - înseamnă munca forțelor externe în jouli.

q este sarcina transferată în coulombi.

Forțe terțe- acestea sunt forțele care realizează separarea sarcinilor în sursă și, ca urmare, formează o diferență de potențial la polii acesteia.

Pentru această forță, unitatea de măsură este volt. Se notează în formule prin literă « E".

Numai în momentul absenței curentului în baterie, electromotorul si-a va fi egal cu tensiunea la poli.

Inducerea EMF:

EMF de inducție într-un circuit avândNse intoarce:

La mutare:

Forta electromotoare inducție într-un circuit care se rotește într-un câmp magnetic cu o vitezăw:

Tabelul de valori

O explicație simplă a forței electromotoare

Să presupunem că există un turn de apă în satul nostru. Este complet umplut cu apă. Să credem că aceasta este o baterie obișnuită. Turnul este o baterie!

Toată apa va pune multă presiune pe fundul turelei noastre. Dar va fi puternic numai atunci când această structură este complet umplută cu H2O.

Ca urmare, cu cât mai puțină apă, cu atât presiunea va fi mai slabă și presiunea jetului va fi mai mică. Deschizând robinetul, observăm că în fiecare minut raza de acțiune a jetului se va reduce.

Ca urmare:

Tensiunea este forța cu care apa apasă pe fund. Asta este presiunea.
Tensiunea zero este partea de jos a turnului.

Bateria este aceeași.

În primul rând, conectăm o sursă de energie la circuit. Și o închidem în consecință. De exemplu, introduceți o baterie într-o lanternă și porniți-o. Inițial, rețineți că dispozitivul este luminat puternic. După un timp, luminozitatea sa va scădea vizibil. Adică, forța electromotoare a scăzut (a scurs în comparație cu apa din turn).

Dacă luăm ca exemplu un turn de apă, atunci EMF este o pompă care pompează constant apă în turn. Și nu se termină niciodată aici.

EMF al unei celule galvanice - formulă

Forța electromotoare a unei baterii poate fi calculată în două moduri:

Efectuați calculul folosind ecuația Nernst. Va fi necesar să se calculeze potențialele de electrod ale fiecărui electrod inclus în GE. Apoi calculați EMF folosind formula.
Calculați EMF folosind formula Nernst pentru curentul total care generează reacția care are loc în timpul funcționării GE.

Astfel, înarmat cu aceste formule, va fi mai ușor de calculat forța electromotoare a bateriei.

Unde sunt folosite diferite tipuri de EMF?

Piezoelectric este utilizat atunci când un material este întins sau comprimat. Cu ajutorul acestuia se realizează generatoare de energie cu cuarț și diverși senzori.
Produsul chimic este folosit în și baterii.
Inducția apare în momentul în care conductorul traversează camp magnetic. Proprietățile sale sunt utilizate în transformatoare, motoare electrice, generatoare.
Termoelectric se formează în momentul încălzirii contactelor diferitelor tipuri de metale. Și-a găsit aplicația în unități frigorifice și termocupluri.
Fotoelectric este folosit pentru a produce celule fotovoltaice.

Forța electromotoare (EMF)- într-un dispozitiv care efectuează separarea forțată a sarcinilor pozitive și negative (generator), se măsoară în Volți o valoare egală numeric cu diferența de potențial dintre bornele generatorului în absența curentului în circuitul său.

Surse de energie electromagnetică (generatoare)- dispozitive care convertesc energia de orice formă neelectrică în energie electrică. Astfel de surse sunt, de exemplu:

generatoare la centralele electrice (centrale termice, eoliene, nucleare, hidroelectrice) care transformă energia mecanică în energie electrică;

celule galvanice (baterii) și acumulatori de toate tipurile care transformă energia chimică în energie electrică etc.

EMF este numeric egal cu munca pe care o fac forțele externe atunci când mută o sarcină pozitivă unitară în interiorul sursei sau sursa însăși, conducând o sarcină pozitivă unitară printr-un circuit închis.

Forța electromotoare EMF E este o mărime scalară care caracterizează capacitatea unui câmp extern și a unui câmp electric indus de a induce un curent electric. EMF E este numeric egal cu munca (energia) W în jouli (J) consumată de acest câmp a muta o unitate de sarcină (1 C) dintr-un punct al câmpului în altul.

Unitatea de măsură pentru EMF este voltul (V). Astfel, EMF este egal cu 1 V dacă, atunci când o sarcină de 1 C este deplasată de-a lungul unui circuit închis, se efectuează un lucru de 1 J: [E] = I J / 1 C = 1 V.

Mișcarea sarcinilor în jurul șantierului este însoțită de consumul de energie.

Valoarea egală numeric cu munca efectuată de sursă, conducând o singură sarcină pozitivă printr-o secțiune dată a circuitului, se numește tensiune U. Deoarece circuitul este format din secțiuni externe și interne, conceptele de tensiuni în Uin extern și intern Se disting secțiunile Uvt.

Din cele spuse, este evident că EMF-ul sursei este egal cu suma tensiunilor de pe secțiunile U externe și U interne ale circuitului:

E \u003d Uvsh + Uvt.

Această formulă exprimă legea conservării energiei pentru un circuit electric.

Este posibil să se măsoare tensiunile în diferite părți ale circuitului numai atunci când circuitul este închis. EMF se măsoară între bornele sursei cu un circuit deschis.

Direcția EMF este direcția mișcării forțate a sarcinilor pozitive în interiorul generatorului de la minus la plus sub acțiunea unei alte naturi decât electrice.

Rezistența internă a generatorului este rezistența elementelor structurale din interiorul acestuia.

Sursa EMF ideală- un generator, care este egal cu zero, iar tensiunea la bornele sale nu depinde de sarcină. Puterea unei surse EMF ideale este infinită.

Imagine condiționată (circuit electric) a unui generator EMF ideal cu o valoare E prezentată în fig. 1, a.

O sursă EMF reală, spre deosebire de una ideală, conține o rezistență internă Ri și tensiunea acesteia depinde de sarcină (Fig. 1., b), iar puterea sursei este finită. Circuitul electric al unui generator EMF real este o conexiune în serie a unui generator EMF ideal E și rezistența sa internă Ri.

În practică, pentru a aduce modul de funcționare al unui generator EMF real mai aproape de modul de funcționare ideal, ei încearcă să facă cât mai mică rezistența internă a unui generator real Ri, iar rezistența de sarcină Rn trebuie conectată cu o valoare. de cel puţin 10 ori mai mare decât rezistenţa internă a generatorului , adică trebuie îndeplinită condiția: Rn >> Ri

Pentru ca tensiunea de ieșire a unui generator EMF real să nu depindă de sarcină, acesta este stabilizat folosind circuite electronice speciale de stabilizare a tensiunii.

Deoarece rezistența internă a unui generator EMF real nu poate fi redusă la infinit, este redusă la minimum și realizată ca standard pentru posibilitatea unei conexiuni consistente a consumatorilor de energie la acesta. În inginerie radio, impedanța standard de ieșire a generatoarelor EMF este de 50 ohmi (standard industrial) și 75 ohmi (standard de uz casnic).

De exemplu, toate receptoarele de televiziune au o impedanță de intrare de 75 ohmi și sunt conectate la antene cu un cablu coaxial de o astfel de impedanță de undă.

Pentru a aborda generatoarele EMF ideale, sursele de tensiune de alimentare utilizate în toate echipamentele radio-electronice industriale și casnice sunt realizate folosind circuite electronice speciale de stabilizare a tensiunii de ieșire care vă permit să mențineți o tensiune de ieșire aproape constantă a sursei de alimentare într-un interval dat de curenți consumați. de la sursa EMF (uneori numită sursă de tensiune).

Pe circuitele electrice, sursele EMF sunt descrise după cum urmează: E - o sursă de EMF constantă, e (t) - o sursă de EMF armonică (variabilă) sub forma unei funcții de timp.

Forța electromotoare E a unei baterii cu celule identice conectate în serie este egală cu forța electromotoare a unei celule E înmulțită cu numărul de celule n ale bateriei: E = nE.

Forța electromotoare, la oamenii din EMF, precum și tensiunea se măsoară în volți, dar este de o natură complet diferită.

EMF din punct de vedere hidraulic

Cred că ești deja familiarizat cu turnul de apă din ultimul articol despre

Să presupunem că turnul este complet umplut cu apă. Am făcut o gaură în partea de jos a turnului și am tăiat o țeavă în ea, prin care apa curge spre casa ta.

Vecina a vrut să ude castraveții, tu te-ai hotărât să speli mașina, mama a început spălatul și voila! Debitul de apă a devenit din ce în ce mai mic și în curând s-a uscat complet... Ce s-a întâmplat? Turnul a rămas fără apă...

Timpul necesar pentru a goli turnul depinde de capacitatea turnului în sine, precum și de câți consumatori vor folosi apa.

Tot același lucru se poate spune despre condensatorul elementului radio:

Să presupunem că l-am încărcat de la o baterie de 1,5 volți și a luat o încărcare. Să desenăm un condensator încărcat astfel:

Dar de îndată ce conectăm o sarcină la ea (să fie LED-ul să fie sarcina) prin închiderea tastei S, în prima fracțiune de secunde LED-ul va străluci puternic, apoi va dispărea în liniște ... și până când se stinge complet . Timpul de stingere al LED-ului va depinde de capacitatea condensatorului, precum și de ce sarcină atașăm la condensatorul încărcat.

După cum am spus, acest lucru echivalează cu un simplu turn umplut și cu consumatorii care folosesc apă.

Dar de ce atunci turnurile noastre nu rămân niciodată fără apă? Da pentru ca functioneaza. pompa de alimentare cu apa! De unde își ia apa aceasta pompa? Dintr-o fântână care a fost forată pentru a extrage apa subterană. Uneori este numit și artezian.

De îndată ce turnul este complet umplut cu apă, pompa se oprește. În turnurile noastre de apă, pompa menține întotdeauna nivelul maxim al apei.

Deci, să ne amintim ce este stresul? Prin analogie cu hidraulica, acesta este nivelul apei din turnul de apă. Un turn plin este nivelul maxim al apei, ceea ce înseamnă tensiunea maximă. Fără apă în turn - tensiune zero.

EMF de curent electric

După cum vă amintiți din articolele anterioare, moleculele de apă sunt „electroni”. Pentru aparitie curent electric, electronii trebuie să se miște în aceeași direcție. Dar pentru ca ei să se miște în aceeași direcție, trebuie să existe tensiune și un fel de sarcină. Adică apa din turn este o tensiune, iar oamenii care cheltuiesc apă pentru nevoile lor sunt o povară, deoarece creează un flux de apă dintr-o conductă situată la poalele turnului. Iar fluxul nu este altceva decât puterea curentului.

De asemenea, trebuie respectată condiția ca apa să fie întotdeauna la nivelul maxim, indiferent de câte persoane o cheltuiesc pentru nevoile lor în același timp, altfel turnul va fi gol. Pentru un turn de apă, acest instrument de salvare este o pompă de apă. Dar curentul electric?

Pentru un curent electric, trebuie să existe un fel de forță care ar împinge electronii într-o direcție pentru o lungă perioadă de timp. Adică această forță trebuie să miște electronii! Forta electromotoare! Da exact! FORTA ELECTROMOTOARE! Îl poți numi prescurtat EMF - E electro D văzând CU nămol. Se măsoară în volți, ca și tensiune, și este indicat în principal prin literă E.

Înseamnă asta că bateriile noastre au și o astfel de „pompă”? Există și mai corect ar fi să o numim „pompă de electroni”). Dar, desigur, nimeni nu spune asta. Ei spun pur și simplu - EMF. Mă întreb unde este ascunsă această pompă în baterie? Aceasta este pur și simplu o reacție electrochimică, datorită căreia „nivelul apei” din baterie este menținut, dar apoi, cu toate acestea, această pompă se uzează și tensiunea din baterie începe să scadă, deoarece „pompa” nu are timp să pompa apa. În cele din urmă, se strică complet și tensiunea bateriei scade aproape la zero.

Sursă EMF reală

Sursa de energie electrică este o sursă de EMF cu rezistență internă R ext. Ar putea fi oricare elemente chimice surse de alimentare precum baterii și acumulatori

Structura lor internă în ceea ce privește EMF arată cam așa:

Unde E este EMF și R ext este rezistența internă a bateriei

Deci, ce concluzii se pot trage din asta?

Dacă nicio sarcină nu se lipește de baterie, cum ar fi o lampă incandescentă etc., atunci, ca rezultat, puterea curentului într-un astfel de circuit va fi zero. O diagramă simplificată ar fi:

Dar dacă totuși atașăm un bec incandescent la baterie, atunci circuitul nostru se va închide și curentul va curge în circuit:

Dacă desenați un grafic al dependenței puterii circuitului de curent de tensiunea bateriei, atunci va arăta astfel:

Care este concluzia? Pentru a măsura EMF-ul unei baterii, trebuie doar să luăm un multimetru bun cu o rezistență mare de intrare și să măsurăm tensiunea la bornele bateriei.

Sursa EMF ideală

Să presupunem că bateria noastră are rezistență internă zero, apoi se dovedește că R ext \u003d 0.

Este ușor de ghicit că, în acest caz, căderea de tensiune pe rezistența zero va fi, de asemenea, zero. Drept urmare, graficul nostru va arăta astfel:

Ca rezultat, am primit doar o sursă EMF. Prin urmare, o sursă EMF este o sursă de energie ideală, în care tensiunea la bornele nu depinde de puterea curentului din circuit. Adică, indiferent de sarcina pe care am atașat-o unei astfel de surse EMF, în cazul nostru, aceasta va emite în continuare tensiunea necesară fără o reducere. Sursa EMF în sine este desemnată după cum urmează:

În practică, nu există o sursă ideală de fem.

Tipuri de EMF

– electrochimic(EMF al bateriilor și acumulatorilor)

– efect fotoelectric(primind curent electric de la energie solara)

– inducţie(generatoare care folosesc principiul inducției electromagnetice)

– Efect Seebeck sau termoEMF(apariția unui curent electric într-un circuit închis format din conductori diferiți conectați în serie, ale căror contacte sunt la diverse temperaturi)

– piezoEMF(primind EMF de la )

rezumat

EMF este o forță neelectrică care face ca un curent electric să circule într-un circuit.

Real Sursa EMF are o rezistență internă în interiorul acesteia. ideal Rezistența internă a sursei EMF este zero.

O sursă EMF ideală are întotdeauna o valoare constantă a tensiunii la bornele sale, indiferent de sarcina din circuit.

Conţinut:

Când s-a născut conceptul de „electron”, oamenii l-au asociat imediat cu un anumit loc de muncă. Electron este greacă pentru chihlimbar. Faptul că grecii, pentru a găsi această piatră inutilă, în general, magică, au trebuit să călătorească destul de departe spre nord - astfel de eforturi aici, în general, nu contează. Dar a meritat să faci ceva lucru - frecând cu mâinile o pietricică pe o cârpă uscată de lână - și a dobândit noi proprietăți. Toată lumea o știa. Să freci exact așa, de dragul unui interes pur dezinteresat, pentru a observa cum acum micile resturi încep să fie atrase de „electron”: particule de praf, fire de păr, fire, pene. Pe viitor, când a apărut o întreagă clasă de fenomene, unite ulterior în conceptul de „electricitate”, munca care trebuie cheltuită fără greș nu a dat oamenilor pace. Deoarece trebuie să o cheltuiți pentru a obține un truc cu particule de praf, înseamnă că ar fi bine să salvați cumva această muncă, să o acumulați și apoi să o recuperați.

Astfel, din trucuri din ce în ce mai complicate cu diferite materiale și raționament filozofic, au învățat să adune această putere magică într-un borcan. Și apoi faceți astfel încât să fie eliberat treptat din borcan, provocând acțiuni care pot fi deja simțite și foarte curând măsurate. Și l-au măsurat atât de ingenios, având doar câteva bile sau bastoane de mătase și balanțe de torsiune cu arc, încât și acum folosim destul de serios aceleași formule pentru calcularea circuitelor electrice care au pătruns acum întreaga planetă, infinit de complexe, în comparație cu acelea. primele aparate...

Iar numele acestui geniu puternic, așezat într-un borcan, încă mai conține deliciul vechilor descoperitori: „Forța electromotoare”. Dar această forță nu este deloc electrică. Dimpotrivă, o forță teribilă străină, forțând sarcini electrice se mișcă „împotriva voinței lor”, adică depășind repulsia reciprocă și se adună undeva pe o parte. Aceasta are ca rezultat o diferență de potențial. Poate fi folosit și lansând taxe într-un mod diferit. Acolo unde ei „nu sunt păziți” de acest CEM teribil. Și să forțezi, prin urmare, să lucrezi.

Principiul de funcționare

EMF este o forță de o natură foarte diferită, deși se măsoară în volți:

Chimic. Ea provine din procesele de substituire chimică a ionilor unor metale cu ionii altora (mai activi). Ca urmare, se formează electroni suplimentari, care tind să „scape” la marginea celui mai apropiat conductor. Acest proces poate fi reversibil sau ireversibil. Reversibilă - în baterii. Ele pot fi încărcate prin întoarcerea ionilor încărcați înapoi în soluție, ceea ce o face mai acidă, de exemplu (în bateriile acide). Aciditatea electrolitului este motivul EMF al bateriei, acesta funcționează continuu până când soluția devine absolut neutră din punct de vedere chimic.

Magnetodinamic. Apare atunci când un conductor, într-un fel orientat în spațiu, este expus unui câmp magnetic în schimbare. Sau de la un magnet care se mișcă în raport cu un conductor, sau de la mișcarea unui conductor în raport cu un câmp magnetic. În acest caz, electronii tind să se deplaseze și în conductor, ceea ce le permite să fie capturați și plasați pe contactele de ieșire ale dispozitivului, creând o diferență de potențial.

electromagnetic. Un câmp magnetic alternativ este creat în materialul magnetic printr-o tensiune electrică alternativă a înfășurării primare. În înfășurarea secundară are loc mișcarea electronilor și, prin urmare, tensiunea este proporțională cu tensiunea din înfășurarea primară. Simbolul EMF poate fi folosit pentru a desemna transformatoarele din circuitele de substituție echivalente.

Fotovoltaic. Lumina, care cade pe unele materiale conductoare, este capabilă să elimine electronii, adică să-i elibereze. Se creează un exces al acestor particule, motiv pentru care cele în exces sunt împinse către unul dintre electrozi (anod). Există o tensiune care poate genera un curent electric. Astfel de dispozitive se numesc fotocelule. Inițial, au fost inventate fotocelulele cu vid, în care electrozii erau instalați într-un balon cu vid. În acest caz, electronii au fost împinși din placa metalică (catod) și capturați de un alt electrod (anod). Astfel de fotocelule și-au găsit aplicație în senzorii de lumină. Odată cu inventarea unor fotocelule semiconductoare mai practice, a devenit posibilă crearea de baterii puternice din acestea, pentru a genera o tensiune semnificativă prin însumarea forței electromotoare a fiecăruia dintre ele.

Termoelectric. Dacă două metale sau semiconductori diferite sunt lipite într-un punct și apoi căldura este livrată în acest punct, de exemplu, lumânări, atunci la capetele opuse ale unei perechi de metale (termocupluri) există o diferență în densitatea gazului de electroni. . Această diferență se poate acumula dacă termocuplurile sunt conectate în serie, similar conexiunii celulelor galvanice într-o baterie sau a celulelor fotovoltaice individuale într-o baterie solară. ThermoEMF este utilizat în senzori de temperatură foarte precisi. Acest fenomen este asociat cu mai multe efecte (Peltier, Thomson, Seebeck), care sunt investigate cu succes. Este un fapt că căldura poate fi transformată direct în forță electromotoare, adică tensiune.

electrostatic. Astfel de surse de EMF au fost inventate aproape simultan cu celulele galvanice sau chiar mai devreme (dacă luăm în considerare frecarea chihlimbarului cu mătase ca o producție normală de EMF). Se mai numesc și mașini cu electrofor sau, după numele inventatorului, generatoare Wimshurst. Deși Wimshurst a creat o soluție tehnică clară care permite ca potențialul îndepărtat să fie acumulat într-un borcan Leiden - primul condensator (mai mult, de bună capacitate). Prima mașină de electrofor poate fi considerată o minge uriașă de sulf, montată pe o axă, aparatul burgmasterului de Magdeburg Otto von Guericke la mijlocul secolului al XVII-lea. Principiul de funcționare este frecarea materialelor care sunt ușor electrificate de la frecare. Adevărat, progresul lui von Guericke poate fi numit, după cum se spune, mânat de lene, atunci când nu există dorința de a freca chihlimbarul sau altceva cu mâna. Deși, desigur, acest politician curios de ceva, dar fantezia și activitatea nu trebuia să fie ocupată. Să ne amintim măcar de cunoscuta lui experiență cu două șiruri de măgari (sau catâri) rupând o minge fără aer de lanțuri în două emisfere.

Electrizarea, așa cum sa presupus inițial, vine tocmai din „frecare”, adică prin frecarea chihlimbarului cu o cârpă, „smulgem” electroni de pe suprafața ei. Cu toate acestea, studiile au arătat că acest lucru nu este atât de simplu. Se pare că există întotdeauna nereguli de încărcare pe suprafața dielectricilor, iar ionii din aer sunt atrași de aceste nereguli. Se formează un astfel de strat de ioni de aer, pe care îl deterioram prin frecarea suprafeței.

Termionic. Când metalele sunt încălzite, electronii sunt eliberați de pe suprafața lor. În vid, ajung la un alt electrod și induc acolo un potențial negativ. O direcție foarte promițătoare chiar acum. Figura prezintă o schemă pentru protejarea unei aeronave hipersonice de supraîncălzirea părților corpului de către un flux de aer care se apropie, iar termoelectronii emiși de catod (care este apoi răcit - acțiunea simultană a efectelor Peltier și/sau Thomson) ajung la anod, inducând o încărcare asupra acestuia. Încărcarea, sau mai degrabă, tensiunea, care este egală cu EMF recepționat, poate fi utilizată în circuitul de consum din interiorul dispozitivului.

1 - catod, 2 - anod, 3, 4 - robinete catod și anod, 5 - consumator

Piezoelectric. Mulți dielectrici cristalini, atunci când experimentează presiune mecanică asupra lor în orice direcție, reacționează la aceasta prin inducerea unei diferențe de potențial între suprafețele lor. Această diferență depinde de presiunea aplicată și, prin urmare, este deja utilizată în senzorii de presiune. Brichetele piezoelectrice pentru aragaz nu necesită nicio altă sursă de energie - doar apăsând un buton cu degetul. Încercări cunoscute de a crea un sistem de aprindere piezoelectric în vehicule bazat pe piezoceramică, care primește presiune de la un sistem de came asociat cu arborele principal al motorului. Piezoelectricele „bune” - în care proporționalitatea EMF cu presiunea este foarte precisă - sunt foarte dure (de exemplu, cuarț), aproape că nu se deformează sub presiune mecanică.

Cu toate acestea, expunerea îndelungată la presiunea asupra lor provoacă distrugerea lor. În natură, straturile groase de rocă sunt și ele piezoelectrice, presiunea straturilor pământului induce sarcini uriașe pe suprafețele lor, ceea ce dă naștere furtuni titanice și furtuni în adâncurile pământului. Cu toate acestea, nu totul este atât de groaznic. Piezoelectricele elastice au fost deja dezvoltate și chiar și fabricarea de produse bazate pe acestea (și bazate pe nanotehnologie) pentru vânzare a început deja.

Faptul că unitatea de măsură a EMF este unitatea de tensiune electrică este de înțeles. Deoarece cele mai diverse mecanisme care creează forța electromotoare a sursei de curent, toate își transformă tipurile de energie în mișcare și acumulare de electroni, iar acest lucru duce în cele din urmă la apariția unei astfel de tensiuni.

Curent provenit din EMF

Forța electromotoare a sursei de curent este forța motrice pe care electronii din aceasta încep să se miște dacă sunt închise circuit electric. EMF îi obligă să facă acest lucru, folosind „jumătatea” sa neelectrică a naturii, care nu depinde, până la urmă, de jumătatea asociată cu electronii. Deoarece se crede că curentul din circuit curge de la plus la minus (o astfel de direcție a fost determinată înainte ca toată lumea să știe că electronul este o particulă negativă), atunci în interiorul dispozitivului cu EMF, curentul face mișcarea finală - de la minus la la care se adauga. Și desenează întotdeauna la semnul EMF, unde este îndreptată săgeata - +. Numai în ambele cazuri - atât în interiorul EMF al sursei de curent, cât și în exterior, adică în circuitul consumator - avem de-a face cu curentul electric cu toate proprietățile sale obligatorii. În conductoare, curentul întâlnește rezistența lor. Și aici, în prima jumătate a ciclului, avem rezistența de sarcină, în a doua, internă, - rezistența sursă sau rezistența internă.

Procesul intern nu funcționează instantaneu (deși foarte rapid), ci cu o anumită intensitate. El face munca de a livra taxe de la minus la plus, iar acest lucru se întâlnește și cu rezistență...

Rezistența este de două feluri.

Rezistența internă lucrează împotriva forțelor care separă sarcinile, are o natură „apropiată” de aceste forțe separatoare. Cel puțin funcționează cu ele într-un singur mecanism. De exemplu, un acid care preia oxigenul din dioxidul de plumb și îl înlocuiește cu ioni de SO 4 - are cu siguranță o anumită rezistență chimică. Și acest lucru se manifestă doar ca lucrul rezistenței interne a bateriei.
Când jumătatea exterioară (de ieșire) a circuitului nu este închisă, apariția din ce în ce mai mulți electroni la unul dintre poli (și scăderea lor de la celălalt pol) determină o creștere a tensiunii câmp electrostatic pe polii bateriei și o creștere a repulsiei între electroni. Acest lucru permite sistemului „să nu se încurce” și să se oprească la o anumită stare de saturație. Nu mai sunt scoși electroni din baterie afară. Și în exterior arată ca prezența unei tensiuni electrice constante între bornele bateriei, care se numește U xx, tensiunea în circuit deschis. Și este numeric egal cu EMF - forță electromotoare. Prin urmare, unitatea de măsură pentru EMF este voltul (în sistemul SI).

Dar dacă conectați la baterie doar o sarcină de conductori cu rezistență diferită de zero, atunci va curge imediat un curent, a cărui putere este determinată de legea lui Ohm.

S-ar părea că este posibil să se măsoare rezistența internă a sursei EMF. Merită să includeți un ampermetru în circuit și să scurtați (scurtați) rezistența externă. Cu toate acestea, rezistența internă este atât de scăzută încât bateria va începe să se descarce catastrofal, generând o cantitate uriașă de căldură, atât pe conductorii externi scurtcircuitați, cât și în spațiul intern al sursei.

Cu toate acestea, puteți face altfel:

Măsurați E (rețineți, tensiunea în circuit deschis, unitatea de măsură este volți).
Conectați un rezistor ca sarcină și măsurați căderea de tensiune pe el. Calculați curentul I 1 .
Puteți calcula valoarea rezistenței interne a sursei EMF folosind expresia pentru r

În mod obișnuit, capacitatea unei baterii de a produce electricitate este măsurată prin „capacitatea” sa de energie în amperi oră. Dar ar fi interesant de văzut ce curent maxim poate produce. În ciuda faptului că, probabil, forța electromotoare a sursei de curent o va face să explodeze. Deoarece ideea de a aranja un scurtcircuit pe acesta nu părea foarte tentantă, această valoare poate fi calculată pur teoretic. EMF este egal cu U xx. Trebuie doar să desenați un grafic al căderii de tensiune pe rezistență în funcție de curent (și, prin urmare, rezistența de sarcină) până la punctul în care rezistența de sarcină va fi zero. Acesta este punctul eukz, intersecția liniei roșii cu linia de coordonate eu , în care tensiunea U a devenit zero, iar întreaga tensiune E a sursei va cădea pe rezistența internă.

Adesea, conceptele de bază aparent simple nu pot fi întotdeauna înțelese fără exemple și analogii. Ce este forța electromotoare și cum funcționează, poate fi imaginat doar luând în considerare numeroasele sale manifestări. Și merită să luăm în considerare definiția EMF, deoarece este dată de surse solide prin cuvinte academice inteligente - și să o luăm de la început de la început: forța electromotoare a sursei de curent. Sau imprimați pe perete cu litere aurii:

Să aflăm care este valoarea principală caracteristică a sursei curente. Orice sursă de curent are doi poli: pozitiv și negativ. Pentru ca acesta să aibă acești poli, este necesar să colectați sarcini pozitive gratuite în interiorul său la un pol și sarcini negative la celălalt. Pentru a face acest lucru, trebuie să lucrați. Această muncă nu poate fi efectuată de forțe electrostatice, deoarece, spre deosebire de sarcini, sunt atrase și trebuie separate. Lucrările privind acumularea sarcinilor nu sunt efectuate de forțe electrostatice, ci de terți. Natura acestuia din urmă poate fi diferită. De exemplu, la generatoarele de curent electric, separarea sarcinilor se realizează prin forțele câmpului magnetic, în baterii și celule galvanice - prin cele chimice. Studiul surselor de curent arată că raportul dintre munca unei forțe externe și sarcina acumulată la pol pentru o anumită sursă de curent este o valoare constantă și se numește forța electromotoare a sursei de curent:

Forța electromotoare a sursei de curent

Valoarea scalară, care este o caracteristică a sursei de curent și măsurată prin munca efectuată de o forță externă în interiorul acesteia prin acumularea a 1 k de sarcină pe fiecare pol, se numește forța electromotoare a sursei de curent.Încărcați 1 la, acumulat la polul sursei de curent, are o energie electrică potențială egală numeric cu e. d.s. sursă.

Unitatea e. d.s.

Să măsurăm e. d.s. sursa actuala. Conectam un voltmetru la celula galvanică demonstrativă (Fig. 75, a) *. Schimbând poziția relativă a electrozilor în electrolit, precum și cantitatea de scufundare a acestora în electrolit, vedem că citirile voltmetrului ( 1,02 in) nu schimba. E. d. s. nu depinde de dimensiunea sursei curente. Depinde doar de natura forțelor externe care provoacă acumularea de sarcini la poli. Fiecare sursă de curent are propriul e. d.s.

* (Cu un astfel de îngheț, d.s. citirea voltmetrului va fi puțin mai mică decât valoarea e. d.s. Cu cât rezistența bobinei voltmetrului este mai mare în comparație cu rezistența internă a sursei, cu atât această diferență va fi mai mică, ceea ce se observă în experimentul descris.)

Când circuitul electric este închis, sursa de curent formează un câmp electric staționar în fire și îi transferă energia acumulată de sarcinile de pe polii săi. Datorită acestei energii, câmpul staționar lucrează pentru a forma un curent, transferându-i energia acestuia, pe care consumatorul curent o transformă în alte tipuri de energie.

Partea internă a circuitului care alcătuiește sursa de curent, ca orice conductor, are rezistență; se numeste rezistența internă a sursei de curent r. Pentru un generator de curent, rezistența internă este rezistența înfășurării armăturii, pt surse chimice rezistență la electroliți.

Când circuitul este închis, câmpul electric, mișcă sarcina 1 la de la punctul A la punctul B de-a lungul secțiunii exterioare a circuitului (Fig. 75, b), efectuează un lucru care este numeric egal cu tensiunea U din această secțiune. După ce a ajuns la polul B, încărcarea 1 la trebuie să meargă în secțiunea interioară a circuitului și să se deplaseze la polul A. Pentru ca acesta să fie din nou la polul A și să aibă aceeași energie E ca la ieșirea din punctul A, forțele externe ale sursei de curent trebuie să lucreze în mod egal asupra acesteia. la munca cheltuită asupra mișcării de-a lungul secțiunii exterioare a circuitului, care este numeric egală cu tensiunea U din această secțiune, plus munca depusă la depășirea rezistenței interne r a sursei. Acesta din urmă este numeric egal cu tensiunea u din secțiunea interioară a circuitului. Prin urmare, e. d.s. sursa este numeric egală cu E \u003d U + u.Forța electromotoare este numeric egală cu munca pe care o face sursa de curent prin deplasarea unei sarcini de 1 k pe tot circuitul.

Măsurăm tensiunea pe secțiunile exterioare și interioare; lanțuri (Fig. 75, c) *. Voltmetrul A arată tensiunea pe rezistența externă R, iar voltmetrul B - pe cea internă; rezistenta r. Prin modificarea valorii rezistenței circuitului extern; observăm că în acest caz se modifică tensiunea în secțiunile circuitului (Tabelul 4).

* (Sondele 1 și 2 sunt realizate din sârmă groasă de cupru în izolație PVC, care este tăiată din partea situată spre mijlocul vasului. Sondele sunt în contact cu electrozii cu izolație.)

Vedem că suma tensiunilor de pe secțiunile exterioare și interioare ale circuitului este o valoare constantă (în limitele erorilor experimentale) și este egală cu e. d.s. sursă. Acesta arată cantitatea de energie pe care sursa de curent o poate transfera circuitului electric atunci când se deplasează prin întregul circuit de încărcare în 1 la.