Elektrik devreleri. Elektrik hareket gücü. Formüller, yasalar, kurallar, ayak parmağındaki örnekler Bir akım kaynağının elektromotor kuvveti nedir

-EMF.
EMF bir güç değil Newtoncu anlamda (geleneğe saygı duruşu olarak korunan bir miktar için talihsiz bir isim).
ε ben ortaya çıkıyor değiştiğinde manyetik akı F konturu delmek.

bunlara ek olarak"Elektromanyetik indüksiyon" sunumunun yanı sıra "Elektromanyetik indüksiyon", "Faraday deneyi", "Elektromanyetik indüksiyon", "Manyetik alanda bir çerçevenin dönüşü (jeneratör)" karikatürleri videolarına bakın.

- devre iletkenlerinden biri hareket ettiğinde (böylece F değişir) indüklenen emk. Bu durumda iletken uzunluğu ben, hızla hareket ediyor v güncel bir kaynak haline gelir.

- manyetik alanda ω hızında dönen bir devrede indüklenen emk.

EMF'nin oluştuğu diğer formüller:

- Tam devre için Ohm kanunu. Kapalı bir devrede emk, bir elektrik akımı I üretir.

İndüksiyon akımının yönü kurallara göre belirlenir:
- kural Lenz- kapalı bir devrede ortaya çıkan indüklenen akım aykırı bunun için çalışıyor değiştirmek bu akıma neden olan manyetik akı;
- manyetik alanda hareket eden bir iletken için bazen kuralı kullanmak daha kolaydır sağ el- açık olanı yerleştirirseniz sağ avuç içi böylece onun içine dahil manyetik alan çizgileri İÇİNDE, A baş parmak, bir kenara koyun sivri uçlu hızın yönü v, O dört parmak eller işaret edecek indüksiyon akımının yönü I.

- İletkendeki akım değiştiğinde kendi kendine indüksiyon EMF'si.

Yüklü bir kapasitörün kutupları birbirine bağlıysa, plakaları arasında biriken enerjinin etkisi altında, yük taşıyıcılarının - elektronların - kapasitörün dış devresinde pozitif kutuptan pozitif kutba doğru hareketi başlar. olumsuz.

Ancak deşarj işlemi sırasında, hareketli yüklü parçacıklara etki eden alan, tamamen yok olana kadar hızla zayıflar. Bu nedenle deşarj devresinde oluşan elektrik akımının akışı kısa sürelidir ve süreç hızla söner.

İletken devredeki akımı uzun süre korumak için, günlük yaşamda yanlış olarak adlandırılan cihazlar kullanılır (kesinlikle fiziksel anlamda bu doğru değildir). Çoğu zaman bu tür kaynaklar kimyasal pillerdir.

İçlerinde meydana gelen elektrokimyasal işlemlerin bir sonucu olarak, terminallerinde zıt kuvvetlerin birikmesi meydana gelir.Elektrostatik olmayan, etkisi altında böyle bir yük dağılımının meydana geldiği kuvvetlere dış kuvvetler denir.

Aşağıdaki örneğin dikkate alınması, mevcut bir kaynağın EMF kavramının doğasını anlamaya yardımcı olacaktır.

Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi bir elektrik alanı içinde, yani içinde de bir elektrik alanı bulunacak şekilde bulunan bir iletkeni düşünelim.

Bu alanın etkisi altında iletkende bir elektrik akımının akmaya başladığı bilinmektedir. Artık soru, iletkenin sonuna ulaştıklarında yük taşıyıcılarına ne olacağı ve bu akımın zaman içinde sabit kalıp kalmayacağı sorusu haline geliyor.

Devre açıkken elektrik alanının etkisiyle iletkenin uçlarında yüklerin birikeceği sonucunu rahatlıkla çıkarabiliriz. Bu nedenle aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi sabit kalmayacak ve iletken içindeki elektronların hareketi çok kısa ömürlü olacaktır.

Bu nedenle, iletken bir devrede sabit bir akım akışını sürdürmek için bu devrenin kapatılması gerekir; döngü şeklindedir. Ancak yükün her zaman daha düşük bir potansiyele doğru hareket etmesi ve elektrik alanının yük üzerinde her zaman pozitif iş yapması nedeniyle bu durum bile akımı korumak için yeterli değildir.

Artık yük kapalı bir devre boyunca ilerledikten sonra yolculuğuna başladığı başlangıç ​​noktasına döndüğünde, bu noktadaki potansiyelin hareketin başlangıcındaki ile aynı olması gerekir. Ancak akımın akışı her zaman potansiyel enerji kaybıyla ilişkilidir.

Sonuç olarak, devrede, terminallerinde potansiyel farkın korunduğu, elektrik yüklerinin hareket enerjisini artıran bazı harici kaynaklara ihtiyacımız var.

Böyle bir kaynak, yükü daha yüksek bir potansiyelden daha düşük bir potansiyele itmeye çalışan bir elektrostatik kuvvetin etkisi altında elektronların hareketine zıt yönde yükün daha düşük bir potansiyelden daha yüksek bir potansiyele gitmesine izin verir.

Yükün daha düşük bir potansiyelden daha yüksek bir potansiyele hareket etmesine neden olan bu kuvvete genellikle akım kaynağı denir - bu, dış kuvvetler tarafından kaynak içindeki yükleri hareket ettirmek için harcanan işi karakterize eden fiziksel bir parametredir.

Daha önce de belirtildiği gibi, mevcut kaynağın EMF'sini sağlayan cihazlar olarak pillerin yanı sıra jeneratörler, termo elemanlar vb.

Artık, iç emk'si nedeniyle, kaynağın terminalleri arasında potansiyel bir fark sağladığını ve elektronların elektrostatik kuvvetin hareketinin tersi yönde sürekli hareketini teşvik ettiğini biliyoruz.

Aşağıda formülü verilen akım kaynağının EMF'si, potansiyel fark gibi volt cinsinden ifade edilir:

E = A st /Δq,

burada A st dış kuvvetlerin işidir, Δq ise kaynağın içinde hareket eden yüktür.

Bir iletkende belirli bir elektrik akımı değerini korumak için, bu iletkenin uçlarında her zaman gerekli potansiyel farkını sağlayacak bazı harici enerji kaynaklarına ihtiyaç vardır. Bu tür enerji kaynakları, bazı özelliklere sahip olan elektrik akımı kaynakları olarak adlandırılır. elektrik hareket gücü Potansiyel bir farkı uzun süre yaratma ve sürdürme yeteneğine sahip olan.

Elektromotor kuvvet veya kısaltılmış emf, Latin harfiyle gösterilir e. Ölçü birimi dır-dir volt. Bu nedenle, bir iletkende elektrik akımının sürekli hareketini sağlamak için bir elektromotor kuvvete, yani bir elektrik akımı kaynağına ihtiyaç vardır.

Tarihsel referans. Elektrik mühendisliğinde bu tür ilk akım kaynağı, zayıf bir asit çözeltisine batırılmış sığır derisi ile kaplı birkaç bakır ve çinko daireden oluşan bir "voltaik kutup" idi. Bu nedenle, elektromotor kuvveti elde etmenin en basit yolunun, bir dizi madde ve malzemenin kimyasal etkileşimi olduğu ve bunun sonucunda kimyasal enerjinin elektrik enerjisine dönüştürüldüğü düşünülmektedir. EMF'nin elektromotor kuvvetinin benzer bir yöntem kullanılarak üretildiği güç kaynaklarına kimyasal akım kaynakları denir.

Günümüzde kimyasal güç kaynakları - piller ve olası tüm pil türleri - elektronik ve elektrik mühendisliğinin yanı sıra enerji endüstrisinde de yaygınlaşmıştır.

Sanayi işletmelerine elektrik enerjisi sağlama, şehirlerin aydınlatmasını sağlama, demiryolu, tramvay ve metro sistemlerinin işletilmesinde tek kaynak olarak kullanılabilen çeşitli tipte jeneratörler de yaygındır.

EMF hem kimyasal kaynaklara hem de jeneratörlere tamamen aynı şekilde etki eder. Eylemi, güç kaynağının her bir terminalinde potansiyel bir fark yaratmak ve bunu gereken süre boyunca sürdürmektir. Güç kaynağı terminallerine kutup denir. Kutuplardan birinde her zaman elektron eksikliği vardır, yani. böyle bir direğin pozitif yükü vardır ve " + "ve diğer yandan, tam tersine, artan bir serbest elektron konsantrasyonu yaratılır, yani. bu kutbun negatif yükü vardır ve “ işaretiyle işaretlenmiştir. - ».

EMF kaynakları, elektrik enerjisi tüketen çeşitli alet ve cihazları bağlamak için kullanılır. Tüketiciler teller kullanılarak akım kaynaklarının kutuplarına bağlanır, böylece kapalı bir elektrik devresi elde edilir. Kapalı bir elektrik devresinde ortaya çıkan potansiyel farkı Latince “U” harfi ile isimlendirilir ve gösterilir. Gerilim ünitesi bir volt. Örneğin, kayıt U=12V EMF kaynak voltajının 12 V olduğunu gösterir.

Gerilimi veya EMF'yi ölçmek için özel bir ölçüm cihazı kullanılır - .

EMF'nin veya güç kaynağının voltajının doğru ölçümlerinin yapılması gerekiyorsa, kutuplara doğrudan bir voltmetre bağlanır. Elektrik devresi açıkken voltmetre EMF'yi gösterecektir. Devre kapatıldığında voltmetre, güç kaynağının her terminalindeki voltaj değerini gösterecektir. Not: Akım kaynağı her zaman terminallerdeki voltajdan daha büyük bir EMF geliştirir.

Video dersi: EMF

Video dersi: Bir fizik öğretmeninden elektromotor kuvvet

Akım kaynağının her bir terminalindeki voltaj, güç kaynağının iç direncinde meydana gelen voltaj düşüşünün değeri kadar elektromotor kuvvetten daha azdır:

İdeal kaynaklarda terminallerdeki voltaj, tüketilen akım miktarına bağlı değildir.

Tüm elektromotor kuvvet kaynaklarının onları karakterize eden parametreleri vardır: açık devre voltajı U xx, kısa devre akımı ben kısayım ve iç direnç (bir DC kaynağı için R int). U xx kaynak akımı sıfır olduğunda voltajdır. Her akımda ideal bir kaynakta U xx =0. ben kısayım sıfır voltajdaki akımdır. İdeal bir voltaj kaynağının sonsuz voltajı vardır kısaltıyorum = ∞. İç direnç ilişkilerden belirlenir. İdeal bir voltaj kaynağının voltajı herhangi bir akımda sabit olduğundan ΔU = 0, o zaman iç direnci de sıfır değere sahiptir.

R in =ΔU / ΔI = 0;

Kaynak, pozitif gerilim ve akımla elektrik enerjisini devreye gönderir ve jeneratör modunda çalışır. Akım ters yönde aktığında kaynak devreden elektrik enerjisini alır ve alıcı modunda çalışır.

İdeal bir akım kaynağı durumunda değeri, terminallerindeki gerilime bağlı değildir: ben = yapı.

İdeal bir akım kaynağının akımı sabit olduğundan ΔI = 0, o zaman sonsuza eşit bir iç dirence sahiptir.

R in =ΔU / ΔI = ∞

Kaynak, pozitif gerilim ve akımla devreye enerji gönderir ve jeneratör modunda çalışır. Ters yönde ise alıcı modunda çalışır.

Gerçek bir elektromotor kuvvet kaynağında, akım arttıkça terminallerdeki voltaj azalır. Bu akım-gerilim karakteristiği, herhangi bir akım değerindeki gerilimi belirleme denklemine karşılık gelir.

U = U xx - R int ×I,

Nerede , formülle hesaplanır

R =ΔU / ΔI≠ 0

Ayrıca şu şekilde de hesaplanabilir: U xx Ve ben kısayım

R in =U xx / II kısa

Bir akım kaynağı herhangi bir kapalı devreye bağlandığında, bu devrenin sınırladığı alan, dış manyetik kuvvet çizgileri tarafından delinmeye başlar. Dışarıdan gelen her güç hattı iletkeni geçerek içinde kendi kendine endüksiyon emk'sini indükler.

>>Fizik: Elektromotor kuvvet

Herhangi bir akım kaynağı, elektromotor kuvvet veya kısaca EMF ile karakterize edilir. Yani yuvarlak bir el feneri pilinde şöyle yazıyor: 1,5 V. Bu ne anlama geliyor?
Zıt işaretli yükleri taşıyan iki metal topu bir iletkenle bağlayın. Bu yüklerin elektrik alanının etkisi altında iletkende bir elektrik akımı ortaya çıkar ( Şekil 15.7). Ancak bu akım çok kısa ömürlü olacaktır. Yükler hızla birbirini nötralize edecek, topların potansiyelleri aynı olacak ve elektrik alanı kaybolacaktır.
Dış güçler. Akımın sabit olması için toplar arasında sabit bir voltajın korunması gerekir. Bunun için bir cihaza ihtiyacınız var ( akım kaynağı), yükleri bir toptan diğerine, topların elektrik alanından bu yüklere etki eden kuvvetlerin yönünün tersi yönde hareket ettirecektir. Böyle bir cihazda, elektriksel kuvvetlere ek olarak, yükler, elektrostatik olmayan kuvvetler tarafından da etkilenmelidir ( Şekil 15.8). Yüklü parçacıkların elektrik alanı tek başına ( Coulomb alanı) devrede sabit bir akımı koruyamaz.

Elektrostatik kökenli kuvvetler (yani Coulomb kuvvetleri) haricinde, elektrik yüklü parçacıklara etki eden tüm kuvvetlere denir. dış güçler tarafından.
Enerjinin korunumu yasasına dönersek, devrede sabit bir akımı sürdürmek için dış kuvvetlerin gerekliliğine ilişkin sonuç daha da belirgin hale gelecektir. Elektrostatik alan potansiyeldir. Yüklü parçacıklar kapalı bir elektrik devresi boyunca hareket ettiğinde bu alanın yaptığı iş sıfırdır. Akımın iletkenlerden geçişine enerji salınımı eşlik eder - iletken ısınır. Bu nedenle devrede onu besleyen bir enerji kaynağının bulunması gerekir. Coulomb kuvvetlerine ek olarak üçüncü taraf potansiyel olmayan kuvvetlerin de bunda etkili olması gerekir. Bu kuvvetlerin kapalı bir döngü boyunca yaptığı iş sıfırdan farklı olmalıdır. Yüklü parçacıkların akım kaynağı içinde enerji elde etmesi ve daha sonra bunu elektrik devresinin iletkenlerine vermesi, bu kuvvetler tarafından iş yapma sürecindedir.
Üçüncü taraf kuvvetleri, tüm mevcut kaynakların içindeki yüklü parçacıkları harekete geçirir: enerji santrallerindeki jeneratörlerde, galvanik hücrelerde, pillerde vb.
Bir devre kapatıldığında devrenin tüm iletkenlerinde bir elektrik alanı oluşur. Mevcut kaynağın içinde yükler etkisi altında hareket eder. Coulomb kuvvetlerine karşı dış kuvvetler(pozitif yüklü bir elektrottan negatif olana elektronlar) ve harici bir devrede bir elektrik alanı tarafından tahrik edilirler (bkz. Şekil 15.8).
Dış kuvvetlerin doğası. Dış kuvvetlerin doğası değişebilir. Enerji santrali jeneratörlerinde dış kuvvetler, hareketli bir iletkendeki elektronlar üzerinde manyetik alandan etki eden kuvvetlerdir.
Volta hücresi gibi galvanik bir hücrede kimyasal kuvvetler çalışır. Volta hücresi, sülfürik asit çözeltisine yerleştirilmiş çinko ve bakır elektrotlardan oluşur. Kimyasal kuvvetler çinkonun asit içinde çözünmesine neden olur. Pozitif yüklü çinko iyonları çözeltiye geçer ve çinko elektrotun kendisi negatif yüklü hale gelir. (Bakır, sülfürik asitte çok az çözünür.) Çinko ve bakır elektrotlar arasında, kapalı bir elektrik devresindeki akımı belirleyen bir potansiyel farkı ortaya çıkar.
Dış kuvvetlerin etkisi, adı verilen önemli bir fiziksel miktarla karakterize edilir. elektrik hareket gücü(kısaltılmış EMF).
Bir akım kaynağının elektromotor kuvveti, bir yükü kapalı bir devre boyunca hareket ettirirken dış kuvvetlerin yaptığı işin bu yükün büyüklüğüne oranına eşittir:

Gerilim gibi elektromotor kuvvet de volt cinsinden ifade edilir.
Devrenin herhangi bir yerindeki elektromotor kuvvetten de bahsedebiliriz. Bu, tüm devre boyunca değil, yalnızca belirli bir alanda dış kuvvetlerin (tek bir yükü hareket ettirme işi) özel işidir. Galvanik hücrenin elektromotor kuvveti Bir elemanın içindeki tek bir pozitif yükü bir kutuptan diğerine hareket ettirirken dış kuvvetlerin çalışmasına sayısal olarak eşit bir miktardır. Dış kuvvetlerin işi potansiyel farkla ifade edilemez çünkü dış kuvvetler potansiyel değildir ve işleri yüklerin yörüngesinin şekline bağlıdır. Dolayısıyla, örneğin, bir yükü, kaynağın dışındaki bir akım kaynağının terminalleri arasında hareket ettirirken dış kuvvetlerin işi sıfırdır.
Artık EMF'nin ne olduğunu biliyorsunuz. Pil 1,5 V diyorsa, bu, 1 C'lik yükü pilin bir kutbundan diğerine hareket ettirirken dış kuvvetlerin (bu durumda kimyasal) 1,5 J iş yaptığı anlamına gelir. Kapalı bir devrede hiçbir dış kuvvet etki etmiyorsa, yani EMF yoksa doğru akım mevcut olamaz.

???
1. Yüklü parçacıkların elektrik alanı (Coulomb alanı) neden bir devrede sabit bir elektrik akımını sürdürememektedir?
2. Hangi güçlere genellikle üçüncü taraf denir?
3. Elektromotor kuvvete ne denir?

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, Fizik 10. sınıf

Fizik üzerine ders kitapları ve kitaplar içeren çevrimiçi kütüphane, tüm konular için ders planları, 10. sınıf için fizik ödevleri

Bu derse ilişkin düzeltmeleriniz veya önerileriniz varsa,

EMF. Sayısal olarak elektromotor kuvvet, bir elektrik enerjisi kaynağının kapalı bir devre boyunca tek bir pozitif yükü aktarırken yaptığı iş ile ölçülür. Enerjinin kaynağı iş yapmak ise A, tüm kapalı şarj devresi boyunca aktarım sağlar Q, daha sonra elektromotor kuvveti ( e) eşit olacak

Elektromotor kuvvetin SI birimi volttur (V). Bir elektrik enerjisi kaynağı, 1 coulomb'luk bir yükü kapalı bir devre boyunca hareket ettirirken 1 joule'e eşit bir iş yapılırsa 1 voltluk bir emk'ye sahiptir. Farklı kaynaklardaki elektromotor kuvvetlerin fiziksel doğası çok farklıdır.

Kendi kendine indüksiyon- devreden akan akım değiştiğinde kapalı bir iletken devrede indüklenen emf'nin oluşması. Akım değiştiğinde BEN devrede manyetik akı orantılı olarak değişir B bu konturun sınırladığı yüzey boyunca. Elektromanyetik indüksiyon yasası nedeniyle bu manyetik akıdaki bir değişiklik, bu devrede endüktif bir emf'nin uyarılmasına yol açar. e. Bu olguya kendi kendine indüksiyon denir.

Kavram, özel durumu olan karşılıklı tümevarım kavramıyla ilgilidir.

Güç. Güç, birim zamanda yapılan iştir. Güç, birim zamanda yapılan, yani yükü elektriğe aktarmak için yapılan iştir. bir devre veya kapalı olan enerji tüketir, bu A=U*Q'ya eşittir çünkü elektrik miktarı mevcut gücün çarpımına eşit olduğundan Q=I*t, bundan A=U*I*t sonucu çıkar. P=A/t=U*Q/t=U*I=I*t*R=P=U*I(I)

1W=1000mV, 1kW=1000V, Pr=Pп+Po-güç dengesi formülü. Pr-jeneratör gücü (EMF)

Pr=E*I,Pp=I*U faydalı güç, yani kayıpsız tüketilen güç. Po=I^2*R-güç kaybı. Devrenin çalışabilmesi için elektrik devresinde güç dengesinin sağlanması gerekir.

12.Bir devrenin bir bölümü için Ohm yasası.

Devrenin bir bölümündeki akımın gücü, bu iletkenin uçlarındaki voltajla doğru orantılı ve direnciyle ters orantılıdır:
ben=U/R;

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

13.Tam bir devre için Ohm kanunu.

Devredeki akımın gücü, devrede etkili olan EMF ile orantılıdır ve devre direncinin ve kaynağın iç direncinin toplamı ile ters orantılıdır.

Gerilim kaynağının EMF'si (V), - devredeki akım gücü (A), - devrenin tüm harici elemanlarının direnci (Ohm), - gerilim kaynağının iç direnci (Ohm).1) E=I(R +r)? 2)R+r=E/I

14.Dirençlerin seri, paralel bağlanması, eşdeğer direnç. Akım ve gerilimlerin dağılımı.

Seri bağlantı için birkaç direnç ilkinin sonu direnç ikincinin başlangıcına, ikincinin sonunun üçüncünün başlangıcına vb. bağlanın. Böyle bir bağlantıyla sıralı devrenin tüm elemanlarından geçer
aynı akım I.

Uе=U1+U2+U3. Sonuç olarak, kaynak terminallerindeki voltaj U, seri bağlı dirençlerin her birindeki voltajların toplamına eşittir.

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

Seri bağlandığında devrenin direnci artar.

Dirençlerin paralel bağlanması. Dirençlerin paralel bağlantısı, dirençlerin başlangıçlarının kaynağın bir terminaline ve uçlarının diğer terminale bağlandığı bir bağlantıdır.

Paralel bağlı dirençlerin toplam direnci formülle belirlenir.

Paralel bağlanan dirençlerin toplam direnci her zaman belirli bir bağlantıdaki en küçük dirençten küçüktür.

Dirençler paralel bağlandığında üzerlerindeki gerilimler birbirine eşit olur. Uе=U1=U2=U3 Akım I devreye akar ve akımlar I 1, I 2, I 3 ondan dışarı akar. Hareketli elektrik yükleri bir noktada birikmediği için, dallanma noktasına akan toplam yükün, oradan uzaklaşan toplam yüke eşit olduğu açıktır: Iе=I1+I2+I3 Bu nedenle paralel bağlantının üçüncü özelliği şu şekilde formüle edilebilir: Devrenin dallanmamış kısmındaki akımın büyüklüğü, paralel dallardaki akımların toplamına eşittir.İki paralel direnç için: