Например, все телевизионные приемники имеют входной импеданс 75 Ом и подключаются к антеннам коаксиальным кабелем именно с таким волновым сопротивлением. Чтобы приблизиться к идеальным генераторам ЭМП, источники питающего напряжения, используемые во всем промышленном и бытовом электронном оборудовании, изготавливаются со специальными электронными схемами стабилизации выходного напряжения, которые позволяют поддерживать практически постоянное напряжение питания в заданном диапазоне токов, потребляемых от источника ЭМП (иногда называемого источником напряжения).
Что такое электродвижущая сила (ЭДС) и как ее рассчитать?
Электродвижущая сила, или сокращенно ЭДС, – это способность источника тока или элемента источника питания создавать разность потенциалов в электрической цепи. Источником питания является аккумулятор или перезаряжаемая батарея. Это скалярная физическая величина, равная работе внешних сил по перемещению одного положительного заряда. В этой статье мы рассмотрим теорию ЭМП, как оно возникает, для чего его можно использовать на практике и где оно применяется, и, прежде всего, как его рассчитать.
Электродвижущая сила – Электродвижущая сила; Э.Д.Ф. Скалярная величина, характеризующая способность внешнего и индуцированного электрических полей индуцировать электрический ток, равная линейному интегралу напряженности внешнего и индуцированного электрических полей,… … Политехнический терминологический словарь
ЭДС индукции
Электродвижущая сила может быть вызвана изменением магнитного поля в окружающем пространстве. Это явление называется электромагнитной индукцией. Величина индуктивной ЭДС в цепи задается выражением
где – поток магнитного поля через замкнутую поверхность
ограниченный петлей. Знак “-” перед выражением указывает на то, что индукционный ток, создаваемый ЭДС индукции, препятствует изменению магнитного потока в контуре (см. правило Ленца).
Затем, благодаря Максвеллу и Фарадею, модели, объясняющие ток, получили новую теорию поля. Это позволило разработать концепцию энергии, связанной с полем, как для статических потенциалов, так и для электродвижущей силы. Ключевые даты в развитии концепции ЭМП:
Определение и физическое значение
Прикладывание определенной разности потенциалов между двумя концами проводника приводит к тому, что электроны перетекают с одного конца на другой. Однако этого недостаточно для поддержания потока заряда в проводнике. Дрейф электронов вызывает снижение потенциала до тех пор, пока он не уравновесится (ток прекратится). Поэтому для получения постоянного тока необходимы механизмы, постоянно возвращающие описанную систему в исходную конфигурацию, т.е. для предотвращения скопления грузов в результате их перемещения. Для этого используются специальные устройства, называемые источниками питания.
В качестве иллюстрации их работы удобно рассмотреть замкнутый контур из сопротивления и гальванического источника энергии (батареи). Если предположить, что внутри батареи нет тока, то описанная проблема объединения зарядов остается нерешенной. Но в цепи с реальным источником питания электроны постоянно движутся. Это связано с тем, что внутри батареи также происходит поток ионов от отрицательного электрода к положительному. Источником энергии, которая перемещает эти заряды в батарее, являются химические реакции. Эта энергия называется электродвижущей силой.
ЭДС – это характеристика любого источника энергии, способного управлять движением электрических зарядов в цепи. В аналогии с замкнутым гидравлическим контуром действие источника ЭДС соответствует действию насоса, создающего давление воды. Поэтому символ этих устройств неразличим на гидравлических и электрических схемах.
Несмотря на свое название, электродвижущая сила на самом деле не является силой и измеряется в вольтах. Его численное значение равно работе, совершаемой зарядом, движущимся в замкнутом контуре. Источник ЭДС выражается формулой E=A/q, в котором:
- E – электродвижущая сила в вольтах;
- A – работа внешних сил по перемещению заряда в джоулях;
- q – смещенный заряд в кулонах.
Из этой формулы ЭДС следует, что электродвижущая сила не является свойством цепи или заряда, а представляет собой способность электрического генератора разделять заряды.
Единицей измерения ЭДС является вольт (В). Так, ЭДС равна 1 В, если при перемещении заряда массой 1 килотонна по замкнутому контуру совершается работа в 1 Дж: [E] = I Дж/1 K = 1 В.
Что такое электродвижущая сила EMF
Электродвижущая сила (ЭДС) – в устройстве, принудительно разделяющем положительные и отрицательные заряды (генератор), величина, численно равная разности потенциалов между клеммами генератора при отсутствии тока в его цепи, измеряемая в вольтах.
Источники электромагнитной энергии (генераторы) – это устройства, преобразующие энергию любого неэлектрического типа в электрическую. Такими источниками являются, например:
Генераторы на электростанциях (тепловых, ветряных, атомных, гидроэлектростанциях), преобразующие механическую энергию в электрическую;
Гальванические элементы (батареи) и всевозможные аккумуляторы, преобразующие химическую энергию в электрическую и т.д.
ЭДС численно равна работе, совершаемой внешней силой при перемещении единичного положительного заряда внутри источника или самим источником, проводящим единичный положительный заряд по замкнутой цепи.
Электродвижущая сила EMF E – это скалярная величина, которая описывает способность стороннего поля и индуцированного электрического поля вызывать электрический ток. ЭДС E численно равна работе (энергии) W в джоулях (Joules), затраченной полем на перемещение единицы заряда (1 Кл) из одной точки поля в другую.
Единицей измерения ЭДС является вольт (В). Таким образом, ЭДС равна 1 В, если при перемещении заряда 1 Кл в замкнутой цепи совершается работа в 1 Дж: [E] = I Дж/1 Кл = 1 В.
Движение зарядов по участку электрической цепи сопровождается затратой энергии.
Величина, численно равная работе, совершаемой источником для перемещения единичного положительного заряда по данному участку цепи, называется напряжением U. Поскольку цепь состоит из внешней и внутренней цепи, мы различаем понятия напряжения внешней цепи Uвш и напряжения внутренней цепи Uвт.
Из этого следует, что ЭДС источника равна сумме внешнего напряжения U и внутреннего напряжения U цепи:
Эта формула выражает закон сохранения энергии в электрической цепи.
Измерение напряжений в различных частях цепи возможно только при замкнутой цепи. ЭДС измеряется между клеммами в разомкнутой цепи.
Напряжение, ЭДС и падение напряжения для активного биполярного полюса
Направление ЭДС – это направление, в котором положительные заряды внутри генератора перемещаются от минусовой стороны к плюсовой, что обусловлено неэлектрической природой.
Внутреннее сопротивление генератора – это сопротивление структурных компонентов внутри генератора.
Идеальным источником ЭДС является генератор переменного тока, внутреннее сопротивление которого равно нулю, а напряжение на его клеммах не зависит от нагрузки. Мощность идеального источника ЭМП бесконечна.
Условное изображение (электрическая схема) идеального генератора ЭДС с Е показано на рис. 1, а.
Реальный источник ЭДС, в отличие от идеального, содержит внутреннее сопротивление Ri и его напряжение зависит от нагрузки (рис. 1, б), а мощность источника конечна. Схема идеального генератора ЭДС представляет собой последовательное соединение идеального генератора ЭДС E и его внутреннего сопротивления Ri.
Диаграммы источников электродвижущей силы: а – идеальные, б – реальные.
На практике, чтобы привести режим работы реального генератора ЭМП к режиму работы идеального генератора, внутреннее сопротивление Ri реального генератора стараются сделать как можно меньше, а сопротивление нагрузки Rн должно быть подключено на величину, по крайней мере, в 10 раз большую, чем внутреннее сопротивление генератора, т.е. необходимо выполнить условие: Rn >> Ri
Для того чтобы выходное напряжение генератора ЭДС не зависело от нагрузки, оно стабилизируется с помощью специальных электронных схем стабилизации напряжения.
Поскольку внутреннее сопротивление реального генератора ЭМП не может быть бесконечно малым, оно минимизируется и стандартизируется, чтобы потребители электроэнергии могли подключаться к нему согласованно. В радиотехнике стандартные значения выходного сопротивления генераторов ЭМП составляют 50 Ом (промышленный стандарт) и 75 Ом (домашний стандарт).
Например, все телевизионные приемники имеют входной импеданс 75 Ом и подключаются к своим антеннам с помощью коаксиального кабеля с таким волновым сопротивлением.
Для приближения к идеальным генераторам ЭМП источники питающего напряжения, используемые во всем промышленном и бытовом электронном оборудовании, изготавливаются со специальными электронными схемами стабилизации выходного напряжения, которые позволяют выходному напряжению оставаться практически постоянным в заданном диапазоне токов, потребляемых от источника ЭМП (иногда называемого источником напряжения).
На электрических схемах источники ЭДС представляются следующим образом: E – источник постоянной ЭДС, e( t) – источник гармонической (переменной) ЭДС как функция времени.
Электродвижущая сила E батареи из одинаковых элементов, соединенных последовательно, равна электродвижущей силе одного элемента E, умноженной на число n элементов в батарее: E = nE.
Если вам понравилась эта статья, пожалуйста, поделитесь ею в социальных сетях. Это поможет нашему сайту развиваться!
Однако это понятие имеет множество физических объяснений в различных отраслях технических знаний.
Понятие ЭМП: что это такое, простыми словами, объясняется во всех его вариантах
Проще говоря, ЭДС можно описать как результат действия внешних сил, при котором единичный заряд перемещается по цепи.
Однако это понятие имеет множество физических объяснений в различных отраслях технических знаний.
В химии, например, он относится к электролитической разности потенциалов и разделению электрических зарядов. В физике это электродвижущая сила, создаваемая на конце электрической термопары.
Для того чтобы определить истинное значение ЭМП, необходимо рассмотреть все различные толкования этого слова.
В целом, ЭДС очень похожа на напряжение, но разница в том, что ЭДС – это то же самое напряжение без нагрузки, подключенной к источнику питания.
Электромагнитная индукция была описана Фарадеем, который был создателем закона, объясняющего понятие и явление электромагнитной индукции.
Главной особенностью такой индукции является способность электромагнитного поля наводить ЭДС в близлежащем проводящем элементе.
При этом должна измениться величина поля или направление его векторов. Кроме того, поле должно перемещаться относительно проводников или, в качестве альтернативы, устройство должно перемещаться относительно поля. Это и вызывает разность потенциалов.
Межобмоточная индукция аналогична электромагнитной индукции и используется в трансформаторах, где магнитный поток одной обмотки влияет на напряжение другой.
Перекрестная индукция включает в себя изменение направления и силы тока в одной катушке и наведение такой же ЭДС на проводниках соседней катушки.
Эта концепция используется в электротехнике (для создания преобразователя переменного тока, который помогает получить необходимые значения эффективных величин) и электронике.
Свойства электромагнитной индукции используются в конструкции асинхронных и синхронных двигателей, в которых индукционные катушки являются основным компонентом.
Когда двигатель работает, в обмотке индуцируется противоположная ЭДС, которая передается обратно в существующее напряжение.
Это приводит к тому, что при увеличении нагрузки потребляемый двигателем ток быстро возрастает, и возникает так называемый пусковой ток.
В генераторах происходят те же процессы, что и в электродвигателе. Эти процессы также меняются на противоположные, и в устройстве создается магнитное поле.
При разработке таких устройств учитывается распределение тока и вероятность падения напряжения на отдельных участках цепи.
Обратите внимание на силу внутреннего сопротивления, которое действует как параллельное соединение с цепью.
Этот метод встречается в маленьких батарейках и других небольших энергетических установках, привычных для обычных людей.
В этом случае ЭМП является результатом протекания химических реакций. Когда на батарее есть напряжение, источник питания полностью готов к работе. Через некоторое время ЭДС там становится меньше, а сопротивление увеличивается.
Измерив напряжение на неподключенной батарейке, вы увидите обычные 1,5 В, но при подключении нагрузки к той же батарейке устройство, в которое вставлена батарейка, не работает.
Это происходит из-за недостатка напряжения и тока, так как батарея выдает 1,2 В при отдаче тока, что недостаточно для нормальной работы.
Источник электрической энергии производит определенную работу путем перемещения электрических зарядов в замкнутом контуре…
Электродвижущая сила (ЭДС) источника энергии
Для поддержания электрического тока в проводнике необходим внешний источник энергии, чтобы постоянно создавать разность потенциалов между концами проводника. Такие источники энергии называются источниками электрической энергии (или источниками тока).
Источники электроэнергии имеют определенную электродвижущая сила (сокращение от ЭМП), который создает и поддерживает разность потенциалов между концами проводника в течение длительного времени. Иногда говорят, что ЭМП создает электрический ток в цепи. Обратите внимание, что это определение относительно, поскольку выше мы уже установили, что создание и существование электрического тока обусловлено электрическим полем.
Источник электричества производит определенную работу, перемещая электрические заряды в замкнутой цепи….
Определение: Работа, совершаемая источником электрической энергии при перемещении единицы положительного заряда в замкнутой цепи, называется ЭДС источника.
За единицу электродвижущей силы принят вольт (аббревиатура вольт обозначается буквой V или V – “ve” по-латыни).
ЭДС источника электричества равна одному вольту, если при перемещении одного кулона электричества по замкнутой цепи источник электричества совершает работу, равную одному джоулю:
На практике для измерения ЭМП используются как более крупные, так и более мелкие единицы измерения, а именно:
1 киловольт (кВ, kV), равный 1000 В;
1 милливольт (мВ, mV), равный одной тысячной части вольта (10-3 В)
1 микровольт (мкВ, μV), равный одной миллионной части вольта (10-6 В).
Очевидно, что 1 кВ = 1000 В; 1 В = 1000 мВ = 1 000 000 мкВ; 1 мВ = 1000 мкВ.
Сегодня существует несколько типов источников электроэнергии. Впервые в качестве источника электричества была использована гальваническая батарея, состоящая из нескольких цинковых и медных колец, между которыми была помещена кожа, смоченная в кислой воде. В гальванической батарее химическая энергия преобразуется в электрическую (подробнее см. главу XVI). Гальваническая батарея получила свое название от имени итальянского физиолога Луиджи Гальвани (1737-1798) – одного из основоположников электричества.
Многочисленные эксперименты по усовершенствованию и практическому использованию гальванических батарей были проведены русским ученым Василием Владимировичем Петровым. В начале прошлого века он создал самую большую в мире гальваническую батарею и использовал ее для многих блестящих экспериментов.
Источники электроэнергии, работающие за счет преобразования химической энергии в электрическую, называются химическими источниками электроэнергии.
Вторым основным источником электроэнергии, который широко используется в электро- и радиотехнике, является генератор. Генераторы преобразуют механическую энергию в электрическую.
На электрических схемах источники и генераторы электроэнергии обозначаются, как показано на рисунке 1.
Рисунок 1. Символы для обозначения источников электрической энергии: a – источник ЭМП, общее обозначение, b – источник тока, общее обозначение; c – химический источник электроэнергии; d – батарея химических источников; e – источник тока; f – источник переменного напряжения; g – генератор.
В химических источниках электроэнергии и в генераторах электродвижущая сила проявляется одинаково, создавая разность потенциалов на клеммах источника и поддерживая ее в течение длительного времени. Эти терминалы называются полюса источника электроэнергии. Один полюс источника электрической энергии имеет положительный потенциал (без электронов), он называется положительным (+) полюсом. Другой полюс имеет отрицательный потенциал (избыток электронов), который обозначается знаком минус (-) и называется отрицательным полюсом.
Источники электроэнергии передают электроэнергию по проводам ее потребителям (электрические лампочки, электродвигатели, электрические дуги, электронагреватели и т.д.).
Определение Совокупность источника электричества, его приемника и соединительных проводов называется электрической цепью.
Простая электрическая цепь показана на рисунке 2.
Рисунок 2. Простая электрическая цепь: B – источник электроэнергии; SA – выключатель; EL – приемник электроэнергии (лампа).
Чтобы электрическая цепь проводила электричество, она должна быть замкнутой. В замкнутой цепи непрерывно течет ток, потому что между полюсами источника электричества существует определенная разность потенциалов. Эта разность потенциалов называется напряжение источника и обозначается буквой U. Единицей измерения напряжения является вольт. Как и ЭДС, напряжение может измеряться в киловольтах, милливольтах и микровольтах.
Для измерения ЭДС и напряжения используется прибор, называемый вольтметром. вольтметр. Если вольтметр подключить непосредственно к полюсам источника электроэнергии, он покажет ЭДС источника электроэнергии при разомкнутой цепи и напряжение на его клеммах при замкнутой цепи: (Рисунок 3).
Рисунок 3. Измерение ЭДС и напряжения источника электроэнергии: a – измерение ЭДС источника электроэнергии; b – измерение напряжения на клеммах источника электроэнергии…
Обратите внимание, что напряжение на клеммах источника электроэнергии всегда меньше его ЭДС.
ПОНРАВИЛАСЬ ЛИ ВАМ ЭТА СТАТЬЯ? ПОДЕЛИТЕСЬ ИМ СО СВОИМИ ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!
Читайте далее:- 1 Понятие электромагнитного поля и его различные проявления. Материальность – Работа в школе.
- Значение слова ЭЛЕКТРОТЕХНИКАЦИЯ. Что такое ЭЛЕКТРОТЕХНИКА?.
- Урок 7 Свободные и вынужденные электромагнитные колебания. колебательный контур – физика – 11 класс – Русская электронная школа.
- Электричество. Сила электричества.
- Разность потенциалов – это разность потенциалов. Что такое разность потенциалов?.
- Что такое электричество и кто его изобрел?.
- Значение слова ИНДУКЦИЯ. Что такое индукция?.