Co to jest emf, w jakich jednostkach się go mierzy. Co to jest pole elektromagnetyczne i jak się je mierzy? Tematy kodyfikatorów Unified State Examination: siła elektromotoryczna, rezystancja wewnętrzna źródła prądu, prawo Ohma dla kompletnego obwodu elektrycznego

W materiale zrozumiemy pojęcie emf indukowanego w sytuacjach jego wystąpienia. Rozważymy również indukcyjność jako kluczowy parametr występowania strumienia magnetycznego, gdy w przewodniku pojawi się pole elektryczne.

Indukcja elektromagnetyczna to wytwarzanie prądu elektrycznego przez pola magnetyczne, które zmieniają się w czasie. Dzięki odkryciom Faradaya i Lenza wzorce zostały sformułowane w prawa, które wprowadziły symetrię do rozumienia przepływów elektromagnetycznych. Teoria Maxwella połączyła wiedzę o prądzie elektrycznym i strumieniach magnetycznych. Dzięki odkryciu Hertza ludzkość poznała telekomunikację.

Wokół przewodnika, w którym płynie prąd elektryczny, pojawia się pole elektromagnetyczne, ale równolegle zachodzi również zjawisko odwrotne – indukcja elektromagnetyczna. Rozważmy strumień magnetyczny na przykładzie: jeśli ramę wykonaną z przewodnika umieszczono w polu elektrycznym z indukcją i przesuwano z góry na dół wzdłuż linii sił magnetycznych lub w lewo i w prawo prostopadle do nich, to strumień magnetyczny przechodzący przez ramę będzie wartością stałą.

Kiedy rama obraca się wokół własnej osi, po pewnym czasie strumień magnetyczny zmieni się o określoną wartość. W rezultacie w ramce pojawia się indukowany emf i pojawia się prąd elektryczny, który nazywa się indukcją.

indukowany emf

Rozumiemy szczegółowo, czym jest koncepcja indukowanego emf. Kiedy przewodnik umieszczony jest w polu magnetycznym i porusza się zgodnie z przecięciem linii pola, w przewodniku pojawia się siła elektromotoryczna zwana indukowanym emf. Dzieje się tak również wtedy, gdy przewodnik pozostaje nieruchomy, a pole magnetyczne porusza się i przecina przewodnik liniami sił.

Kiedy przewodnik, w którym występuje pole elektromagnetyczne, zostanie zamknięty w obwodzie zewnętrznym, ze względu na obecność tego pola elektromagnetycznego, przez obwód zaczyna płynąć prąd indukowany. Indukcja elektromagnetyczna polega na indukowaniu pola elektromagnetycznego w przewodniku w momencie przecięcia go przez linie pola magnetycznego.

Indukcja elektromagnetyczna to odwrotny proces przekształcania energii mechanicznej w prąd elektryczny. Koncepcja ta i jej prawa są szeroko stosowane w elektrotechnice; większość maszyn elektrycznych opiera się na tym zjawisku.

Prawa Faradaya i Lenza

Prawa Faradaya i Lenza odzwierciedlają wzorce występowania indukcji elektromagnetycznej.

Faraday odkrył, że efekty magnetyczne powstają w wyniku zmian strumienia magnetycznego w czasie. W momencie, gdy przemienny prąd magnetyczny przepływa przez przewodnik, powstaje w nim siła elektromotoryczna, która prowadzi do wytworzenia prądu elektrycznego. Zarówno magnes trwały, jak i elektromagnes mogą generować prąd.

Naukowiec ustalił, że natężenie prądu wzrasta wraz z gwałtowną zmianą liczby linii siły przecinających obwód. Oznacza to, że pole elektromagnetyczne indukcji elektromagnetycznej zależy bezpośrednio od prędkości strumienia magnetycznego.

Zgodnie z prawem Faradaya wzory na indukowaną siłę emf definiuje się w następujący sposób:

Znak minus wskazuje związek między polarnością indukowanego emf, kierunkiem przepływu i zmieniającą się prędkością.

Zgodnie z prawem Lenza siłę elektromotoryczną można scharakteryzować w zależności od jej kierunku. Jakakolwiek zmiana strumienia magnetycznego w cewce prowadzi do pojawienia się indukowanego emf, a przy szybkiej zmianie obserwuje się rosnący emf.

Jeżeli cewka, w której występuje indukowany emf, ulegnie zwarciu z obwodem zewnętrznym, wówczas przepływa przez nią indukowany prąd, w wyniku czego wokół przewodnika pojawia się pole magnetyczne, a cewka nabiera właściwości elektromagnesu. W rezultacie wokół cewki powstaje własne pole magnetyczne.

E.H. Lenz ustalił wzór, według którego określa się kierunek prądu indukcyjnego w cewce i indukowaną siłę emf. Prawo stanowi, że emf indukowany w cewce, gdy zmienia się strumień magnetyczny, tworzy w cewce prąd w kierunku, w którym dany strumień magnetyczny cewki pozwala uniknąć zmian zewnętrznego strumienia magnetycznego.

Prawo Lenza dotyczy wszystkich sytuacji indukcji prądu elektrycznego w przewodnikach, niezależnie od ich konfiguracji i sposobu zmiany zewnętrznego pola magnetycznego.

Ruch drutu w polu magnetycznym

Wartość indukowanego emf określa się w zależności od długości przewodnika, przez który przecinają się linie pola. Przy większej liczbie linii energetycznych wzrasta wielkość indukowanego emf. Wraz ze wzrostem pola magnetycznego i indukcji w przewodniku występuje większa wartość pola elektromagnetycznego. Zatem wartość indukowanego emf w przewodniku poruszającym się w polu magnetycznym zależy bezpośrednio od indukcji pola magnetycznego, długości przewodnika i prędkości jego ruchu.

Zależność tę odzwierciedla wzór E = Blv, gdzie E jest indukowanym emf; B jest wartością indukcji magnetycznej; I to długość przewodnika; v to prędkość jego ruchu.

Należy zauważyć, że w przewodniku poruszającym się w polu magnetycznym indukowany emf pojawia się tylko wtedy, gdy przecina on linie pola magnetycznego. Jeśli przewodnik porusza się wzdłuż linii sił, wówczas nie jest indukowany żaden emf. Z tego powodu wzór ma zastosowanie tylko w przypadkach, gdy ruch przewodnika jest skierowany prostopadle do linii sił.

Kierunek indukowanego emf i prądu elektrycznego w przewodniku jest określony przez kierunek ruchu samego przewodnika. Aby określić kierunek, opracowano regułę prawej ręki. Jeśli trzymasz dłoń prawej ręki w taki sposób, że linie pola wchodzą w jej kierunku, a kciuk wskazuje kierunek ruchu przewodnika, wówczas pozostałe cztery palce wskazują kierunek indukowanego emf i kierunek prąd elektryczny w przewodniku.

Obrotowy bęben

Działanie generatora prądu elektrycznego opiera się na obrocie cewki w strumieniu magnetycznym, gdzie występuje określona liczba zwojów. Pole elektromagnetyczne indukuje się w obwodzie elektrycznym za każdym razem, gdy przepływa przez niego strumień magnetyczny, w oparciu o wzór na strumień magnetyczny Ф = B x S x cos α (indukcja magnetyczna pomnożona przez powierzchnię, przez którą przechodzi strumień magnetyczny, i cosinus kąta utworzonego przez wektor kierunkowy i prostopadle do linii płaszczyzny).

Zgodnie ze wzorem na F wpływają zmiany sytuacji:

• gdy zmienia się strumień magnetyczny, zmienia się wektor kierunku;
• obszar objęty konturem zmienia się;
• kąt się zmienia.

Dopuszczalne jest indukowanie pola elektromagnetycznego za pomocą nieruchomego magnesu lub prądu stałego, ale po prostu poprzez obrót cewki wokół własnej osi w polu magnetycznym. W tym przypadku strumień magnetyczny zmienia się wraz ze zmianą wartości kąta. Podczas obrotu cewka przecina linie strumienia magnetycznego, powodując powstanie emf. Przy równomiernym obrocie następuje okresowa zmiana strumienia magnetycznego. Ponadto liczba linii pola przecinających się co sekundę staje się równa wartościom w równych odstępach czasu.

W praktyce w generatorach prądu przemiennego cewka pozostaje nieruchoma, a elektromagnes obraca się wokół niej.

Samoindukowane emf

Kiedy przemienny prąd elektryczny przepływa przez cewkę, generowane jest zmienne pole magnetyczne, które charakteryzuje się zmiennym strumieniem magnetycznym, który indukuje emf. Zjawisko to nazywa się samoindukcją.

Ze względu na to, że strumień magnetyczny jest proporcjonalny do natężenia prądu elektrycznego, wzór na emf samoindukcji wygląda następująco:

Ф = L x I, gdzie L to indukcyjność mierzona w H. Jego wartość zależy od liczby zwojów na jednostkę długości i wielkości ich przekroju.

Indukcja wzajemna

Kiedy dwie cewki są umieszczone obok siebie, obserwuje się w nich wzajemnie indukcyjny emf, który jest określony przez konfigurację dwóch obwodów i ich wzajemną orientację. Wraz ze wzrostem separacji obwodów wartość wzajemnej indukcyjności maleje, ponieważ zmniejsza się całkowity strumień magnetyczny obu cewek.

Rozważmy szczegółowo proces wzajemnej indukcji. Są dwie cewki, prąd I1 płynie wzdłuż przewodu jednej o liczbie zwojów N1, który wytwarza strumień magnetyczny i przepływa przez drugą cewkę o liczbie zwojów N2.

Wartość indukcyjności wzajemnej drugiej cewki w stosunku do pierwszej:

M21 = (N2 x F21)/I1.

Wartość strumienia magnetycznego:

F21 = (M21/N2) x I1.

Indukowaną siłę emf oblicza się ze wzoru:

E2 = - N2 x dФ21/dt = - M21x dI1/dt.

W pierwszej cewce wartość indukowanego emf wynosi:

E1 = - M12 x dI2/dt.

Należy zauważyć, że siła elektromotoryczna wytwarzana przez wzajemną indukcję w jednej z cewek jest w każdym przypadku wprost proporcjonalna do zmiany prądu elektrycznego w drugiej cewce.

Następnie indukcyjność wzajemną uważa się za równą:

M12 = M21 = M.

W konsekwencji E1 = - M x dI2/dt i E2 = M x dI1/dt. M = K √ (L1 x L2), gdzie K jest współczynnikiem sprzężenia pomiędzy dwiema wartościami indukcyjności.

Indukcja wzajemna jest szeroko stosowana w transformatorach, które umożliwiają zmianę wartości przemiennego prądu elektrycznego. Urządzenie składa się z pary cewek nawiniętych na wspólny rdzeń. Prąd w pierwszej cewce tworzy zmienny strumień magnetyczny w obwodzie magnetycznym i prąd w drugiej cewce. Przy mniejszej liczbie zwojów w pierwszej cewce niż w drugiej napięcie wzrasta, a zatem przy większej liczbie zwojów w pierwszym uzwojeniu napięcie maleje.

Oprócz wytwarzania i przetwarzania energii elektrycznej zjawisko indukcji magnetycznej wykorzystywane jest w innych urządzeniach. Na przykład w pociągach na lewitacji magnetycznej poruszających się bez bezpośredniego kontaktu z prądem w szynach, ale kilka centymetrów wyżej z powodu odpychania elektromagnetycznego.

« Fizyka – klasa 10”

Każde źródło prądu charakteryzuje się siłą elektromotoryczną lub w skrócie polem elektromagnetycznym. Tak więc na okrągłej baterii latarki jest napisane: 1,5 V.
Co to znaczy?

Jeśli połączysz dwie przeciwnie naładowane kulki z przewodnikiem, ładunki szybko się zneutralizują, potencjały kulek staną się takie same, a pole elektryczne zniknie (ryc. 15.9, a).

Siły zewnętrzne.

Aby prąd był stały, konieczne jest utrzymanie stałego napięcia między kulkami. Aby to zrobić, potrzebne jest urządzenie (źródło prądu), które przemieszczałoby ładunki z jednej kulki na drugą w kierunku przeciwnym do kierunku sił działających na te ładunki od pola elektrycznego kulek. W takim urządzeniu oprócz sił elektrycznych na ładunki muszą oddziaływać siły pochodzenia nieelektrostatycznego (ryc. 15.9, b). Samo pole elektryczne naładowanych cząstek ( Pole Coulomba) nie jest w stanie utrzymać stałego prądu w obwodzie.

Wszelkie siły działające na cząstki naładowane elektrycznie, z wyjątkiem sił pochodzenia elektrostatycznego (tj. Sił Coulomba), nazywane są siły zewnętrzne.

Wniosek o potrzebie utrzymania stałego prądu w obwodzie przez siły zewnętrzne stanie się jeszcze bardziej oczywisty, jeśli przejdziemy do prawa zachowania energii.

Pole elektrostatyczne jest potencjalne. Praca wykonana przez to pole, gdy naładowane cząstki poruszają się w nim po zamkniętym obwodzie elektrycznym, wynosi zero. Przepływowi prądu przez przewodniki towarzyszy wydzielanie energii - przewodnik nagrzewa się. Dlatego w obwodzie musi znajdować się jakieś źródło energii, które dostarcza ją do obwodu. W nim, oprócz sił Coulomba, muszą działać siły zewnętrzne, niepotencjalne. Praca tych sił wzdłuż zamkniętej pętli musi być różna od zera.

To właśnie w trakcie wykonywania pracy przez te siły naładowane cząstki zdobywają energię wewnątrz źródła prądu, a następnie przekazują ją przewodnikom obwodu elektrycznego.

Siły zewnętrzne wprawiają w ruch naładowane cząstki we wszystkich źródłach prądu: w generatorach w elektrowniach, w ogniwach galwanicznych, bateriach itp.

Kiedy obwód jest zamknięty, we wszystkich przewodnikach obwodu powstaje pole elektryczne. Wewnątrz źródła prądu ładunki poruszają się pod wpływem siły zewnętrzne przeciwko siłom Coulomba(elektrony z elektrody naładowanej dodatnio do elektrody ujemnej), a w obwodzie zewnętrznym są napędzane polem elektrycznym (patrz ryc. 15.9, b).

Charakter sił zewnętrznych.

Charakter sił zewnętrznych może być zmienny. W generatorach elektrowni siły obce to siły działające z pola magnetycznego na elektrony w poruszającym się przewodniku.

W ogniwie galwanicznym, takim jak ogniwo Volta, działają siły chemiczne.

Ogniwo Volta składa się z elektrod cynkowych i miedzianych umieszczonych w roztworze kwasu siarkowego. Siły chemiczne powodują rozpuszczenie cynku w kwasie. Do roztworu przedostają się dodatnio naładowane jony cynku, a sama elektroda cynkowa zostaje naładowana ujemnie. (Miedź bardzo słabo rozpuszcza się w kwasie siarkowym.) Pomiędzy elektrodą cynkową i miedzianą pojawia się różnica potencjałów, która określa prąd w zewnętrznym obwodzie elektrycznym.

Działanie sił zewnętrznych charakteryzuje się ważną wielkością fizyczną zwaną siła elektromotoryczna(w skrócie EMF).

Siła elektromotorycznaźródło prądu jest równe stosunkowi pracy sił zewnętrznych podczas przemieszczania ładunku po obwodzie zamkniętym do wartości bezwzględnej tego ładunku:

Siła elektromotoryczna, podobnie jak napięcie, wyrażana jest w woltach.

Różnica potencjałów na zaciskach akumulatora, gdy obwód jest otwarty, jest równa sile elektromotorycznej. Siła emf jednego ogniwa akumulatora wynosi zwykle 1-2 V.

Można też mówić o sile elektromotorycznej w dowolnej części obwodu. Jest to specyficzna praca sił zewnętrznych (praca polegająca na przemieszczeniu pojedynczego ładunku) nie po całym obwodzie, ale tylko na danym obszarze.

Siła elektromotoryczna ogniwa galwanicznego jest wielkością liczbowo równą działaniu sił zewnętrznych podczas przemieszczania pojedynczego ładunku dodatniego wewnątrz elementu z jednego bieguna na drugi.

Pracy sił zewnętrznych nie można wyrazić poprzez różnicę potencjałów, gdyż siły zewnętrzne są bezpotencjalne, a ich praca zależy od kształtu trajektorii ładunków.

Aby utrzymać prąd elektryczny w przewodniku, wymagane jest zewnętrzne źródło energii, które stale wytwarza różnicę potencjałów między końcami tego przewodnika. Takie źródła energii nazywane są źródłami energii elektrycznej (lub źródłami prądu).

Źródła energii elektrycznej mają pewne cechy siła elektromotoryczna(w skrócie Pole elektromagnetyczne), który tworzy i utrzymuje przez długi czas różnicę potencjałów pomiędzy końcami przewodu. Czasami mówi się, że emf wytwarza prąd elektryczny w obwodzie. Musimy pamiętać, że ta definicja jest umowna, ponieważ ustaliliśmy już powyżej, że przyczyną pojawienia się i istnienia prądu elektrycznego jest pole elektryczne.

Źródło energii elektrycznej wykonuje określoną pracę, przemieszczając ładunki elektryczne w obwodzie zamkniętym.

Definicja:Praca wykonana przez źródło energii elektrycznej podczas przenoszenia jednostki ładunku dodatniego przez obwód zamknięty nazywa się SEM źródła

Jednostką miary siły elektromotorycznej jest wolt (w skrócie wolt jest oznaczony literą B lub V - po łacinie „ve”).

Semf źródła energii elektrycznej jest równy jednemu woltowi, jeśli podczas przemieszczania jednego kulomba prądu elektrycznego w obwodzie zamkniętym źródło energii elektrycznej rzeczywiście pracuje równą jednemu dżulowi:

W praktyce do pomiaru pola elektromagnetycznego stosuje się zarówno większe, jak i mniejsze jednostki, a mianowicie:

1 kilowolt (kV, kV), równy 1000 V;

1 miliwolt (mV, mV), równy jednej tysięcznej wolta (10-3 V),

1 mikrowolt (μV, μV), równy jednej milionowej wolta (10-6 V).

Oczywiście 1 kV = 1000 V; 1 V = 1000 mV = 1 000 000 μV; 1 mV = 1000 µV.

Obecnie istnieje kilka rodzajów źródeł energii elektrycznej. Po raz pierwszy jako źródło energii elektrycznej zastosowano baterię galwaniczną, składającą się z kilku kręgów cynkowo-miedzianych, pomiędzy którymi ułożono skórę nasączoną zakwaszoną wodą. W baterii galwanicznej energia chemiczna została zamieniona na energię elektryczną (szerzej o tym będzie mowa w rozdziale XVI). Bateria galwaniczna wzięła swoją nazwę od włoskiego fizjologa Luigiego Galvaniego (1737-1798), jednego z twórców doktryny elektryczności.

Liczne eksperymenty dotyczące udoskonalenia i praktycznego zastosowania baterii galwanicznych przeprowadził rosyjski naukowiec Wasilij Władimirowicz Pietrow. Na początku ubiegłego wieku stworzył największą na świecie baterię galwaniczną i wykorzystał ją do szeregu genialnych eksperymentów.

Źródła energii elektrycznej działające na zasadzie zamiany energii chemicznej na energię elektryczną nazywane są chemicznymi źródłami energii elektrycznej.

Innym głównym źródłem energii elektrycznej, szeroko stosowanym w elektrotechnice i radiu, jest generator. W generatorach energia mechaniczna zamieniana jest na energię elektryczną.

Na schematach elektrycznych źródła energii elektrycznej i generatory oznaczono jak pokazano na ryc. 1.

Obrazek 1. Symbole źródeł energii elektrycznej:a - źródło pola elektromagnetycznego, ogólne oznaczenie, b - źródło prądu, ogólne oznaczenie; c - chemiczne źródło energii elektrycznej; g - bateria źródeł chemicznych; d - źródło stałego napięcia; e - źródło o zmiennym natężeniu; g - generator.

W chemicznych źródłach energii elektrycznej oraz w generatorach siła elektromotoryczna objawia się w ten sam sposób, tworząc różnicę potencjałów na zaciskach źródła i utrzymując ją przez długi czas. Te zaciski nazywają się bieguny źródła energii elektrycznej. Jeden biegun źródła energii elektrycznej ma potencjał dodatni (brak elektronów), jest oznaczony znakiem plus (+) i nazywany jest biegunem dodatnim. Drugi biegun ma potencjał ujemny (nadmiar elektronów), jest oznaczony znakiem minus (-) i nazywany jest biegunem ujemnym.

Ze źródeł energii elektrycznej energia elektryczna jest przesyłana przewodami do odbiorców (lampy elektryczne, silniki elektryczne, łuki elektryczne, elektryczne urządzenia grzewcze itp.).

Definicja:Połączenie źródła energii elektrycznej, jej odbiornika i przewodów łączących nazywa się obwodem elektrycznym.

Najprostszy obwód elektryczny pokazano na ryc. 2.

Rysunek 2. B - źródło energii elektrycznej; SA - przełącznik; EL - odbiorca energii elektrycznej (lampa).

Aby prąd elektryczny mógł przepłynąć przez obwód, musi on zostać zamknięty. Prąd przepływa w sposób ciągły przez zamknięty obwód elektryczny, ponieważ istnieje pewna różnica potencjałów między biegunami źródła energii elektrycznej. Ta różnica potencjałów nazywa się napięcie źródła i jest oznaczony literą U. Jednostką miary napięcia jest wolt. Podobnie jak pole elektromagnetyczne, napięcie można mierzyć w kilowoltach, miliwoltach i mikrowoltach.

Aby zmierzyć wielkość pola elektromagnetycznego i napięcia, stosuje się urządzenie zwane woltomierz. Jeśli woltomierz jest podłączony bezpośrednio do biegunów źródła energii elektrycznej, to przy otwartym obwodzie elektrycznym wskaże pole elektromagnetyczne źródła energii elektrycznej, a po zamknięciu napięcie na jego zaciskach: (ryc. 3).

Rysunek 3. Pomiar pola elektromagnetycznego i napięcia źródła energii elektrycznej:a - pomiar pola elektromagnetycznego źródła energii elektrycznej; b - pomiar napięcia na zaciskach źródła energii elektrycznej.

Należy pamiętać, że napięcie na zaciskach źródła energii elektrycznej jest zawsze mniejsze niż jego siła elektromotoryczna.

Pole elektromagnetyczne. Liczbowo siłę elektromotoryczną mierzy się pracą wykonaną przez źródło energii elektrycznej podczas przenoszenia pojedynczego ładunku dodatniego przez obwód zamknięty. Jeśli jest źródłem energii, wykonuje pracę A, zapewnia transfer w całym zamkniętym obwodzie ładowania Q, to jego siła elektromotoryczna ( mi) będzie równe

Jednostką siły elektromotorycznej w układzie SI jest wolt (V). Źródło energii elektrycznej ma siłę elektromotoryczną wynoszącą 1 wolt, jeśli podczas przemieszczania ładunku o wartości 1 kulomba w obwodzie zamkniętym wykonana zostanie praca równa 1 dżulowi. Fizyczna natura sił elektromotorycznych w różnych źródłach jest bardzo różna.

Samoindukcja- występowanie indukowanego emf w zamkniętym obwodzie przewodzącym, gdy zmienia się prąd płynący przez obwód. Kiedy prąd się zmienia I w obwodzie strumień magnetyczny zmienia się proporcjonalnie B przez powierzchnię ograniczoną tym konturem. Zmiana tego strumienia magnetycznego, ze względu na prawo indukcji elektromagnetycznej, prowadzi do wzbudzenia indukcyjnego emf w tym obwodzie mi. Zjawisko to nazywa się samoindukcją.

Pojęcie to jest powiązane z pojęciem indukcji wzajemnej, będącej jego szczególnym przypadkiem.

Moc. Moc to praca wykonana w jednostce czasu. Moc to praca wykonana w jednostce czasu, tj. przeniesienie ładunku do prądu. obwód lub obwód zamknięty zużywa energię, która jest równa A=U*Q, gdyż ilość energii elektrycznej jest równa iloczynowi natężenia prądu, wówczas Q=I*t wynika z tego, że 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-wzór bilansu mocy. Moc generatora wstępnego (EMF)

Pr=E*I,Pp=I*U moc użyteczna, czyli moc, która jest pobierana bez strat. Po=I^2*R-utracona moc. Aby obwód działał, konieczne jest utrzymanie równowagi mocy w obwodzie elektrycznym.

12.Prawo Ohma dla odcinka obwodu.

Natężenie prądu w odcinku obwodu jest wprost proporcjonalne do napięcia na końcach tego przewodnika i odwrotnie proporcjonalne do jego rezystancji:
Ja=U/R;

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

13.Prawo Ohma dla pełnego obwodu.

Natężenie prądu w obwodzie jest proporcjonalne do pola elektromagnetycznego działającego w obwodzie i odwrotnie proporcjonalne do sumy rezystancji obwodu i rezystancji wewnętrznej źródła.

SEM źródła napięcia (V), - natężenie prądu w obwodzie (A), - rezystancja wszystkich zewnętrznych elementów obwodu (Ohm), - rezystancja wewnętrzna źródła napięcia (Ohm 1) E=I(R +r)? 2)R+r=E/I

14.Szeregowe, równoległe połączenie rezystorów, rezystancja zastępcza. Rozkład prądów i napięć.

Do połączenia szeregowego kilka rezystorów koniec pierwszego rezystor połączyć z początkiem drugiego, końcem drugiego z początkiem trzeciego itd. Z takim połączeniem przechodzi przez wszystkie elementy obwodu sekwencyjnego
ten sam prąd I.

Ue=U1+U2+U3. W rezultacie napięcie U na zaciskach źródła jest równe sumie napięć na każdym z połączonych szeregowo rezystorów.

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

Po połączeniu szeregowym rezystancja obwodu wzrasta.

Równoległe połączenie rezystorów. Równoległe połączenie rezystancji to połączenie, w którym początki rezystancji są podłączone do jednego zacisku źródła, a końce do drugiego zacisku.

Całkowitą rezystancję połączonych równolegle rezystancji określa się ze wzoru

Całkowita rezystancja rezystancji połączonych równolegle jest zawsze mniejsza od najmniejszej rezystancji zawartej w danym połączeniu.

Gdy rezystancje są połączone równolegle, napięcia na nich są sobie równe. Ue=U1=U2=U3 Prąd I wpływa do obwodu, a prądy I 1, I 2, I 3 wypływają z niego. Ponieważ poruszające się ładunki elektryczne nie kumulują się w jednym punkcie, oczywiste jest, że całkowity ładunek dopływający do punktu rozgałęzienia jest równy całkowitemu ładunkowi odpływającemu z niego: Tj=I1+I2+I3 Dlatego trzecią właściwość połączenia równoległego można sformułować w następujący sposób: Wielkość prądu w nierozgałęzionej części obwodu jest równa sumie prądów w równoległych gałęziach. Dla dwóch równoległych rezystorów:

Siła elektromotoryczna, popularnie zwana polem elektromagnetycznym, podobnie jak napięcie, mierzona jest w woltach, ale ma zupełnie inny charakter.

Pole elektromagnetyczne z hydraulicznego punktu widzenia

Myślę, że znasz już wieżę ciśnień z poprzedniego artykułu nt

Załóżmy, że wieża jest całkowicie wypełniona wodą. Wywierciliśmy otwór w dolnej części wieży i włożyliśmy rurę, przez którą woda spływa do Twojego domu.

Sąsiadka chciała podlać ogórki, ty postanowiłeś umyć samochód, mama zaczęła robić pranie i voila! Strumień wody stawał się coraz mniejszy, aż w końcu całkowicie wysechł... Co się stało? Skończyła się woda w wieży...

Czas potrzebny na opróżnienie wieży zależy od wydajności samej wieży, a także od tego, ilu klientów będzie korzystać z wody.

To samo można powiedzieć o kondensatorze elementu radiowego:

Powiedzmy, że naładowaliśmy go z akumulatora 1,5 V i zaakceptował ładunek. Narysujmy naładowany kondensator w następujący sposób:

Ale gdy tylko podłączymy do niego obciążenie (niech obciążeniem będzie dioda LED) zamykając klawisz S, w ciągu pierwszych ułamków sekund dioda będzie świecić jasno, a potem cicho zgaśnie... i aż do całkowitego zgaśnięcia . Czas zaniku diody LED będzie zależał od pojemności kondensatora, a także od tego, jakie obciążenie podłączymy do naładowanego kondensatora.

Jak powiedziałem, jest to równoznaczne z prostą wypełnioną wieżą i konsumentami korzystającymi z wody.

Ale dlaczego w naszych wieżach nigdy nie brakuje wody? Tak, ponieważ to działa pompa doprowadzająca wodę! Skąd ta pompa pobiera wodę? Ze studni wierconej w celu wydobycia wód gruntowych. Czasami nazywany jest także artezyjskim.

Gdy tylko wieża zostanie całkowicie wypełniona wodą, pompa wyłącza się. W naszych wieżach ciśnień pompa zawsze utrzymuje maksymalny poziom wody.

Pamiętajmy więc, jakie jest napięcie? Analogicznie do hydrauliki jest to poziom wody w wieży ciśnień. Pełna wieża oznacza maksymalny poziom wody, co oznacza maksymalne napięcie. W wieży nie ma wody - napięcie wynosi zero.

Pole elektromagnetyczne prądu elektrycznego

Jak pamiętacie z poprzednich artykułów, cząsteczki wody to „elektrony”. Aby powstał prąd elektryczny, elektrony muszą poruszać się w jednym kierunku. Ale aby mogły poruszać się w jednym kierunku, musi istnieć napięcie i jakiś ciężar. Oznacza to, że woda w wieży jest napięta, a ludzie marnujący wodę na swoje potrzeby są obciążeniem, ponieważ tworzą przepływ wody z rury znajdującej się u podnóża wieży ciśnień. A przepływ to nic innego jak siła prądu.

Trzeba też spełnić warunek, że woda musi być zawsze na maksymalnym poziomie, bez względu na to, ile osób jednocześnie korzysta z niej do swoich potrzeb, w przeciwnym razie wieża będzie pusta. W przypadku wieży ciśnień ratunkiem jest pompa wodna. A co z prądem elektrycznym?

Aby prąd elektryczny mógł płynąć, musi istnieć pewna siła, która popycha elektrony w jednym kierunku przez dłuższy czas. Oznacza to, że ta siła musi poruszać elektrony! Siła elektromotoryczna! Tak, dokładnie! SIŁA ELEKTROMOTORYCZNA! Możemy to nazwać w skrócie EMF - mi elektro D widzenie Z muł. Jest mierzony w woltach, podobnie jak napięcie, i jest zwykle oznaczony literą mi.

Czyli nasze akumulatory też mają taką „pompkę”? Jest i słuszniej byłoby nazwać ją „pompą dostarczającą elektrony”). Ale oczywiście nikt tak nie mówi. Mówią po prostu - EMF. Ciekawe gdzie w akumulatorze ukryta jest ta pompka? Jest to po prostu reakcja elektrochemiczna, dzięki której utrzymuje się „poziom wody” w akumulatorze, ale mimo to pompa ta zużywa się, a napięcie w akumulatorze zaczyna spadać, ponieważ „pompa” nie ma czasu na pompa wodna. W końcu ulega całkowitemu uszkodzeniu i napięcie na akumulatorze spada prawie do zera.

Prawdziwe źródło pola elektromagnetycznego

Źródłem energii elektrycznej jest źródło pola elektromagnetycznego o oporze wewnętrznym R int. Mogą to być dowolne baterie chemiczne, takie jak baterie i akumulatory

Ich wewnętrzna struktura z punktu widzenia pola elektromagnetycznego wygląda mniej więcej tak:

Gdzie mi jest polem elektromagnetycznym oraz R wew jest rezystancją wewnętrzną akumulatora

Jakie zatem można z tego wyciągnąć wnioski?

Jeśli do akumulatora nie jest podłączone żadne obciążenie, takie jak żarówka itp., wówczas prąd w takim obwodzie będzie wynosić zero. Uproszczony schemat wyglądałby tak:

Ale jeśli mimo to podłączymy żarówkę do naszego akumulatora, wówczas nasz obwód zostanie zamknięty i prąd będzie płynął w obwodzie:

Jeśli narysujesz wykres zależności siły w obwodzie prądowym od napięcia na akumulatorze, będzie to wyglądać następująco:

Jaki jest wniosek? Aby zmierzyć pole elektromagnetyczne akumulatora, wystarczy wziąć dobry multimetr o dużej rezystancji wejściowej i zmierzyć napięcie na zaciskach akumulatora.

Idealne źródło pola elektromagnetycznego

Załóżmy, że nasza bateria ma zerowy opór wewnętrzny, wtedy okazuje się, że R in = 0.

Nietrudno zgadnąć, że w tym przypadku spadek napięcia na zerowym oporze również będzie wynosił zero. W rezultacie nasz wykres będzie wyglądał następująco:

W rezultacie otrzymaliśmy po prostu źródło pola elektromagnetycznego. Dlatego źródło pola elektromagnetycznego jest idealnym źródłem zasilania, w którym napięcie na zaciskach nie zależy od prądu w obwodzie. Oznacza to, że niezależnie od obciążenia, jakie podłączymy do takiego źródła pola elektromagnetycznego, ono nadal będzie wytwarzać wymagane napięcie bez poboru prądu. Samo źródło pola elektromagnetycznego jest oznaczone w następujący sposób:

W praktyce nie ma idealnego źródła pola elektromagnetycznego.

Rodzaje pola elektromagnetycznego

– elektrochemiczny(EMF baterii i akumulatorów)

– efekt fotoelektryczny(odbieranie prądu elektrycznego z energii słonecznej)

– wprowadzenie(generatory wykorzystujące zasadę indukcji elektromagnetycznej)

– Efekt Seebecka lub termoEMF(występowanie prądu elektrycznego w obwodzie zamkniętym składającym się z połączonych szeregowo różnych przewodników, których styki mają różną temperaturę)

– piezoEMF(odbieranie pola elektromagnetycznego od)