Elektrické obvody. Elektromotorická síla. Vzorce, zákony, pravidla, příklady na špičce Jaká je elektromotorická síla zdroje proudu

- EMF.
EMF není síla v newtonském smyslu (nešťastný název pro veličinu, dochovaný jako pocta tradici).
ε i vzniká když se to změní magnetický tok F proražení kontury.

dodatečně viz prezentaci "Elektromagnetická indukce", stejně jako videa "Elektromagnetická indukce", "Faradayův experiment", kreslené filmy "Elektromagnetická indukce", "Otáčení rámu v magnetickém poli (generátor)"

- indukované emf, když se jeden z vodičů obvodu pohybuje (takže F se mění). V tomto případě délka vodiče l, pohybující se rychlostí proti se stává zdrojem proudu.

- indukované emf v obvodu rotujícím v magnetickém poli rychlostí ω.

Další vzorce, kde se vyskytuje EMF:

- Ohmův zákon pro úplný obvod. V uzavřeném obvodu emf produkuje elektrický proud I.

Směr indukčního proudu se určuje podle pravidel:
- vládnout Lenz- indukovaný proud vznikající v uzavřeném obvodu proti na to funguje změna magnetický tok, který způsobuje tento proud;
- pro vodič pohybující se v magnetickém poli je někdy jednodušší použít pravidlo pravá ruka- pokud umístíte otevřený dlaň pravé ruky takže do ní zahrnuta magnetické siločáry V, A palec, odložit špičatý směr rychlosti v, Že čtyři prsty ruce budou ukazovat směr indukčního proudu I.

- EMF samoindukce při změně proudu ve vodiči.

Jsou-li póly nabitého kondenzátoru vzájemně spojeny, pak vlivem nahromaděné energie mezi jeho deskami začíná ve vnějším obvodu kondenzátoru pohyb nosičů náboje - elektronů ve směru od kladného pólu k pólu. negativní.

Během procesu vybíjení však pole působící na pohybující se nabité částice rychle slábne, až úplně zmizí. Proto je tok elektrického proudu, který se vyskytuje ve vybíjecím obvodu, krátkodobý a proces rychle odeznívá.

Pro udržení proudu ve vodivém obvodu po dlouhou dobu se používají zařízení, která se v každodenním životě nepřesně nazývají (v přísně fyzikálním smyslu to není pravda). Nejčastěji jsou takovými zdroji chemické baterie.

V důsledku elektrochemických procesů v nich probíhajících dochází na jejich zakončeních ke kumulaci opačných sil Síly neelektrostatické povahy, pod jejichž vlivem k takovému rozložení nábojů dochází, se nazývají vnější síly.

Zvážení následujícího příkladu pomůže pochopit podstatu konceptu EMP zdroje proudu.

Představme si vodič umístěný v elektrickém poli, jak je znázorněno na obrázku níže, tedy tak, že v něm existuje také elektrické pole.

Je známo, že pod vlivem tohoto pole začne ve vodiči protékat elektrický proud. Otázkou nyní zůstává, co se stane s nosiči náboje, když dosáhnou konce vodiče, a zda tento proud zůstane v průběhu času konstantní.

Snadno můžeme dojít k závěru, že při rozpojeném obvodu se v důsledku vlivu elektrického pole na koncích vodiče hromadí náboje. Díky tomu nezůstane konstantní a pohyb elektronů ve vodiči bude velmi krátkodobý, jak ukazuje obrázek níže.

Aby byl tedy zachován konstantní tok proudu ve vodivém obvodu, musí být tento obvod uzavřen, tzn. mají tvar smyčky. K udržení proudu však ani tato podmínka nestačí, protože náboj se vždy pohybuje směrem k nižšímu potenciálu a elektrické pole na náboj vždy působí kladně.

Nyní, po cestování po uzavřeném okruhu, když se náboj vrátí do výchozího bodu, kde začal svou cestu, by měl být potenciál v tomto bodě stejný jako na začátku pohybu. Tok proudu je však vždy spojen se ztrátou potenciální energie.

V důsledku toho potřebujeme v obvodu nějaký externí zdroj, na jehož svorkách je udržován potenciálový rozdíl zvyšující energii pohybu elektrických nábojů.

Takový zdroj umožňuje, aby náboj putoval z nižšího potenciálu na vyšší v opačném směru, než je pohyb elektronů pod vlivem elektrostatické síly, která se snaží vytlačit náboj z vyššího potenciálu na nižší.

Tato síla, která způsobuje pohyb náboje z nižšího k vyššímu potenciálu, se obvykle nazývá zdroj proudu – jde o fyzikální parametr, který charakterizuje práci vynaloženou na přesun nábojů uvnitř zdroje vnějšími silami.

Jak již bylo zmíněno, baterie, stejně jako generátory, termočlánky atd., se používají jako zařízení, která poskytují EMF zdroje proudu.

Nyní víme, že díky svému vnitřnímu emf poskytuje potenciálový rozdíl mezi svorkami zdroje a podporuje nepřetržitý pohyb elektronů ve směru opačném k působení elektrostatické síly.

EMF zdroje proudu, jehož vzorec je uveden níže, stejně jako potenciální rozdíl je vyjádřen ve voltech:

E = Ast /Δq,

kde A st je práce vnějších sil, Δq je náboj pohybující se uvnitř zdroje.

Pro udržení dané hodnoty elektrického proudu ve vodiči je potřeba nějaký externí zdroj energie, který by vždy zajistil požadovaný rozdíl potenciálů na koncích tohoto vodiče. Takovými zdroji energie jsou tzv. zdroje elektrického proudu, které mají nějaké dané elektromotorická síla, který je schopen vytvářet a dlouhodobě udržovat potenciální rozdíl.

Elektromotorická síla nebo zkráceně emf se označuje latinkou E. Jednotka měření je volt. Aby se tedy dosáhlo kontinuálního pohybu elektrického proudu ve vodiči, je zapotřebí elektromotorická síla, tj. zdroj elektrického proudu.

Historický odkaz. Prvním takovým zdrojem proudu v elektrotechnice byl „voltaický sloup“, který byl vyroben z několika měděných a zinkových kruhů vyložených hovězí kůží namočenou ve slabém kyselém roztoku. Za nejjednodušší způsob získání elektromotorické síly se tedy považuje chemická interakce řady látek a materiálů, v jejímž důsledku se chemická energie přeměňuje na energii elektrickou. Zdroje energie, ve kterých je elektromotorická síla EMF generována podobným způsobem, se nazývají zdroje chemického proudu.

Chemické zdroje energie - baterie a všechny možné typy baterií se dnes rozšířily v elektronice a elektrotechnice i v energetice.

Běžné jsou také různé typy generátorů, které jsou jako jediný zdroj schopny dodávat elektrickou energii průmyslovým podnikům, osvětlovat města a provozovat železniční, tramvajové a metro.

EMF působí přesně stejným způsobem jak na chemické zdroje, tak na generátory. Jeho úkolem je vytvořit potenciálový rozdíl na každém ze svorek napájecího zdroje a udržovat jej po celou požadovanou dobu. Svorky napájecího zdroje se nazývají póly. Na jednom z pólů je vždy nedostatek elektronů, tzn. takový pól má kladný náboj a je označen „ + “, a na druhé straně naopak vzniká zvýšená koncentrace volných elektronů, tzn. tento pól má záporný náboj a je označen znakem „ - ».

Zdroje EMF se používají k připojení různých nástrojů a zařízení, které jsou spotřebiteli elektrické energie. Pomocí vodičů jsou spotřebiče připojeny k pólům zdrojů proudu, takže je získán uzavřený elektrický obvod. Potenciální rozdíl, který vzniká v uzavřeném elektrickém obvodu, je pojmenován a označen latinským písmenem „U“. Jednotka napětí jedna volt. Například záznam U=12 V indikuje, že napětí zdroje EMF je 12 V.

Pro měření napětí nebo EMF se používá speciální měřicí zařízení - .

Pokud je nutné provést správná měření EMF nebo napětí napájecího zdroje, je přímo na póly připojen voltmetr. Když je elektrický obvod otevřený, voltmetr zobrazí EMF. Když je obvod uzavřen, voltmetr zobrazí hodnotu napětí na každé svorce napájecího zdroje. PS: Zdroj proudu vždy vyvine větší EMF než napětí na svorkách.

Video lekce: EMF

Videolekce: Elektromotorická síla od učitele fyziky

Napětí na každé svorce zdroje proudu je menší než elektromotorická síla o hodnotu poklesu napětí na vnitřním odporu zdroje:

U ideálních zdrojů není napětí na svorkách závislé na velikosti odebíraného proudu.

Všechny zdroje elektromotorické síly mají parametry, které je charakterizují: napětí naprázdno U xx, zkratový proud Jsem krátký a vnitřní odpor (pro stejnosměrný zdroj R int). U xx je napětí, kdy je proud zdroje nulový. U ideálního zdroje při jakémkoliv proudu U xx = 0. Jsem krátký je proud při nulovém napětí. Ideální zdroj napětí má nekonečné napětí I short = ∞. Vnitřní odpor se určí ze vztahů. Protože napětí ideálního zdroje napětí je konstantní při jakémkoli proudu ΔU = 0, pak má i jeho vnitřní odpor nulové hodnoty.

R v =AU/AI = 0;

Při kladném napětí a proudu posílá zdroj svou elektrickou energii do obvodu a pracuje v režimu generátoru. Když proud teče opačným směrem, zdroj přijímá elektrickou energii z obvodu a pracuje v režimu přijímače.

V případě ideálního zdroje proudu jeho hodnota nezávisí na napětí na jeho svorkách: I = konst.

Protože proud ideálního zdroje proudu je konstantní ΔI = 0, pak má vnitřní odpor rovný nekonečnu.

R v =ΔU / ΔI = ∞

Při kladném napětí a proudu zdroj posílá energii do obvodu a pracuje v režimu generátoru. V opačném směru funguje v režimu přijímače.

V reálném zdroji elektromotorické síly napětí na svorkách klesá s rostoucím proudem. Tato charakteristika proud-napětí odpovídá rovnici pro stanovení napětí při libovolné hodnotě proudu.

U = U xx - R int ×I,

Kde , se vypočítá podle vzorce

R v =ΔU / ΔI≠ 0

Lze to také vypočítat přes U xx A Jsem krátký

R v =U xx / II krátké

Když je zdroj proudu připojen k jakémukoli uzavřenému obvodu, oblast omezená tímto obvodem začne pronikat vnějšími magnetickými siločárami. Každé elektrické vedení zvenčí protíná vodič a indukuje v něm samoindukční emf.

>>Fyzika: Elektromotorická síla

Jakýkoli zdroj proudu je charakterizován elektromotorickou silou, nebo zkráceně EMF. Takže na kulaté baterce je napsáno: 1,5 V. Co to znamená?
Spojte vodičem dvě kovové koule nesoucí náboje opačného znaménka. Vlivem elektrického pole těchto nábojů vzniká ve vodiči elektrický proud ( Obr.15.7). Ale tento proud bude velmi krátkodobý. Náboje se rychle vzájemně neutralizují, potenciály kuliček se stanou stejnými a elektrické pole zmizí.
Vnější síly. Aby byl proud konstantní, je nutné udržovat konstantní napětí mezi kuličkami. K tomu potřebujete zařízení ( aktuální zdroj), který by přemisťoval náboje z jedné koule do druhé ve směru opačném, než je směr sil působících na tyto náboje z elektrického pole kuliček. V takovém zařízení musí na náboj kromě elektrických sil působit i síly neelektrostatického původu ( Obr.15.8). Samotné elektrické pole nabitých částic ( Coulombovo pole) není schopen udržet konstantní proud v obvodu.

Jakékoli síly působící na elektricky nabité částice, s výjimkou sil elektrostatického původu (tj. Coulombových sil), se nazývají vnějšími silami.
Závěr o potřebě vnějších sil k udržení konstantního proudu v obvodu bude ještě zjevnější, pokud se obrátíme na zákon zachování energie. Elektrostatické pole je potenciální. Práce, kterou toto pole vykoná, když se v něm pohybují nabité částice podél uzavřeného elektrického obvodu, je nulová. Průchod proudu vodiči je doprovázen uvolněním energie - vodič se zahřívá. Proto musí být v obvodu nějaký zdroj energie, který ji do obvodu dodává. Kromě Coulombových sil v něm musí působit i síly třetích stran, nepotencionální. Práce těchto sil podél uzavřené smyčky se musí lišit od nuly. Právě v procesu působení těchto sil získávají nabité částice energii uvnitř zdroje proudu a poté ji předávají vodičům elektrického obvodu.
Síly třetích stran uvádějí do pohybu nabité částice uvnitř všech zdrojů proudu: v generátorech v elektrárnách, v galvanických článcích, bateriích atd.
Při uzavření obvodu vzniká elektrické pole ve všech vodičích obvodu. Uvnitř zdroje proudu se náboje pohybují pod vlivem vnější síly proti Coulombovým silám(elektrony z kladně nabité elektrody na zápornou) a ve vnějším obvodu jsou poháněny elektrickým polem (viz. Obr.15.8).
Povaha vnějších sil. Povaha vnějších sil může být různá. V generátorech elektráren jsou vnější síly síly působící z magnetického pole na elektrony v pohybujícím se vodiči.
V galvanickém článku, jako je například článek Volta, působí chemické síly. Volta článek se skládá ze zinkových a měděných elektrod umístěných v roztoku kyseliny sírové. Chemické síly způsobují, že se zinek rozpouští v kyselině. Kladně nabité ionty zinku přecházejí do roztoku a samotná zinková elektroda se nabije záporně. (Měď se v kyselině sírové rozpouští velmi málo.) Mezi zinkovou a měděnou elektrodou se objevuje potenciálový rozdíl, který určuje proud v uzavřeném elektrickém obvodu.
Působení vnějších sil je charakterizováno důležitou fyzikální veličinou tzv elektromotorická síla(zkráceně EMF).
Elektromotorická síla zdroje proudu je rovna poměru práce vykonané vnějšími silami při pohybu náboje po uzavřeném okruhu k velikosti tohoto náboje:

Elektromotorická síla, stejně jako napětí, se vyjadřuje ve voltech.
Můžeme také mluvit o elektromotorické síle v jakékoli části obvodu. Jedná se o specifickou práci vnějších sil (práce na přemístění jediného náboje) nikoli v celém obvodu, ale pouze v dané oblasti. Elektromotorická síla galvanického článku je veličina, která se číselně rovná práci vnějších sil při pohybu jediného kladného náboje uvnitř prvku z jednoho pólu na druhý. Práci vnějších sil nelze vyjádřit rozdílem potenciálů, protože vnější síly jsou nepotencionální a jejich práce závisí na tvaru trajektorie nábojů. Takže například práce vnějších sil při pohybu náboje mezi svorkami zdroje proudu mimo zdroj samotný je nulová.
Nyní víte, co je EMF. Pokud baterie říká 1,5 V, znamená to, že vnější síly (v tomto případě chemické) vykonají 1,5 J práce při přesunu náboje 1 C z jednoho pólu baterie na druhý. Stejnosměrný proud nemůže existovat v uzavřeném obvodu, pokud v něm nepůsobí žádné vnější síly, tj. neexistuje EMF.

???
1. Proč není elektrické pole nabitých částic (Coulombovo pole) schopno udržet v obvodu konstantní elektrický proud?
2. Jaké síly se obvykle nazývají třetí strany?
3. Co se nazývá elektromotorická síla?

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, fyzika 10. třída

Online knihovna s učebnicemi a knihami o fyzice, plány hodin pro všechny předměty, úkoly z fyziky pro 10. ročník

Pokud máte opravy nebo návrhy k této lekci,

EMF. Číselně se elektromotorická síla měří prací vykonanou zdrojem elektrické energie při přenosu jediného kladného náboje skrz uzavřený okruh. Pokud je zdrojem energie, dělá práci A, zajišťuje přenos v celém uzavřeném nabíjecím okruhu q, pak jeho elektromotorická síla ( E) bude stejný

Jednotkou SI elektromotorické síly je volt (V). Zdroj elektrické energie má emf 1 volt, jestliže při pohybu náboje o velikosti 1 coulomb v uzavřeném okruhu je vykonána práce rovna 1 joulu. Fyzikální povaha elektromotorických sil v různých zdrojích je velmi odlišná.

Samoindukce- výskyt indukovaného emf v uzavřeném vodivém obvodu při změně proudu procházejícího obvodem. Když se změní proud já v obvodu se magnetický tok mění proporcionálně B povrchem ohraničeným tímto obrysem. Změna tohoto magnetického toku v důsledku zákona elektromagnetické indukce vede k buzení indukčního emf v tomto obvodu E. Tento jev se nazývá samoindukce.

Pojem souvisí s pojmem vzájemné indukce, což je jeho speciální případ.

Napájení. Výkon je práce vykonaná za jednotku času. Výkon je práce vykonaná za jednotku času, tj. k přenosu náboje do elektřiny. obvod nebo uzavřený spotřebovává energii, která se rovná A=U*Q, protože množství elektřiny se rovná součinu síly proudu, pak Q=I*t z toho vyplývá, že A=U*I*t. P=A/t=U*Q/t=U*I=I*t*R=P=U*I(I)

1W=1000mV, 1kW=1000V, Pr=Pп+Po-výkonová rovnice. Výkon generátoru pr (EMF)

Pr=E*I,Pp=I*U užitečný výkon, tj. výkon, který je spotřebován beze ztrát. Po=I^2*R-ztráta energie. Aby obvod fungoval, je nutné udržovat rovnováhu výkonu v elektrickém obvodu.

12.Ohmův zákon pro část obvodu.

Síla proudu v části obvodu je přímo úměrná napětí na koncích tohoto vodiče a nepřímo úměrná jeho odporu:
I=U/R;

1)U=I*R, 2)R=U/R

13.Ohmův zákon pro úplný obvod.

Síla proudu v obvodu je úměrná EMF působící v obvodu a nepřímo úměrná součtu odporu obvodu a vnitřního odporu zdroje.

EMF zdroje napětí (V), - síla proudu v obvodu (A), - odpor všech vnějších prvků obvodu (Ohm), - vnitřní odpor zdroje napětí (Ohm). 1) E=I(R +r)? 2) R+r=E/I

14.Sériové, paralelní zapojení rezistorů, ekvivalentní odpor. Rozdělení proudů a napětí.

Pro sériové připojení několik rezistorů konec prvního odpor připojit na začátek druhého, konec druhého na začátek třetího atd. S takovým spojením prochází všemi prvky sekvenčního obvodu
stejný proud I.

Uе=U1+U2+U3. V důsledku toho se napětí U na svorkách zdroje rovná součtu napětí na každém ze sériově zapojených rezistorů.

Re=R1+R2+R3, Ie=I1=I2=I3, Ue=U1+U2+U3.

Při sériovém zapojení se odpor obvodu zvyšuje.

Paralelní zapojení rezistorů. Paralelní zapojení odporů je zapojení, při kterém jsou začátky odporů připojeny k jedné svorce zdroje a konce k druhé svorce.

Celkový odpor paralelně zapojených odporů je určen vzorcem

Celkový odpor paralelně zapojených odporů je vždy menší než nejmenší odpor obsažený v daném zapojení.

Když jsou odpory zapojeny paralelně, napětí na nich jsou navzájem stejná. Uе=U1=U2=U3 Do obvodu teče proud I a z něj proudy I 1, I 2, I 3. Vzhledem k tomu, že se pohybující se elektrické náboje v bodě nehromadí, je zřejmé, že celkový náboj proudící do bodu větvení se rovná celkovému náboji proudícímu z něj: Iе=I1+I2+I3 Třetí vlastnost paralelního připojení lze tedy formulovat následovně: Velikost proudu v nerozvětvené části obvodu je rovna součtu proudů v paralelních větvích. Pro dva paralelní rezistory: