Elektromos áramkörök. Elektromos erő. Képletek, törvények, szabályok, példák a TOE-n Mekkora az áramforrás elektromotoros ereje

- EMF.
EMF nem erő newtoni értelemben (a mennyiség szerencsétlen neve, a hagyomány előtti tisztelgésként megmaradt).
ε i fordul elő amikor megváltozik mágneses fluxus F behatol a kontúrba.

Továbbá lásd az "Elektromágneses indukció" prezentációt, valamint az "Elektromágneses indukció", "Faraday kísérlet", "Elektromágneses indukció", "A keret forgása mágneses térben (generátor)" című rajzfilmeket.

- Az indukció EMF az áramkör egyik vezetőjének mozgása során (úgy, hogy F megváltozik). Ebben az esetben a vezeték hossza l, sebességgel halad váramforrássá válik.

- Az indukció EMF mágneses térben forgó áramkörben ω sebességgel.

Egyéb képletek, ahol EMF fordul elő:

- Ohm törvénye a teljes áramkörre. Zárt áramkörben az EMF I elektromos áramot hoz létre.

Az indukciós áram irányát a szabályok szerint határozzák meg:
- szabály Lenz- zárt áramkörben keletkező indukciós áram számláló cselekszik változás az áramot okozó mágneses fluxus;
- mágneses térben mozgó vezető esetén néha egyszerűbb a szabály alkalmazása jobb kéz- ha elhelyezi a nyitott jobb kéz tenyérúgy hogy bele beleértve mágneses erővonalak BAN BEN, A hüvelykujj félretegye hegyes sebesség iránya v, Azt négy ujj kezek mutatnak az indukciós áram iránya I.

- Önindukció EMF, amikor a vezetőben az áram megváltozik.

Ha egy feltöltött kondenzátor pólusai zárva vannak egymáshoz, akkor a lemezei között felhalmozódott anyag hatására a kondenzátor külső áramkörében a pozitív pólustól a negatív felé megindul a töltéshordozók - elektronok mozgása. .

A kisülési folyamat során azonban a mozgó töltött részecskékre ható mező gyorsan gyengül, amíg teljesen eltűnik. Ezért a kisülési áramkörben keletkezett elektromos áram áramlása rövid távú, és a folyamat gyorsan lecseng.

A vezető áramkörben az áram hosszú távú fenntartására olyan eszközöket használnak, amelyeket a mindennapi életben pontatlanul hívnak (szigorúan fizikai értelemben ez nem így van). Leggyakrabban ezek a források vegyi akkumulátorok.

A bennük lejátszódó elektrokémiai folyamatok miatt a kivezetéseiken ellentétes erők halmozódnak fel, azokat a nem elektrosztatikus jellegű erőket, amelyek hatására ilyen töltéseloszlás megy végbe, külső erőknek nevezzük.

A következő példa segít megérteni az áramforrás EMF fogalmának természetét.

Képzeljünk el egy vezetőt elektromos térben az alábbi ábrán látható módon, vagyis úgy, hogy benne is létezik elektromos tér.

Ismeretes, hogy ennek a mezőnek a hatására elektromos áram kezd folyni a vezetőben. Felmerül most a kérdés, hogy mi történik a töltéshordozókkal, amikor elérik a vezető végét, és ez az áram idővel változatlan marad-e.

Könnyen arra következtethetünk, hogy nyitott áramkörben az elektromos tér hatására töltések halmozódnak fel a vezető végein. Ebben a tekintetben nem marad állandó, és az elektronok mozgása a vezetőben nagyon rövid ideig tart, amint az az alábbi ábrán látható.

Így ahhoz, hogy egy vezető áramkörben állandó áramot lehessen tartani, ezt az áramkört zárni kell, pl. hurok alakú legyen. Azonban még ez a feltétel sem elegendő az áram fenntartásához, mivel a töltés mindig alacsonyabb potenciál felé mozog, és az elektromos tér mindig pozitív munkát végez a töltésen.

Most, egy zárt körön való utazás után, amikor a töltés visszatér a kiindulási pontra, ahol megkezdte útját, a potenciálnak ezen a ponton ugyanannak kell lennie, mint a mozgás kezdetén. Az áram áramlása azonban mindig a potenciális energia elvesztésével jár.

Ezért szükségünk van valamilyen külső forrásra az áramkörben, amelynek kivezetésein potenciálkülönbséget tartanak fenn, ami növeli az elektromos töltések mozgásának energiáját.

Egy ilyen forrás lehetővé teszi, hogy a töltés egy alacsonyabb potenciálról a magasabbra az elektronok mozgásával ellentétes irányba haladjon egy elektrosztatikus erő hatására, amely megpróbálja a töltést magasabb potenciálról alacsonyabbra tolni.

Ezt az erőt, amely a töltést alacsonyabb potenciálról magasabb potenciálra mozgatja, általában áramforrásnak nevezik - ez egy fizikai paraméter, amely a külső erők által a forráson belüli töltések mozgatására fordított munkát jellemzi.

Mint már említettük, az áramforrás EMF-jét biztosító eszközökként akkumulátorokat, valamint generátorokat, hőelemeket stb.

Ma már tudjuk, hogy belső emf-jének köszönhetően potenciálkülönbséget biztosít a forrás kimenetei között, hozzájárulva az elektronok folyamatos, az elektrosztatikus erővel ellentétes irányú mozgásához.

Az áramforrás EMF-jét, amelynek képlete az alábbiakban adjuk meg, valamint a potenciálkülönbséget voltban fejezzük ki:

E \u003d A st / Δq,

ahol A st a külső erők munkája, Δq a forrás belsejében mozgó töltés.

Egy adott vezetőben lévő elektromos áram értékének fenntartásához valamilyen külső energiaforrásra van szükség, amely mindig biztosítaná a szükséges potenciálkülönbséget ennek a vezetőnek a végein. Ilyen energiaforrások az úgynevezett elektromos áramforrások, amelyek bizonyos mértékig adottak elektromos erő, amely képes potenciálkülönbséget létrehozni és hosszú ideig fenntartani.

Az elektromotoros erőt vagy rövidített EMF-et a latin betű jelzi E. Mértékegység van volt. Tehát ahhoz, hogy egy vezetőben folytonos elektromos árammozgást érjünk el, elektromotoros erőre van szükség, azaz elektromos áramforrásra van szükség.

Történelmi hivatkozás. Az elektrotechnikában az első ilyen áramforrás a "voltaic oszlop" volt, amely több réz- és cinkkörből készült, amelyeket gyenge savoldatba áztatott marhabőrrel béleltek ki. Így az elektromotoros erő megszerzésének legegyszerűbb módja számos anyag és anyag kémiai kölcsönhatása, amelynek eredményeként a kémiai energia elektromos energiává alakul. Azokat az áramforrásokat, amelyekben az EMF elektromotoros erejét hasonló módszerrel állítják elő, kémiai áramforrásoknak nevezzük.

Napjainkban a vegyi áramforrásokat - akkumulátorokat és minden lehetséges akkumulátortípust - széles körben alkalmaznak az elektronikában és az elektrotechnikában, valamint a villamosenergia-iparban.

Elterjedtek a különböző típusú generátorok is, amelyek egyedüli forrásként képesek ipari vállalkozásokat villamos energiával ellátni, városok világítását, vasúti, villamos- és metrórendszerek üzemeltetését.

Az EMF pontosan ugyanúgy hat a vegyi forrásokra és a generátorokra. Ennek az a feladata, hogy potenciálkülönbséget hozzon létre az egyes tápegység-kapcsokon, és fenntartsa azt a teljes szükséges ideig. A tápegység kivezetéseit pólusoknak nevezzük. Az egyik póluson mindig elektronhiány jön létre, pl. egy ilyen pólus pozitív töltésű és "" + ”, másrészt pedig éppen ellenkezőleg, a szabad elektronok megnövekedett koncentrációja jön létre, pl. ez a pólus negatív töltésű, és a " jellel van jelölve - ».

Az EMF-forrásokat különféle eszközök és elektromos energia fogyasztói eszközök csatlakoztatására használják. Vezetékek segítségével a fogyasztókat az áramforrások pólusaihoz csatlakoztatják, így zárt elektromos áramkört kapnak. A zárt elektromos áramkörben keletkezett potenciálkülönbség nevet kapott, és a latin "U" betűvel jelölik. Egy feszültségegység volt. Például a bejegyzés U=12 V azt jelzi, hogy az EMF-forrás feszültsége 12 V.

A feszültség vagy az emf méréséhez speciális mérőeszközt használnak - .

Ha az EMF vagy a tápfeszültség helyes mérésére van szükség, a voltmérőt közvetlenül a pólusokhoz kell csatlakoztatni. Nyitott elektromos áramkör esetén a voltmérő az EMF-et mutatja. Amikor az áramkör zárva van, a voltmérő kijelzi a feszültségértéket a tápegység minden kapcsain. PS: Az áramforrás mindig több EMF-et fejleszt, mint a kapcsokon lévő feszültség.

Videó lecke: EMF

Videó lecke: Elektromotoros erő fizikatanártól

Az áramforrás mindegyik kivezetésén a feszültség kisebb, mint az elektromotoros erő az áramforrás belső ellenállásán fellépő feszültségesés értékével:

Ideális források esetén a kapcsokon lévő feszültség nem függ a felvett áram nagyságától.

Minden elektromotoros erőforrásnak vannak jellemző paraméterei: nyitott áramköri feszültség U xx, rövidzárlati áram én kzés belső ellenállás (egyenáramú forráshoz R mellék). U xx az a feszültség, amikor a forrásáram nulla. Ideális forrásnál bármilyen áramnál U xx \u003d 0. én kz az áram nulla feszültségnél. Ideális feszültségforrás esetén végtelen I kz = ∞. A belső ellenállást az arányokból határozzuk meg. Mivel egy ideális feszültségforrásnál a feszültség minden áramnál állandó ∆U = 0, akkor a belső ellenállásának is nulla értéke van.

R ext = ΔU / ΔI \u003d 0;

Pozitív feszültség és áram esetén a forrás elektromos energiáját az áramkörbe küldi, és generátor üzemmódban működik. Ellentétes árammal a forrás elektromos energiát kap az áramkörből, és vevő üzemmódban működik.

Ideális áramforrás esetén annak értéke nem függ a kapcsokon lévő feszültség nagyságától: i = konst.

Mivel az ideális áramforrásból származó áram változatlan ∆I = 0, akkor belső ellenállása a végtelennel egyenlő.

R ext \u003d ΔU / ΔI \u003d ∞

Pozitív feszültség és áram esetén a forrás energiát küld az áramkörbe, és generátor üzemmódban működik. Ellenkező irányban vevő módban működik.

Valódi elektromotoros erőforrás esetén a kapcsokon lévő feszültség az áram növekedésével csökken. Egy ilyen CVC egyenletnek felel meg a feszültség bármely áramértéken történő meghatározására.

U \u003d U xx - R ext × I,

Ahol , a képlet alapján számítjuk ki

R ext \u003d ΔU / Δ I≠ 0

keresztül is számolható U xxÉs én kz

R vn \u003d U xx / II kz

Ha egy áramforrást bármilyen zárt áramkörhöz csatlakoztatunk, az áramkör által határolt területet külső mágneses erővonalak kezdik áthatolni. Minden erővonal kívülről keresztezi a vezetőt, önindukciós EMF-et indukálva benne.

>>Fizika: Elektromotoros erő

Bármely áramforrást elektromotoros erő vagy röviden EMF jellemez. Tehát egy zseblámpa kerek elemére ez van írva: 1,5 V. Mit jelent ez?
Csatlakoztasson két, ellentétes előjelű töltést hordozó fémgolyót egy vezetővel. Ezen töltések elektromos mezejének hatására a vezetőben elektromos áram keletkezik ( ábra.15.7). De ez az áramlat nagyon rövid életű lesz. A töltések gyorsan semlegesítik egymást, a golyók potenciáljai azonosakká válnak, az elektromos tér megszűnik.
Harmadik fél erői. Ahhoz, hogy az áram állandó legyen, állandó feszültséget kell fenntartani a golyók között. Ehhez kell egy készülék aktuális forrás), amely a töltéseket az egyik golyóról a másikra a golyók elektromos teréből e töltésekre ható erők irányával ellentétes irányba mozgatná. Egy ilyen készülékben az elektromos erők mellett a töltésekre nem elektrosztatikus eredetű erőknek is hatniuk kell ( ábra.15.8). Csak egy töltött részecskék elektromos mezője ( Coulomb mező) nem képes állandó áramot fenntartani az áramkörben.

Az elektromosan töltött részecskékre ható erőket, az elektrosztatikus eredetű erők (azaz a Coulomb) kivételével, ún. külső erők.
Az a következtetés, hogy külső erőkre van szükség az áramkör állandó áramának fenntartásához, még nyilvánvalóbbá válik, ha az energiamegmaradás törvényéhez fordulunk. Az elektrosztatikus tér potenciális. Ennek a mezőnek a munkája, amikor a töltött részecskéket zárt elektromos áramkörben mozgatja, nulla. Az áram áthaladását a vezetőkön energiafelszabadulás kíséri - a vezető felmelegszik. Ezért kell lennie valamilyen energiaforrásnak az áramkörben, amely az áramkört ellátja. Ebben a Coulomb-erők mellett szükségszerűen harmadik felek, nem potenciális erőknek is fel kell lépniük. Ezeknek az erőknek a zárt kontúr mentén a nullától eltérőnek kell lennie. Ezen erők által végzett munka során a töltött részecskék energiát vesznek fel az áramforrásban, majd adják azt az elektromos áramkör vezetőinek.
A harmadik féltől származó erők feltöltött részecskéket indítanak el minden áramforrásban: erőművek generátoraiban, galvánelemekben, akkumulátorokban stb.
Amikor az áramkör zárva van, az áramkör minden vezetőjében elektromos tér jön létre. Az áramforráson belül a töltések hatása alatt mozognak külső erők kontra Coulomb erők(az elektronok pozitív töltésű elektródáról a negatívra), és a külső áramkörben elektromos tér mozgásba hozza őket (lásd a 2. ábrát). ábra.15.8).
A külső erők természete. A külső erők természete változatos lehet. Az erőművi generátorokban a külső erők a mágneses térből a mozgó vezetőben lévő elektronokra ható erők.
Egy galvánelemben, például a Volta-cellában kémiai erők hatnak. A Volta elem kénsavoldatba helyezett cink- és rézelektródákból áll. A kémiai erők hatására a cink feloldódik a savban. A pozitív töltésű cinkionok bejutnak az oldatba, és maga a cinkelektróda is negatív töltésű lesz. (A réz nagyon kevéssé oldódik a kénsavban.) A cink és a réz elektródák között potenciálkülönbség jelenik meg, amely meghatározza az áramerősséget egy zárt elektromos áramkörben.
A külső erők hatását egy fontos fizikai mennyiség jellemzi, az ún elektromos erő(rövidítve EMF).
Az áramforrás elektromotoros ereje megegyezik a külső erők munkájának arányával, amikor a töltést egy zárt körben mozgatják, és ennek a töltésnek az értékéhez:

Az elektromotoros erőt a feszültséghez hasonlóan voltban fejezzük ki.
Az elektromotoros erőről is beszélhetünk az áramkör bármely részén. Ez a külső erők specifikus munkája (az egységnyi töltés mozgatása) nem a teljes áramkörben, hanem csak ezen a területen. A galvánelem elektromotoros ereje egy olyan érték, amely számszerűen megegyezik a külső erők munkájával, amikor egy egységnyi pozitív töltést mozgatnak az elemen belül egyik pólusról a másikra. A külső erők munkája nem fejezhető ki a potenciálkülönbséggel, mivel a külső erők nem potenciálisak, és munkájuk a töltéspálya alakjától függ. Tehát például a külső erők munkája, amikor egy töltést a forráson kívüli áramforrás kivezetései között mozgatnak, nullával egyenlő.
Most már tudod, mi az EMF. Ha 1,5 V van ráírva az akkumulátorra, akkor ez azt jelenti, hogy külső erők (ebben az esetben vegyi anyagok) 1,5 J munkát végeznek, amikor 1 C-os töltést mozgatnak az akkumulátor egyik pólusáról a másikra. Egyenáram nem létezhet zárt áramkörben, ha nem hatnak benne külső erők, vagyis nincs EMF.

???
1. Miért nem képes a töltött részecskék elektromos tere (Coulomb-mező) állandó elektromos áramot fenntartani az áramkörben?
2. Milyen erőket szoktak nevezni harmadik félnek?
3. Mit nevezünk elektromotoros erőnek?

G. Ya. Myakishev, B. B. Buhovcev, N. N. Szockij, fizika 10. osztály

Online könyvtár fizika tankönyvekkel és könyvekkel, óravázlatokkal minden tantárgyból, fizika feladatokkal a 10. osztály számára

Ha javításai vagy javaslatai vannak ehhez a leckéhez,

EMF. Numerikusan az elektromotoros erőt egy elektromos energiaforrás által egyetlen pozitív töltés átvitele során végzett munkával mérik egy zárt áramkörben. Ha az energiaforrás, munkavégzés A, biztosítja az átvitelt a zárt töltési körben q, akkor az elektromotoros ereje ( E) egyenlő lesz

Az elektromotoros erő SI mértékegysége a volt (v). Egy elektromos energiaforrás emf-je 1 volt, ha 1 coulomb töltéssel a teljes zárt áramkörön áthaladva 1 joule-nak megfelelő munkát végeznek. Az elektromotoros erők fizikai természete a különböző forrásokban nagyon eltérő.

önindukció- EMF indukció előfordulása zárt vezető áramkörben, amikor az áramkörön átfolyó áram megváltozik. Amikor az áram megváltozik én az áramkörben a mágneses fluxus is arányosan változik B e körvonal által határolt felületen keresztül. Ennek a mágneses fluxusnak az elektromágneses indukció törvénye miatti változása induktív emf gerjesztéséhez vezet ebben az áramkörben E. Ezt a jelenséget önindukciónak nevezik.

A fogalom a kölcsönös indukció fogalmához kapcsolódik, mivel annak sajátos esete.

Erő. A teljesítmény az időegység alatt végzett munka. A teljesítmény az időegység alatt végzett munka, azaz a töltés átvitele az el. az áramkör vagy zárt áramkörben energiát használ fel, amely egyenlő A \u003d U * Q, mivel az elektromosság mennyisége egyenlő az áramerősség szorzatával, akkor Q \u003d I * t, ebből következik, hogy A \u003d U * I * t. P=A/t=U*Q/t=U*I=I*t*R=P=U*I(I)

1W=1000mV, 1kW=1000V, Pr=Pp+Po teljesítmény egyensúlyi képlet. Pr-generátor teljesítménye (emf)

Pr=E*I, Pp=I*U hasznos teljesítmény, azaz veszteség nélkül elfogyasztott teljesítmény. Po=I^2*R-teljesítménykiesés. Ahhoz, hogy az áramkör működjön, fenn kell tartani az erőegyensúlyt az elektromos áramkörben.

12.Ohm törvénye egy áramköri szakaszra.

Az áramerősség egy áramköri szakaszban egyenesen arányos a vezető végein lévő feszültséggel, és fordítottan arányos az ellenállásával:
I=U/R;

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

13.Ohm törvénye a teljes áramkörre.

Az áramkörben lévő áramerősség arányos az áramkörben ható EMF-el, és fordítottan arányos az áramköri ellenállások és a forrás belső ellenállásának összegével.

A feszültségforrás EMF (V), - áram az áramkörben (A), - az áramkör összes külső elemének ellenállása (Ohm), - a feszültségforrás belső ellenállása (Ohm) .1) E \u003d I (R) + r)? 2) R+r=E/I

14.Soros, ellenállások párhuzamos kötése, egyenértékű ellenállás. Áram- és feszültségeloszlás.

Sorosan csatlakoztatva több ellenállás vége az elsőnek ellenállás kapcsolódik a második elejéhez, a második végéhez - a harmadik elejéhez stb. Ilyen kapcsolattaláthalad a soros áramkör minden elemén
ugyanaz az áram I.

Ue=U1+U2+U3. Ezért a forráskapcsokon az U feszültség egyenlő a sorosan kapcsolt ellenállások feszültségeinek összegével.

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

Sorba kapcsolva az áramkör ellenállása megnő.

Ellenállások párhuzamos csatlakoztatása. Az ellenállások párhuzamos kapcsolása olyan kapcsolat, amelyben az ellenállások eleje a forrás egyik kivezetéséhez, a vége pedig a másik kivezetéshez kapcsolódik.

A párhuzamosan kapcsolt ellenállások teljes ellenállását a képlet határozza meg

A párhuzamosan kapcsolt ellenállások összellenállása mindig kisebb, mint az ehhez a csatlakozáshoz tartozó legkisebb ellenállás.

ha az ellenállásokat párhuzamosan kapcsoljuk, a rajtuk lévő feszültségek egyenlőek egymással. Ue=U1=U2=U3 Az I áram befolyik az áramkörbe, és az I 1, I 2, I 3 áramok kifolynak belőle. Mivel a mozgó elektromos töltések nem halmozódnak fel egy ponton, nyilvánvaló, hogy az elágazási pontra áramló teljes töltés megegyezik az onnan elfolyó teljes töltéssel: Ie=I1+I2+I3 Ezért a párhuzamos kapcsolat harmadik tulajdonsága a következőképpen fogalmazható meg: Az áramerősség nagysága az áramkör el nem ágazó részében egyenlő a párhuzamos ágak áramainak összegével. Két párhuzamos ellenálláshoz: