Takže eds. Aká je elektromotorická sila emf. Definícia a fyzikálny význam

Uprostred školský rok veľa vedci požadovaný vzorec emf pre rôzne výpočty. Experimenty súvisiace s tiež potrebujú informácie o elektromotorickej sile. Ale pre začiatočníkov nie je také ľahké pochopiť, čo to je.

Vzorec na nájdenie emf

Poďme sa najprv zaoberať definíciou. Čo znamená táto skratka?

EMF alebo elektromotorická sila je parameter charakterizujúci prácu akýchkoľvek síl neelektrickej povahy pôsobiacich v obvodoch, kde je sila prúdu, jednosmerná aj striedavá, po celej dĺžke rovnaká. V spojenom vodivom obvode sa EMF rovná práci týchto síl pri pohybe jediného kladného (kladného) náboja pozdĺž celého obvodu.

Obrázok nižšie zobrazuje vzorec emf.

Ast - znamená prácu vonkajších síl v jouloch.

q je prenesený náboj v coulombách.

Sily tretích strán- sú to sily, ktoré vykonávajú oddelenie nábojov v zdroji a v dôsledku toho vytvárajú potenciálny rozdiel na jeho póloch.

Pre túto silu je jednotkou merania volt. Vo vzorcoch sa označuje písmenom « E".

Až v momente neprítomnosti prúdu v batérii sa elektromotorický si-a bude rovnať napätiu na póloch.

Indukcia EMF:

EMF indukcie v obvode sNotočí:

Pri pohybe:

Elektromotorická sila indukcia v obvode rotujúcom v magnetickom poli rýchlosťouw:

Tabuľka hodnôt

Jednoduché vysvetlenie elektromotorickej sily

Predpokladajme, že v našej obci je vodná veža. Je úplne naplnená vodou. Predpokladajme, že ide o obyčajnú batériu. Veža je batéria!

Všetka voda bude vyvíjať veľký tlak na dno našej veže. Ale bude silný iba vtedy, keď bude táto štruktúra úplne naplnená H20.

V dôsledku toho, čím menej vody, tým slabší bude tlak a tlak prúdu bude menší. Po otvorení kohútika si všimneme, že každú minútu sa rozsah prúdu zníži.

Ako výsledok:

1. Napätie je sila, ktorou voda tlačí na dno. To je tlak.
2. Nulové napätie je spodná časť veže.

Batéria je rovnaká.

V prvom rade pripojíme do okruhu zdroj energie. A podľa toho to uzavrieme. Napríklad vložte batériu do baterky a zapnite ju. Spočiatku si všimnite, že zariadenie svieti jasne. Po chvíli sa jeho jas citeľne zníži. To znamená, že elektromotorická sila sa znížila (uniká v porovnaní s vodou vo veži).

Ak vezmeme ako príklad vodárenskú vežu, potom EMF je čerpadlo, ktoré neustále čerpá vodu do veže. A tam to nikdy nekončí.

EMP galvanického článku - vzorec

Elektromotorickú silu batérie možno vypočítať dvoma spôsobmi:

• Vykonajte výpočet pomocou Nernstovej rovnice. Bude potrebné vypočítať elektródové potenciály každej elektródy zahrnutej v GE. Potom vypočítajte EMF pomocou vzorca.
• Vypočítajte EMF pomocou Nernstovho vzorca pre celkový prúd generujúci reakciu, ku ktorej dochádza počas prevádzky GE.

Vyzbrojení týmito vzorcami bude teda jednoduchšie vypočítať elektromotorickú silu batérie.

Kde sa používajú rôzne typy EMF?

1. Piezoelektrické sa používa, keď je materiál natiahnutý alebo stlačený. S jeho pomocou sa vyrábajú kremenné generátory energie a rôzne senzory.
2. V batériách sa používa chemikália.
3. Indukcia sa objaví v okamihu, keď sa vodič prekríži magnetické pole. Jeho vlastnosti sa využívajú v transformátoroch, elektromotoroch, generátoroch.
4. Termoelektrické vzniká v momente zahrievania kontaktov rôznych druhov kovov. Svoje uplatnenie našiel v chladiacich jednotkách a termočlánkoch.
5. Fotoelektrika sa používa na výrobu fotovoltaických článkov.

Elektromotorická sila (EMF)- v zariadení, ktoré vykonáva nútenú separáciu kladných a záporných nábojov (generátor), sa hodnota numericky rovná potenciálnemu rozdielu medzi svorkami generátora pri absencii prúdu v jeho obvode vo voltoch.

Zdroje elektromagnetickej energie (generátory)- zariadenia, ktoré premieňajú energiu akejkoľvek neelektrickej formy na elektrickú energiu. Takými zdrojmi sú napr.

generátory v elektrárňach (tepelné, veterné, jadrové, vodné elektrárne), ktoré premieňajú mechanickú energiu na elektrickú energiu;

galvanické články (batérie) a akumulátory všetkých typov, ktoré premieňajú chemickú energiu na elektrickú atď.

EMF sa numericky rovná práci, ktorú vykonávajú vonkajšie sily, keď pohybujú jednotkovým kladným nábojom vo vnútri zdroja alebo samotného zdroja, pričom vedú jednotkový kladný náboj cez uzavretý okruh.

Elektromotorická sila EMF E je skalárna veličina charakterizujúca schopnosť vonkajšieho a indukovaného poľa elektrické pole spôsobiť elektrický prúd. EMF E sa číselne rovná práci (energii) W v jouloch (J) vynaloženej týmto poľom na presun jednotky náboja (1 C) z jedného bodu poľa do druhého.

Jednotkou merania EMF je volt (V). EMF sa teda rovná 1 V, ak sa pri pohybe náboja 1 C pozdĺž uzavretého okruhu vykoná práca 1 J: [E] = I J / 1 C = 1 V.

Pohyb nábojov po mieste je sprevádzaný výdajom energie.

Hodnota, ktorá sa číselne rovná práci vykonanej zdrojom, ktorý vedie jeden kladný náboj cez danú časť obvodu, sa nazýva napätie U. Keďže obvod pozostáva z vonkajšej a vnútornej časti, koncepty napätí vo vonkajšom Uin a internom obvode Rozlišujú sa UV sekcie.

Z toho, čo bolo povedané, je zrejmé, že EMF zdroja sa rovná súčtu napätí na vonkajšej časti U a vnútornej časti U obvodu:

E \u003d Uvsh + UVT.

Tento vzorec vyjadruje zákon zachovania energie pre elektrický obvod.

Napätie v rôznych častiach obvodu je možné merať len vtedy, keď je obvod uzavretý. EMF sa meria medzi svorkami zdroja s otvoreným obvodom.

Smer EMF je smer núteného pohybu kladných nábojov vo vnútri generátora od mínus do plus pri pôsobení iného ako elektrického charakteru.

Vnútorný odpor generátora je odpor konštrukčných prvkov v ňom.

Ideálny zdroj EMF- generátor, ktorý sa rovná nule a napätie na jeho svorkách nezávisí od zaťaženia. Sila ideálneho zdroja EMF je nekonečná.

Podmienený obraz (elektrický obvod) ideálneho generátora EMF s hodnotou E znázornené na obr. 1, a.

Skutočný zdroj EMF na rozdiel od ideálneho obsahuje vnútorný odpor Ri a jeho napätie závisí od záťaže (obr. 1., b) a výkon zdroja je konečný. Elektrický obvod skutočného generátora EMF je sériovým zapojením ideálneho generátora EMF E a jeho vnútorného odporu Ri.

V praxi, aby sa prevádzkový režim skutočného generátora EMF priblížil ideálnemu prevádzkovému režimu, snažia sa, aby vnútorný odpor skutočného generátora Ri bol čo najmenší a odpor záťaže Rn musí byť spojený s hodnotou aspoň 10-krát väčší ako vnútorný odpor generátora , t.j. musí byť splnená podmienka: Rn >> Ri

Aby výstupné napätie skutočného generátora EMF nezáviselo od zaťaženia, je stabilizované pomocou špeciálnych elektronických obvodov na stabilizáciu napätia.

Pretože vnútorný odpor skutočného generátora EMF nemôže byť nekonečne malý, je minimalizovaný a vykonávaný ako štandard pre možnosť konzistentného pripojenia spotrebiteľov energie k nemu. V rádiotechnike je štandardná výstupná impedancia EMF generátorov 50 ohmov (priemyselný štandard) a 75 ohmov (domáci štandard).

Napríklad všetky televízne prijímače majú vstupnú impedanciu 75 ohmov a sú spojené s anténami koaxiálnym káblom s presne takouto vlnovou impedanciou.

Na priblíženie sa ideálnym generátorom EMF sa zdroje napájacieho napätia používané vo všetkých priemyselných a domácich rádioelektronických zariadeniach vykonávajú pomocou špeciálnych elektronických obvodov na stabilizáciu výstupného napätia, ktoré umožňujú udržiavať takmer konštantné výstupné napätie zdroja energie v danom rozsahu spotrebovaných prúdov. zo zdroja EMF (niekedy sa to nazýva zdroj napätia).

Na elektrických obvodoch sú zdroje EMF znázornené nasledovne: E - zdroj konštantného EMF, e (t) - zdroj harmonického (variabilného) EMF vo forme funkcie času.

Elektromotorická sila E batérie identických článkov zapojených do série sa rovná elektromotorickej sile jedného článku E vynásobenej počtom článkov n batérie: E = nE.

Elektromotorická sila u ľudí EMF, ako aj napätie sa meria vo voltoch, ale má úplne inú povahu.

EMF z hľadiska hydrauliky

Myslím, že vodnú vežu už poznáte z minulého článku o

Predpokladajme, že veža je úplne naplnená vodou. V spodnej časti veže sme vyvŕtali dieru a vyrezali do nej potrubie, cez ktoré vám tečie voda do domu.

Sused chcel poliať uhorky, vy ste sa rozhodli umyť auto, matka začala prať a voilá! Prúdenie vody bolo stále menej a menej a čoskoro úplne vyschlo... Čo sa stalo? Vo veži došla voda...

Čas potrebný na vyprázdnenie veže závisí od kapacity samotnej veže, ako aj od toho, koľko spotrebiteľov spotrebuje vodu.

To isté možno povedať o kondenzátore rádiového prvku:

Povedzme, že sme ho nabíjali z 1,5 V batérie a nabilo sa to. Nakreslíme nabitý kondenzátor takto:

Ale akonáhle k nemu pripojíme záťaž (nech LED je záťažou) zatvorením klávesu S, v prvom zlomku sekúnd sa LED rozsvieti jasne a potom ticho zhasne ... a kým úplne nezhasne . Doba zhasnutia LED bude závisieť od kapacity kondenzátora, ako aj od toho, akú záťaž pripojíme k nabitému kondenzátoru.

Ako som povedal, toto sa rovná jednoduchej naplnenej veži a spotrebiteľom, ktorí používajú vodu.

Ale prečo potom našim vežiam nikdy nedôjde voda? Áno, pretože to funguje. čerpadlo na prívod vody! Odkiaľ berie toto čerpadlo vodu? Zo studne, ktorá bola navŕtaná na extrakciu podzemnej vody. Niekedy sa nazýva aj artézsky.

Akonáhle je veža úplne naplnená vodou, čerpadlo sa vypne. V našich vodárenských vežiach čerpadlo vždy udržiava maximálnu hladinu vody.

Poďme si teda pripomenúť, čo je stres? Analogicky s hydraulikou je to hladina vody vo vodárenskej veži. Plná veža je maximálna hladina vody, čo znamená maximálne napätie. Žiadna voda vo veži - nulové napätie.

EMF elektrického prúdu

Ako si pamätáte z predchádzajúcich článkov, molekuly vody sú „elektróny“. Aby došlo k vzniku elektrického prúdu, elektróny sa musia pohybovať rovnakým smerom. Ale aby sa pohybovali rovnakým smerom, musí existovať napätie a nejaké zaťaženie. To znamená, že voda vo veži je napätá a ľudia, ktorí míňajú vodu pre svoje potreby, sú záťažou, pretože vytvárajú prúd vody z potrubia umiestneného na päte veže. A tok nie je nič iné ako sila prúdu.

Treba dodržať aj podmienku, že voda musí byť vždy na maximálnej úrovni bez ohľadu na to, koľko ľudí ju súčasne minie pre svoju potrebu, inak bude veža prázdna. Pre vodárenskú vežu je týmto nástrojom na záchranu života vodné čerpadlo. A čo elektrický prúd?

Pre elektrický prúd musí existovať nejaká sila, ktorá by tlačila elektróny jedným smerom po dlhú dobu. To znamená, že táto sila musí pohybovať elektrónmi! Elektromotorická sila!Áno presne! ELEKTROMOTÍVNA SILA! Môžete to nazvať skrátene EMF - E elektro D vidieť S bahno. Meria sa vo voltoch ako napätie a označuje sa hlavne písmenom E.

Znamená to, že aj naše batérie majú takúto „pumpu“? Existuje a bolo by správnejšie nazývať to „elektrónové čerpadlo“). Ale to, samozrejme, nikto nehovorí. Jednoducho hovoria - EMF. Zaujímalo by ma, kde je táto pumpa ukrytá v batérii? Ide jednoducho o elektrochemickú reakciu, vďaka ktorej sa udržiava „hladina vody“ v batérii, ale potom sa toto čerpadlo opotrebuje a napätie v batérii začne klesať, pretože „čerpadlo“ nemá čas čerpať vodu. Nakoniec sa úplne pokazí a napätie na batérii klesne takmer na nulu.

Skutočný zdroj EMF

Zdrojom elektrickej energie je zdroj EMP s vnútorným odporom R ext. Môže to byť hocijaké chemické prvky napájacie zdroje, ako sú batérie a akumulátory

Ich vnútorná štruktúra z hľadiska EMF vyzerá asi takto:

Kde E je EMF a R ext je vnútorný odpor batérie

Aké závery z toho teda možno vyvodiť?

Ak na batérii nelipne žiadne zaťaženie, napríklad žiarovka atď., V dôsledku toho bude sila prúdu v takomto obvode nulová. Zjednodušený diagram by bol:

Ak však k batérii pripojíme žiarovku, náš obvod sa uzavrie a obvodom bude prúdiť prúd:

Ak nakreslíte graf závislosti sily v prúdovom obvode od napätia na batérii, bude to vyzerať takto:

aký je záver? Aby sme mohli zmerať EMF batérie, musíme si vziať dobrý multimeter s vysokým vstupným odporom a zmerať napätie na svorkách batérie.

Ideálny zdroj EMF

Povedzme, že naša batéria má nulový vnútorný odpor, potom sa ukáže, že R ext \u003d 0.

Je ľahké uhádnuť, že v tomto prípade bude pokles napätia na nulovom odpore tiež nulový. V dôsledku toho bude náš graf vyzerať takto:

Výsledkom je, že máme len zdroj EMF. Preto je zdroj EMF ideálnym zdrojom energie, v ktorom napätie na svorkách nezávisí od sily prúdu v obvode. To znamená, že bez ohľadu na to, akú záťaž by sme pripojili k takémuto zdroju EMF, v našom prípade bude stále vydávať požadované napätie bez poklesu. Samotný zdroj EMF je označený takto:

V praxi neexistuje ideálny zdroj emf.

Typy EMF

– elektrochemické(EMF batérií a akumulátorov)

– fotoelektrický efekt(prijíma elektrický prúd z solárna energia)

– indukcia(generátory využívajúce princíp elektromagnetickej indukcie)

– Seebeckov efekt alebo termoEMF(výskyt elektrického prúdu v uzavretom obvode pozostávajúcom zo sériovo zapojených rozdielnych vodičov, ktorých kontakty sú na rôzne teploty)

– piezoEMF(príjem EMF od )

Zhrnutie

EMF je neelektrická sila, ktorá spôsobuje tok elektrického prúdu v obvode.

Reálny Zdroj EMF má vo vnútri vnútorný odpor. ideálne Vnútorný odpor zdroja EMF je nulový.

Ideálny zdroj EMF má na svojich svorkách vždy konštantnú hodnotu napätia, bez ohľadu na zaťaženie v obvode.

Obsah:

Keď sa zrodil pojem „elektrón“, ľudia si ho okamžite spájali s určitou prácou. Elektrón je grécky jantár. Skutočnosť, že Gréci, aby našli tento zbytočný, vo všeobecnosti magický kameň, museli cestovať dosť ďaleko na sever - takéto úsilie sa tu vo všeobecnosti nepočíta. Ale stálo to za to urobiť nejakú prácu - trením kamienok na suchú vlnenú handričku rukami - a získal nové vlastnosti. Všetci to vedeli. Trieť len tak, kvôli čisto nezaujatému záujmu, aby ste pozorovali, ako sa teraz k „elektrónu“ začínajú priťahovať malé úlomky: prachové častice, chlpy, vlákna, perie. V budúcnosti, keď sa objavila celá trieda javov, neskôr zjednotených v koncepte „elektriny“, práca, ktorú treba bez problémov vynaložiť, nedala ľuďom pokoj. Keďže ho musíte minúť, aby ste získali trik s prachovými časticami, znamená to, že by bolo pekné nejako zachrániť túto prácu, nahromadiť ju a potom ju získať späť.

A tak sa z čoraz komplikovanejších trikov s rôznymi materiálmi a filozofickým uvažovaním naučili zbierať túto magickú silu do pohára. A potom to urobte tak, že sa postupne uvoľňuje z nádoby, čo spôsobuje akcie, ktoré už možno cítiť a veľmi skoro zmerať. A zmerali to tak dômyselne, mali len pár hodvábnych guľôčok alebo palíc a pružinové torzné váhy, že aj teraz celkom vážne používame rovnaké vzorce na výpočet elektrických obvodov, ktoré sú teraz nekonečne zložité v porovnaní s tými. prvé zariadenia..

A meno tohto mocného džina, ktorý sedí v nádobe, stále obsahuje potešenie starých objaviteľov: "Elektromotorická sila." Ale táto sila nie je vôbec elektrická. Naopak, je to cudzia strašná sila, ktorá spôsobuje, že elektrické náboje sa pohybujú „proti ich vôli“, teda prekonávajú vzájomné odpudzovanie, a zhromažďujú sa niekde na jednej strane. To má za následok potenciálny rozdiel. Dá sa použiť aj iným spôsobom, keď spustíte poplatky. Kde ich „nestráži“ toto hrozné EMP. A prinútiť tým urobiť nejakú prácu.

Princíp činnosti

EMF je sila veľmi odlišnej povahy, hoci sa meria vo voltoch:

• Chemický. Pochádza z procesov chemickej substitúcie iónov niektorých kovov iónmi iných (aktívnejších). V dôsledku toho sa vytvárajú ďalšie elektróny, ktoré majú tendenciu „unikať“ na okraji najbližšieho vodiča. Tento proces môže byť reverzibilný alebo nezvratný. Obojstranné - na batérie. Môžu sa nabíjať vrátením nabitých iónov späť do roztoku, čím sa stáva kyslejším, napríklad (v kyselinových batériách). Kyslosť elektrolytu je dôvodom EMF batérie, funguje nepretržite, kým sa roztok nestane absolútne chemicky neutrálnym.

• Magnetodynamický. Vyskytuje sa, keď je vodič, nejakým spôsobom orientovaný v priestore, vystavený meniacemu sa magnetickému poľu. Alebo z pohybu magnetu voči vodiču alebo z pohybu vodiča voči magnetickému poľu. Elektróny v tomto prípade majú tiež tendenciu pohybovať sa vo vodiči, čo umožňuje ich zachytenie a umiestnenie na výstupné kontakty zariadenia, čím vzniká rozdiel potenciálov.

• elektromagnetické. Striedavé magnetické pole vzniká v magnetickom materiáli striedavým elektrickým napätím primárneho vinutia. V sekundárnom vinutí dochádza k pohybu elektrónov, a preto je napätie úmerné napätiu v primárnom vinutí. Symbol EMF možno použiť na označenie transformátorov v ekvivalentných substitučných obvodoch.

• Fotovoltaické. Svetlo dopadajúce na niektoré vodivé materiály je schopné vyradiť elektróny, to znamená uvoľniť ich. Týchto častíc vzniká nadbytok, preto sa nadbytočné tlačia na jednu z elektród (anóda). Existuje napätie, ktoré môže generovať elektrický prúd. Takéto zariadenia sa nazývajú fotobunky. Spočiatku boli vynájdené vákuové fotobunky, v ktorých boli elektródy inštalované v banke s vákuom. V tomto prípade boli elektróny vytlačené z kovovej platne (katódy) a zachytené ďalšou elektródou (anódou). Takéto fotobunky našli uplatnenie vo svetelných senzoroch. S vynálezom praktickejších polovodičových fotočlánkov bolo možné z nich vytvoriť výkonné batérie, aby sa vytvorilo značné napätie súčtom elektromotorickej sily každého z nich.

• Termoelektrické. Ak sú v jednom bode spájkované dva rôzne kovy alebo polovodiče a potom sa do tohto bodu dodáva teplo, napríklad sviečky, potom na opačných koncoch dvojice kovov (termočlánky) je rozdiel v hustote elektrónového plynu. . Tento rozdiel sa môže akumulovať, ak sú termočlánky zapojené do série, podobne ako pri zapojení galvanických článkov v batérii alebo jednotlivých fotovoltaických článkov v solárnej batérii. ThermoEMF sa používa vo veľmi presných snímačoch teploty. Tento jav je spojený s viacerými efektmi (Peltier, Thomson, Seebeck), ktoré sú úspešne skúmané. Faktom je, že teplo sa dá priamo premeniť na elektromotorickú silu, teda napätie.

• elektrostatické. Takéto zdroje EMP boli vynájdené takmer súčasne s galvanickými článkami alebo ešte skôr (ak považujeme potieranie jantáru hodvábom za normálnu produkciu EMP). Nazývajú sa aj elektroforézne stroje alebo podľa mena vynálezcu Wimshurstove generátory. Hoci Wimshurst vytvoril jasné technické riešenie, ktoré umožňuje akumulovať odstránený potenciál v nádobe Leiden - prvom kondenzátore (navyše s dobrou kapacitou). Za prvý elektroforový stroj možno považovať obrovskú sírovú guľu, namontovanú na osi, prístroj magdeburského purkmistra Otta von Guerickeho v polovici 17. storočia. Princípom činnosti je trenie materiálov, ktoré sa ľahko elektrizujú z trenia. Pravda, von Guerickeho pokrok možno nazvať ľudovo povedané poháňaným lenivosťou, keď nie je chuť ručne drhnúť jantár alebo niečo iné. Aj keď, samozrejme, tento zvedavý politik niečoho, ale fantázia a aktivita nemala byť obsadená. Pripomeňme si aspoň jeho známu skúsenosť s dvoma povrazmi somárov (alebo mulíc) trhajúcich loptičku bez vzduchu za reťaze na dve hemisféry.

Elektrizácia, ako sa pôvodne predpokladalo, pochádza práve z „trenia“, to znamená, že trením jantáru handrou „odtrhávame“ elektróny z jeho povrchu. Štúdie však ukázali, že to nie je také jednoduché. Ukazuje sa, že na povrchu dielektrika sú vždy nepravidelnosti náboja a ióny zo vzduchu sú priťahované k týmto nepravidelnostiam. Vznikne taký vzduchovo-iónový povlak, ktorý poškodzujeme trením povrchu.

• Termionická. Pri zahrievaní kovov sa z ich povrchu uvoľňujú elektróny. Vo vákuu sa dostanú k ďalšej elektróde a indukujú tam negatívny potenciál. Momentálne veľmi sľubný smer. Obrázok ukazuje schému ochrany hypersonického lietadla pred prehriatím častí tela prichádzajúcim prúdom vzduchu a termoelektróny emitované katódou (ktorá sa potom ochladí - súčasné pôsobenie Peltierovho a / alebo Thomsonovho efektu) sa dostanú k anóde, vyvolanie náboja na ňom. Nabíjanie alebo skôr napätie, ktoré sa rovná prijatému EMF, sa môže použiť v obvode spotreby vo vnútri zariadenia.

1 - katóda, 2 - anóda, 3, 4 - katóda a anódové odbočky, 5 - spotrebiteľ

• Piezoelektrický. Mnohé kryštalické dielektrika, keď na seba zažijú mechanický tlak v akomkoľvek smere, reagujú naň indukciou potenciálneho rozdielu medzi ich povrchmi. Tento rozdiel závisí od použitého tlaku, a preto sa už používa v snímačoch tlaku. Piezoelektrické zapaľovače plynového sporáka nevyžadujú žiadny iný zdroj energie - stačí stlačiť tlačidlo prstom. Známe pokusy o vytvorenie piezoelektrického zapaľovacieho systému vo vozidlách na báze piezokeramiky, prijímajúceho tlak zo systému vačiek spojených s hlavným hriadeľom motora. "Dobré" piezoelektriky - v ktorých je úmernosť EMF k tlaku vysoko presná - sú veľmi tvrdé (napríklad kremeň), pri mechanickom tlaku sa takmer nedeformujú.

• Dlhé vystavenie tlaku na ne však spôsobuje ich zničenie. V prírode sú piezoelektrické aj hrubé vrstvy hornín, tlak zemských vrstiev vyvoláva na ich povrchoch obrovské náboje, z čoho vznikajú v hlbinách zeme titanské búrky a búrky. Nie všetko je však také strašné.Elastické piezoelektriky sú už vyvinuté a dokonca sa už začala aj výroba produktov na ich základe (a založených na nanotechnológii) na predaj.

Skutočnosť, že jednotkou merania EMF je jednotka elektrického napätia, je pochopiteľné. Pretože najrôznejšie mechanizmy, ktoré vytvárajú elektromotorickú silu zdroja prúdu, všetky premieňajú svoje druhy energie na pohyb a akumuláciu elektrónov, čo v konečnom dôsledku vedie k vzniku takého napätia.

Prúd vznikajúci z EMF

Elektromotorická sila zdroja prúdu je hnacou silou, ktorou sa elektróny z neho začnú pohybovať, ak sú zatvorené elektrický obvod. Núti ich k tomu EMF pomocou svojej neelektrickej „polovice“ prírody, ktorá napokon nezávisí od polovice spojenej s elektrónmi. Pretože sa verí, že prúd v obvode tečie z plusu do mínusu (takýto smer bol určený skôr, ako každý vedel, že elektrón je negatívna častica), potom vo vnútri zariadenia s EMF prúd urobí konečný pohyb - od mínus do plus. A vždy kreslia na znak EMF, kde smeruje šípka - +. Iba v oboch prípadoch - vo vnútri EMF zdroja prúdu, ako aj vonku, to znamená v spotrebnom obvode - máme do činenia s elektrickým prúdom so všetkými jeho povinnými vlastnosťami. Vo vodičoch prúd naráža na ich odpor. A tu, v prvej polovici cyklu, máme odpor záťaže, v druhej, vnútorný, - odpor zdroja alebo vnútorný odpor.

Vnútorný proces nefunguje okamžite (aj keď veľmi rýchlo), ale s určitou intenzitou. Robí prácu pri doručovaní poplatkov od mínus po plus, a to sa tiež stretáva s odporom ...

Odpor je dvojakého druhu.

1. Vnútorný odpor pôsobí proti silám oddeľujúcim náboje, má povahu „blízko“ týmto oddeľujúcim silám. Aspoň to s nimi funguje v jedinom mechanizme. Napríklad kyselina, ktorá odoberá kyslík z oxidu olovnatého a nahrádza ho iónmi SO 4 - určite zažíva určitú chemickú odolnosť. A to sa práve prejavuje ako práca vnútorného odporu batérie.
2. Keď vonkajšia (výstupná) polovica obvodu nie je uzavretá, objavenie sa ďalších a ďalších elektrónov na jednom z pólov (a ich pokles od druhého pólu) spôsobuje zvýšenie napätia. elektrostatické pole na póloch batérie a zvýšenie odpudivosti medzi elektrónmi. To umožňuje systému „nezlyhať“ a zastaviť sa v určitom stave nasýtenia. Žiadne ďalšie elektróny z batérie nie sú vynášané von. A navonok to vyzerá ako prítomnosť konštantného elektrického napätia medzi svorkami batérie, ktoré sa nazýva U xx, napätie naprázdno. A číselne sa rovná EMF - elektromotorickej sile. Preto je mernou jednotkou EMF volt (v sústave SI).

Ale ak k batérii pripojíte iba záťaž vodičov s nenulovým odporom, tak okamžite potečie prúd, ktorého silu určuje Ohmov zákon.

Zdá sa, že je možné merať vnútorný odpor zdroja EMF. Oplatí sa zaradiť do obvodu ampérmeter a skratovať (skratovať) vonkajší odpor. Vnútorný odpor je však taký nízky, že sa batéria začne katastrofálne vybíjať, pričom vzniká obrovské množstvo tepla ako na vonkajších skratovaných vodičoch, tak aj vo vnútornom priestore zdroja.

Môžete to však urobiť inak:

1. Zmerajte E (pamätajte, napätie v otvorenom obvode, jednotka merania sú volty).
2. Pripojte nejaký odpor ako záťaž a zmerajte na ňom pokles napätia. Vypočítajte prúd I 1 .
3. Hodnotu vnútorného odporu zdroja EMF môžete vypočítať pomocou výrazu pre r

Typicky sa schopnosť batérie vyrábať elektrinu meria jej energetickou „kapacitou“ v ampérhodinách. Ale bolo by zaujímavé vidieť, aký maximálny prúd dokáže vyprodukovať. Napriek tomu, že možno elektromotorická sila zdroja prúdu spôsobí jeho výbuch. Keďže nápad usporiadať na ňom skrat sa nezdal veľmi lákavý, dá sa táto hodnota vypočítať čisto teoreticky. EMF sa rovná U xx. Stačí nakresliť graf poklesu napätia na rezistore oproti prúdu (a teda odporu záťaže) do bodu, kedy bude odpor záťaže nulový. Toto je pointa jakz, priesečník červenej čiary so súradnicovou čiarou ja , v ktorom sa napätie U stalo nulou a celé napätie E zdroja dopadne na vnútorný odpor.

Často zdanlivo jednoduché základné pojmy nemožno vždy pochopiť bez príkladov a analógií. Čo je to elektromotorická sila a ako funguje, si možno predstaviť len pri zvážení jej mnohých prejavov. A stojí za to zvážiť definíciu EMP, pretože je daná pevnými zdrojmi prostredníctvom šikovných akademických slov - a začnite úplne od začiatku: elektromotorická sila zdroja prúdu. Alebo len vytlačte na stenu zlatým písmom:

Poďme zistiť, aká hodnota je hlavnou charakteristikou zdroja prúdu. Každý zdroj prúdu má dva póly: kladný a záporný. Na to, aby mal tieto póly, je potrebné, aby sa v ňom na jednom póle nazbierali voľné kladné náboje a na druhom záporné náboje. Aby ste to dosiahli, musíte vykonať prácu. Táto práca nemôže byť vykonaná elektrostatickými silami, pretože na rozdiel od nábojov sú priťahované a musia byť oddelené. Práce na akumulácii nábojov nevykonávajú elektrostatické sily, ale tretie strany. Povaha druhého môže byť odlišná. Napríklad v generátoroch elektrického prúdu sa oddeľovanie nábojov uskutočňuje silami magnetického poľa, v batériách a galvanických článkoch - chemickými. Štúdium zdrojov prúdu ukazuje, že pomer práce vonkajšej sily k náboju nahromadenému na póle pre daný zdroj prúdu je konštantná hodnota a nazýva sa elektromotorická sila zdroja prúdu:

Elektromotorická sila zdroja prúdu

Skalárna hodnota, ktorá je charakteristikou zdroja prúdu a meraná prácou vykonanou vonkajšou silou v ňom nahromadením 1 k náboja na každom póle, sa nazýva elektromotorická sila zdroja prúdu. Nabite 1 až, akumulovaný na póle zdroja prúdu, má potenciálnu elektrickú energiu číselne rovnajúcu sa e. d.s. zdroj.

Spojiť. d.s.

Zmeriame napr. d.s. aktuálny zdroj. Na demonštračný galvanický článok pripojíme voltmeter (obr. 75, a) *. Zmenou relatívnej polohy elektród v elektrolyte, ako aj množstva ich ponorenia do elektrolytu, vidíme, že hodnoty voltmetra ( 1,02 palca) nemeň. E. d. s. nezávisí od veľkosti aktuálneho zdroja. Záleží len na povahe vonkajších síl spôsobujúcich hromadenie nábojov na póloch. Každý prúdový zdroj má svoje e. d.s.

* (S takým zmrazením, d.s. údaj voltmetra bude o niečo nižší ako hodnota e. d.s. Čím väčší je odpor cievky voltmetra v porovnaní s vnútorným odporom zdroja, tým menší bude tento rozdiel, ktorý je pozorovaný pri popisovanom experimente.)

Keď je elektrický obvod uzavretý, zdroj prúdu vytvára vo vodičoch stacionárne elektrické pole a prenáša do neho energiu nahromadenú nábojmi na jeho póloch. Vďaka tejto energii stacionárne pole pracuje na vytvorení prúdu, prenášajúc naň svoju energiu, ktorú súčasný spotrebiteľ premieňa na iné druhy energie.

Vnútorná časť obvodu, ktorá tvorí zdroj prúdu, ako každý vodič, má odpor; volá sa to vnútorný odpor zdroja prúdu r. Pre generátor prúdu je vnútorným odporom odpor vinutia kotvy, napr chemické zdroje odolnosť voči elektrolytu.

Keď je obvod uzavretý, elektrické pole pohybuje nábojom 1 až z bodu A do bodu B pozdĺž vonkajšej časti obvodu (obr. 75, b), vykonáva prácu, ktorá sa číselne rovná napätiu U v tejto časti. Po dosiahnutí pólu B náboj 1 až musí prejsť do vnútornej časti obvodu a presunúť sa na pól A. Aby bol opäť na póle A a mal rovnakú energiu E ako pri opustení bodu A, musia naň vonkajšie sily zdroja prúdu vykonať rovnakú prácu na prácu na to vynaloženú pohyb po vonkajšom úseku obvodu, ktorý sa číselne rovná napätiu U v tomto úseku, plus prácu vynaloženú na prekonanie vnútorného odporu r zdroja. Ten sa číselne rovná napätiu u vo vnútornej časti obvodu. Preto napr. d.s. zdroj sa číselne rovná E \u003d U + u.Elektromotorická sila sa číselne rovná práci, ktorú zdroj prúdu vykoná pohybom náboja 1 k v obvode.

Meriame napätie na vonkajšej a vnútornej časti; reťaze (obr. 75, c) *. Voltmeter A ukazuje napätie na vonkajšom odpore R a voltmeter B - na vnútornom; odpor r. Zmenou hodnoty odporu vonkajšieho obvodu; Všimneme si, že v tomto prípade sa napätie v sekciách obvodu mení (tabuľka 4).

* (Sondy 1 a 2 sú vyrobené z hrubého medeného drôtu v PVC izolácii, ktorý je odrezaný zo strany umiestnenej smerom k stredu nádoby. Sondy sú v kontakte s elektródami s izoláciou.)

Vidíme, že súčet napätí na vonkajšej a vnútornej časti obvodu je konštantná hodnota (v medziach experimentálnych chýb) a rovná sa e. d.s. zdroj. Ukazuje množstvo energie, ktoré je zdroj prúdu schopný odovzdať elektrickému obvodu pri pohybe celým nabíjacím obvodom 1 až.