Tópicos do codificador do Exame de Estado Unificado: força eletromotriz, resistência interna da fonte de corrente, lei de Ohm para um circuito elétrico completo.

Até agora, ao estudar a corrente elétrica, consideramos o movimento direcional de cargas livres em circuito externo, ou seja, nos condutores conectados aos terminais da fonte de corrente.

Como sabemos, carga positiva:

Entra no circuito externo a partir do terminal positivo da fonte;

Move-se em um circuito externo sob a influência de um campo elétrico estacionário criado por outras cargas em movimento;

Chega ao terminal negativo da fonte, completando seu caminho no circuito externo.

Agora a nossa carga positiva precisa fechar o seu caminho e retornar ao terminal positivo. Para fazer isso, ele precisa superar o segmento final do caminho - dentro da fonte de corrente do terminal negativo ao positivo. Mas pense bem: ele não quer ir para lá de jeito nenhum! O terminal negativo o atrai para si, o terminal positivo o repele e, como resultado, nossa carga dentro da fonte é influenciada por uma força elétrica direcionada contra movimento da carga (ou seja, contra a direção da corrente).

Força de terceiros

No entanto, a corrente flui através do circuito; portanto, existe uma força que “puxa” a carga através da fonte apesar da resistência do campo elétrico dos terminais (Fig. 1).

Arroz. 1. Força de terceiros

Essa força é chamada força externa; É graças a ela que a fonte atual funciona. A força externa não tem nada a ver com o campo elétrico estacionário - diz-se que tem não elétrico origem; em baterias, por exemplo, surge devido à ocorrência de reações químicas apropriadas.

Denotamos pelo trabalho de uma força externa para mover uma carga positiva q dentro da fonte de corrente do terminal negativo para o positivo. Este trabalho é positivo, pois a direção da força externa coincide com a direção do movimento da carga. O trabalho de uma força externa também é chamado operação da fonte atual.

Não há força externa no circuito externo, então o trabalho realizado pela força externa para mover a carga no circuito externo é zero. Portanto, o trabalho de uma força externa para movimentar uma carga ao longo de todo o circuito se reduz ao trabalho de movimentar essa carga apenas dentro da fonte de corrente. Assim, este também é o trabalho de uma força externa para mover a carga em toda a cadeia.

Vemos que a força externa não é potencial - seu trabalho ao mover uma carga ao longo de um caminho fechado não é zero. É esta não potencialidade que permite a circulação da corrente elétrica; um campo elétrico potencial, como dissemos anteriormente, não pode suportar uma corrente constante.

A experiência mostra que o trabalho é diretamente proporcional à carga movida. Portanto, a relação não depende mais da carga e é uma característica quantitativa da fonte de corrente. Esta relação é denotada por:

(1)

Essa quantidade é chamada força eletromotriz(EMF) da fonte atual. Como você pode ver, a EMF é medida em volts (V), então o nome “força eletromotriz” é extremamente infeliz. Mas isso está enraizado há muito tempo, então você precisa aceitar isso.

Ao ver a inscrição na bateria: “1,5 V”, saiba que se trata exatamente do EMF. Este valor é igual à tensão criada pela bateria no circuito externo? Acontece que não! Agora vamos entender o porquê.

Lei de Ohm para um circuito completo

Qualquer fonte de corrente possui sua própria resistência, que é chamada Resistencia interna esta fonte. Assim, a fonte de corrente possui duas características importantes: fem e resistência interna.

Deixe uma fonte de corrente com fem igual e resistência interna ser conectada a um resistor (que neste caso é chamado resistor externo, ou carga externa, ou carga útil). Tudo isso junto é chamado cadeia completa(Figura 2).

Arroz. 2. Circuito completo

Nossa tarefa é encontrar a corrente no circuito e a tensão no resistor.

Com o tempo, uma carga passa pelo circuito. De acordo com a fórmula (1), a fonte atual realiza o seguinte trabalho:

(2)

Como a intensidade da corrente é constante, o trabalho da fonte é inteiramente convertido em calor, que é liberado nas resistências e. Esta quantidade de calor é determinada pela lei de Joule-Lenz:

(3)

Então, , e igualamos os lados direitos das fórmulas (2) e (3):

Depois de reduzir obtemos:

Então encontramos a corrente no circuito:

(4)

A fórmula (4) é chamada Lei de Ohm para um circuito completo.

Se você conectar os terminais da fonte com um fio de resistência desprezível, obterá curto circuito. Neste caso, a corrente máxima fluirá através da fonte - corrente de curto-circuito:

Devido à pequena resistência interna, a corrente de curto-circuito pode ser bastante grande. Por exemplo, uma bateria AA fica tão quente que queima as mãos.

Conhecendo a intensidade da corrente (fórmula (4)), podemos encontrar a tensão no resistor usando a lei de Ohm para uma seção do circuito:

(5)

Esta tensão é a diferença de potencial entre os pontos e (Fig. 2). O potencial do ponto é igual ao potencial do terminal positivo da fonte; o potencial do ponto é igual ao potencial do terminal negativo. Portanto, a tensão (5) também é chamada tensão nos terminais da fonte.

Vemos pela fórmula (5) o que acontecerá em um circuito real - afinal, ele é multiplicado por uma fração menor que um. Mas há dois casos em que .

1. Fonte de corrente ideal. Este é o nome de uma fonte com resistência interna zero. Quando a fórmula (5) dá.

2. Circuito aberto. Consideremos a fonte de corrente sozinha, fora do circuito elétrico. Neste caso, podemos assumir que a resistência externa é infinitamente grande: . Então a quantidade é indistinguível de e a fórmula (5) novamente nos dá.

O significado deste resultado é simples: se a fonte não estiver conectada ao circuito, então um voltímetro conectado aos pólos da fonte mostrará sua fem.

Eficiência do circuito elétrico

Não é difícil ver por que um resistor é chamado de carga útil. Imagine que é uma lâmpada. O calor gerado por uma lâmpada é útil, pois graças a esse calor a lâmpada cumpre sua finalidade - iluminar.

Vamos denotar a quantidade de calor liberada pela carga durante o tempo.

Se a corrente no circuito for igual a , então

Uma certa quantidade de calor também é liberada na fonte atual:

A quantidade total de calor liberada no circuito é igual a:

Eficiência do circuito elétricoé a razão entre o calor útil e o calor total:

A eficiência do circuito é igual à unidade somente se a fonte de corrente for ideal.

Lei de Ohm para uma área heterogênea

A lei simples de Ohm é válida para a chamada seção homogênea do circuito - ou seja, a seção em que não há fontes de corrente. Agora obteremos relações mais gerais, das quais seguem tanto a lei de Ohm para uma seção homogênea quanto a lei de Ohm obtida acima para a cadeia completa.

A seção da cadeia é chamada heterogêneo, se houver uma fonte atual nele. Em outras palavras, uma área não homogênea é uma área com CEM.

Na Fig. A Figura 3 mostra uma seção não uniforme contendo um resistor e uma fonte de corrente. A fem da fonte é igual a , sua resistência interna é considerada igual a zero (se a resistência interna da fonte for igual a , você pode simplesmente substituir o resistor por um resistor).

Arroz. 3. EMF “ajuda” a corrente:

A intensidade da corrente na área é igual a , a corrente flui de ponto a ponto. Esta corrente não é necessariamente causada por uma única fonte. O trecho considerado, via de regra, faz parte de um determinado circuito (não mostrado na figura), podendo outras fontes de corrente estar presentes neste circuito. Portanto, a corrente é o resultado da ação combinada todos fontes disponíveis no circuito.

Sejam os potenciais dos pontos e iguais a e respectivamente. Ressaltamos mais uma vez que estamos falando do potencial de um campo elétrico estacionário gerado pela ação de todas as fontes do circuito - não apenas a fonte pertencente a um determinado trecho, mas também, possivelmente, aquelas localizadas fora deste trecho.

A tensão em nossa área é igual a: . Com o tempo, uma carga passa pela área, enquanto um campo elétrico estacionário funciona:

Além disso, o trabalho positivo é realizado pela fonte de corrente (afinal, a carga passou por ela!):

A intensidade da corrente é constante, portanto o trabalho total de avanço da carga, realizado na área pelo campo elétrico estacionário e forças externas da fonte, é inteiramente convertido em calor: .

Substituímos aqui expressões por e a lei de Joule-Lenz:

Reduzindo por, obtemos Lei de Ohm para uma seção não uniforme de um circuito:

(6)

ou, o que é o mesmo:

(7)

Observação: há um sinal de mais na frente dele. Já indicamos o motivo disso - a fonte atual, neste caso, atua positivo funciona, “arrastando” uma carga dentro de si do terminal negativo para o positivo. Simplificando, uma fonte “ajuda” o fluxo da corrente de um ponto a outro.

Observemos duas consequências das fórmulas derivadas (6) e (7).

1. Se a área for homogênea, então . Então, a partir da fórmula (6), obtemos a lei de Ohm para uma seção homogênea da cadeia.

2. Suponhamos que a fonte de corrente possua resistência interna. Isso, como já mencionamos, equivale a substituí-lo por:

Agora vamos fechar nossa seção conectando os pontos e. Obtemos o circuito completo discutido acima. Neste caso, verifica-se que a fórmula anterior se transformará na lei de Ohm para a cadeia completa:

Assim, a lei de Ohm para uma seção homogênea e a lei de Ohm para uma cadeia completa decorrem da lei de Ohm para uma seção não uniforme.

Pode haver outro caso de ligação, quando a fonte “impede” que a corrente flua pela área. Esta situação é mostrada na Fig. 4. Aqui a corrente que vem de to é direcionada contra a ação de forças externas da fonte.

Arroz. 4. EMF “interfere” na corrente:

Como isso é possível? É muito simples: outras fontes presentes no circuito fora da seção em consideração “superam” a fonte na seção e forçam a corrente a fluir contra ela. Isso é exatamente o que acontece quando você carrega seu telefone: o adaptador conectado à tomada faz com que as cargas se movam contra a ação de forças externas na bateria do telefone, e a bateria é carregada!

O que mudará agora na derivação de nossas fórmulas? Só há uma coisa - o trabalho das forças externas se tornará negativo:

Então a lei de Ohm para uma área não uniforme terá a forma:

(8)

onde ainda está a tensão na área.

Vamos juntar as fórmulas (7) e (8) e escrever a lei de Ohm para a seção com EMF da seguinte forma:

A corrente flui de ponto a ponto. Se a direção da corrente coincide com a direção das forças externas, então um “mais” é colocado na frente dela; se essas direções forem opostas, será dado um “menos”.

EMF é entendido como o trabalho específico de forças externas para mover uma única carga no circuito de um circuito elétrico. Este conceito em eletricidade envolve muitas interpretações físicas relacionadas a diversas áreas do conhecimento técnico. Na engenharia elétrica, este é o trabalho específico de forças externas que aparecem nos enrolamentos indutivos quando um campo alternado é induzido neles. Em química, significa a diferença de potencial que ocorre durante a eletrólise, bem como durante as reações acompanhadas pela separação de cargas elétricas. Na física, corresponde à força eletromotriz criada nas extremidades de um termopar elétrico, por exemplo. Para explicar a essência do EMF em palavras simples, será necessário considerar cada uma das opções para sua interpretação.

Antes de passar para a parte principal do artigo, notamos que EMF e tensão são conceitos muito semelhantes em significado, mas ainda são um pouco diferentes. Resumindo, o EMF está na fonte de alimentação sem carga e, quando uma carga está conectada a ela, já é uma tensão. Porque o número de volts na fonte de alimentação sob carga é quase sempre um pouco menor do que sem ela. Isto se deve à resistência interna de fontes de energia, como transformadores e células galvânicas.

Indução eletromagnética (autoindução)

Vamos começar com a indução eletromagnética. Este fenômeno é descrito pela lei. O significado físico deste fenômeno é a capacidade de um campo eletromagnético de induzir uma fem em um condutor próximo. Neste caso, ou o campo deve mudar, por exemplo, na magnitude e direção dos vetores, ou mover-se em relação ao condutor, ou o condutor deve mover-se em relação a este campo. Neste caso, surge uma diferença de potencial nas extremidades do condutor.

Há outro fenômeno de significado semelhante - a indução mútua. Está no fato de que uma mudança na direção e na intensidade da corrente de uma bobina induz um EMF nos terminais de uma bobina próxima; é amplamente utilizado em vários campos da tecnologia, incluindo elétrica e eletrônica. É a base da operação de transformadores, onde o fluxo magnético de um enrolamento induz corrente e tensão no segundo.

Na engenharia elétrica, um efeito físico denominado EMF é utilizado na fabricação de conversores CA especiais que fornecem os valores necessários de grandezas efetivas (corrente e tensão). Graças aos fenômenos da indução, os engenheiros conseguiram desenvolver muitos dispositivos elétricos: desde um convencional (indutor) até um transformador.

O conceito de indução mútua refere-se apenas à corrente alternada, cujo fluxo em um circuito ou condutor altera o fluxo magnético.

Uma corrente elétrica de direção constante é caracterizada por outras manifestações dessa força, como, por exemplo, uma diferença de potencial nos pólos de uma célula galvânica, que discutiremos mais adiante.

Motores elétricos e geradores

O mesmo efeito eletromagnético é observado no projeto ou, cujo elemento principal são as bobinas indutivas. Seu trabalho é descrito em linguagem acessível em diversos livros didáticos relacionados ao tema denominado “Engenharia Elétrica”. Para entender a essência dos processos que ocorrem, basta lembrar que a fem induzida é induzida quando um condutor se move dentro de outro campo.

De acordo com a lei da indução eletromagnética mencionada acima, um contador EMF é induzido no enrolamento da armadura do motor durante a operação, o que é frequentemente chamado de “back EMF” porque quando o motor está funcionando ele é direcionado para a tensão aplicada. Isso também explica o aumento acentuado da corrente consumida pelo motor quando a carga aumenta ou o eixo fica preso, bem como as correntes de partida. Para um motor elétrico, todas as condições para o aparecimento de uma diferença de potencial são óbvias - uma mudança forçada no campo magnético de suas bobinas leva ao aparecimento de torque no eixo do rotor.

Infelizmente, não nos aprofundaremos neste tópico no âmbito deste artigo - escreva nos comentários se você estiver interessado e nós lhe contaremos sobre isso.

Em outro dispositivo elétrico - um gerador, tudo é exatamente igual, mas os processos que ocorrem nele têm direção oposta. Uma corrente elétrica passa pelos enrolamentos do rotor e um campo magnético surge ao redor deles (podem ser usados ​​​​ímãs permanentes). Quando o rotor gira, o campo, por sua vez, induz um EMF nos enrolamentos do estator - dos quais a corrente de carga é removida.

Um pouco mais de teoria

Ao projetar tais circuitos, a distribuição de corrente e a queda de tensão entre elementos individuais são levadas em consideração. Para calcular a distribuição do primeiro parâmetro, utiliza-se a soma conhecida da física - a soma das quedas de tensão (levando em consideração o sinal) em todos os ramos de um circuito fechado é igual à soma algébrica do EMF dos ramos deste circuito), e para determinar seus valores, utilizam para uma seção do circuito ou lei de Ohm para o circuito completo, a fórmula que é dada abaixo:

eu=E/(R+r),

OndeE – fem,R – resistência de carga,r é a resistência da fonte de energia.

A resistência interna da fonte de energia é a resistência dos enrolamentos dos geradores e transformadores, que depende da seção transversal do fio com que são enrolados e do seu comprimento, bem como a resistência interna das células galvânicas, que depende de o estado do ânodo, cátodo e eletrólito.

Na realização dos cálculos deve-se levar em consideração a resistência interna da fonte de alimentação, considerada como uma conexão paralela ao circuito. Uma abordagem mais precisa, levando em consideração grandes valores de correntes operacionais, leva em consideração a resistência de cada condutor de conexão.

EMF na vida cotidiana e unidades de medida

Outros exemplos são encontrados na vida prática de qualquer pessoa comum. Esta categoria inclui coisas familiares como baterias pequenas, bem como outras baterias em miniatura. Neste caso, o EMF funcional é formado devido a processos químicos que ocorrem dentro de fontes de tensão constante.

Quando ocorre nos terminais (pólos) da bateria devido a alterações internas, o elemento está totalmente pronto para operação. Com o tempo, o EMF diminui ligeiramente e a resistência interna aumenta visivelmente.

Como resultado, se você medir a tensão em uma bateria AA que não está conectada a nada, verá o normal 1,5V (ou algo assim), mas quando uma carga está conectada à bateria, digamos que você a instalou em algum dispositivo, não funciona.

Por que? Porque se assumirmos que a resistência interna do voltímetro é muitas vezes maior que a resistência interna da bateria, então você mediu seu EMF. Quando a bateria começou a fornecer corrente à carga em seus terminais, ela não passou de 1,5 V, mas, digamos, de 1,2 V - o dispositivo não tinha tensão ou corrente suficiente para operação normal. Foi justamente esse 0,3V que caiu na resistência interna do elemento galvânico. Se a bateria for muito antiga e seus eletrodos estiverem destruídos, então pode não haver força eletromotriz ou tensão nos terminais da bateria - ou seja, zero.

Este exemplo demonstra claramente a diferença entre EMF e tensão. O autor diz a mesma coisa no final do vídeo, que você confere abaixo.

Você pode descobrir mais sobre como ocorre o EMF de uma célula galvânica e como ele é medido no vídeo a seguir:

Uma força eletromotriz muito pequena é induzida dentro da antena receptora, que é então amplificada por cascatas especiais, e recebemos nosso sinal de televisão, rádio e até mesmo sinal de Wi-Fi.

Conclusão

Vamos resumir e mais uma vez relembrar brevemente o que é EMF e em quais unidades do SI esse valor é expresso.

1. EMF caracteriza o trabalho de forças externas (químicas ou físicas) de origem não elétrica em um circuito elétrico. Essa força realiza o trabalho de transferir cargas elétricas através dela.
2. EMF, assim como a tensão, é medido em Volts.
3. As diferenças entre EMF e tensão são que a primeira é medida sem carga e a segunda com carga, enquanto a resistência interna da fonte de alimentação é levada em consideração e influencia.

E por fim, para consolidar o material abordado, aconselho você a assistir outro bom vídeo sobre esse tema:

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EMF. Numericamente, a força eletromotriz é medida pelo trabalho realizado por uma fonte de energia elétrica ao transferir uma única carga positiva através de um circuito fechado. Se a fonte de energia, realizando o trabalho A, garantir a transferência de carga q ao longo do circuito fechado, então sua força eletromotriz (E) será igual a

A unidade SI de força eletromotriz é o volt (V). Uma fonte de energia elétrica tem fem de 1 volt se, ao mover uma carga de 1 coulomb em um circuito fechado, for realizado um trabalho igual a 1 joule. A natureza física das forças eletromotrizes em diferentes fontes é muito diferente.

Autoindução é a ocorrência de fem induzida em um circuito condutor fechado quando a corrente que flui através do circuito muda. Quando a corrente I muda no circuito, o fluxo magnético B através da superfície delimitada por este circuito também muda proporcionalmente. Uma mudança neste fluxo magnético, devido à lei da indução eletromagnética, leva à excitação neste circuito da fem indutiva E. Este fenômeno é chamado de autoindução.

O conceito está relacionado com o conceito de indução mútua, sendo o seu caso especial.

Poder. Potência é o trabalho realizado por unidade de tempo. Potência é o trabalho realizado por unidade de tempo, ou seja, para transferir carga para o elétrico. um circuito ou fechado consome energia, o que é igual a A=U*Q já que a quantidade de eletricidade é igual ao produto da intensidade da corrente, então Q=I*t segue que 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-fórmula de equilíbrio de potência. Potência do pré-gerador (EMF)

Pr=E*I,Pp=I*U potência útil, ou seja, potência que é consumida sem perdas. Po=I^2*R-potência perdida. Para que o circuito funcione, é necessário manter um equilíbrio de potência no circuito elétrico.

12. Lei de Ohm para uma seção de circuito.

A intensidade da corrente em uma seção do circuito é diretamente proporcional à tensão nas extremidades deste condutor e inversamente proporcional à sua resistência: I = U/R;

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

13.Lei de Ohm para um circuito completo.

A intensidade da corrente no circuito é proporcional ao EMF atuante no circuito e inversamente proporcional à soma da resistência do circuito e da resistência interna da fonte.

EMF da fonte de tensão (V), - intensidade da corrente no circuito (A), - resistência de todos os elementos externos do circuito (Ohm), - resistência interna da fonte de tensão (Ohm). 1) E=I(R +r)? 2)R+r=E/I

14.Conexão serial e paralela de resistores, resistência equivalente. Distribuição de correntes e tensões.

Quando vários resistores são conectados em série, o final do primeiro resistor é conectado ao início do segundo, o final do segundo ao início do terceiro, etc. Com tal conexão, a mesma corrente I passa por todos os elementos do circuito em série.

Uе=U1+U2+U3. Consequentemente, a tensão U nos terminais da fonte é igual à soma das tensões em cada um dos resistores conectados em série.

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

Quando conectado em série, a resistência do circuito aumenta.

Conexão paralela de resistores. Uma conexão paralela de resistências é uma conexão em que os inícios das resistências são conectados a um terminal da fonte e as extremidades ao outro terminal.

A resistência total das resistências conectadas em paralelo é determinada pela fórmula

A resistência total das resistências conectadas em paralelo é sempre menor que a menor resistência incluída em uma determinada conexão.

Quando as resistências são conectadas em paralelo, as tensões entre elas são iguais entre si. Uе=U1=U2=U3 A corrente I flui para dentro do circuito e as correntes I1, I2, I3 fluem para fora dele. Como as cargas elétricas em movimento não se acumulam em um ponto, é óbvio que a carga total que flui para o ponto de ramificação é igual à carga total que flui para longe dele: Ie = I1 + I2 + I3 Portanto, a terceira propriedade de uma conexão paralela pode ser formulado da seguinte forma: A magnitude da corrente na parte não ramificada do circuito é igual à soma das correntes nos ramos paralelos. Para dois resistores paralelos:

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DETERMINAÇÃO DE EMF E POTÊNCIA DA FONTE DE ATUAL - Megatraining

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ESTUDANDO O CAMPO ELETROSTÁTICO

Alunos

Professor

Cheliabinsk

Objetivo do trabalho: determinar a posição das superfícies equipotenciais e linhas de força do campo eletrostático pelo método de modelagem, para calcular a intensidade do campo.

Equipamento: folha de metal com grade de coordenadas e eletrodos, fonte de alimentação VSP-33, multímetro, sonda.

FÓRMULAS DE CÁLCULO

Um campo eletrostático é uma forma de matéria que se manifesta afetando cargas elétricas. O campo eletrostático é criado:

A característica de força do campo é a tensão. Este é um vetor definido por ...

A característica energética de um campo eletrostático é potencial. Por definição é igual a...

Existe uma conexão entre duas características de campo, intensidade e potencial:

Para maior clareza, o campo eletrostático é representado graficamente usando linhas de força e equipotenciais. Estas são as linhas...

Aproximadamente com base na localização das linhas equipotenciais, a tensão pode ser calculada usando a fórmula:

CONCLUSÃO DO TRABALHO

Cálculo da tensão E=……………………..

Estimativa do erro de medição de tensão δE=

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DETERMINAÇÃO DE EMF E POTÊNCIA DE FONTE ATUAL

Alunos

Professor

Cheliabinsk

Objetivo do trabalho: determinar o EMF de uma fonte de corrente contínua pelo método de compensação, para determinar a potência útil e a eficiência em função da resistência da carga.

Equipamentos: fonte de corrente em estudo, fonte de tensão estabilizada, acumulador de resistências, miliamperímetro, galvanômetro.

FÓRMULAS DE CÁLCULO

Fontes de corrente são dispositivos nos quais vários tipos de energia são convertidos.........

A característica da fonte de corrente é ………… Por definição, é igual à razão …………………..

Consideremos um circuito elétrico proveniente de uma fonte de corrente com resistência interna r, fechado a uma carga com resistência R. De acordo com a lei da conservação da energia, o trabalho das forças externas é convertido ……… de acordo com a equação …………… ………… De onde obtemos a lei de Ohm para um circuito fechado na forma:

No método de compensação para medir EMF usando um regulador de fonte de alimentação, a tensão no armazenamento de resistência R é selecionada exatamente igual a ………….. Então a fonte EMF será igual a …………..

A potência útil da fonte de corrente é a potência térmica liberada na carga. De acordo com a lei Joule-Lenz ……………………………

Substituindo a corrente de acordo com a lei de Ohm, obtemos a fórmula da potência útil:

A operação da fonte atual é caracterizada pela eficiência. Isto, por definição......

A fórmula para a eficiência de uma fonte de corrente é:

CONCLUSÃO DO TRABALHO

Exemplo de cálculo EMF E = JR =

Valor médio EMF<Е> =

Estimativa do erro aleatório na medição do EMF fonte =

O resultado da medição EMF é E =…………±……….V P = 90%.

Exemplo de cálculo: potência útil: Рpol =J 2R =

potência total Рzatr =<Е>J= eficiência η

Poder

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Fórmula para a relação entre EMF (força eletromotriz) e tensão.

Em problemas envolvendo corrente elétrica, tensão e EMF (força eletromotriz) estão presentes conforme dados ou encontrados. Existe uma relação bastante simples entre esses parâmetros. Vamos apresentar qualquer circuito (Fig. 1).

Arroz. 1. Relação entre EMF e tensão

Deixe uma fonte com EMF ser fornecida

Tensão no circuito externo. A resistência interna da fonte é , e a resistência do circuito externo é . A corrente elétrica flui neste sistema. Então: (1) (2)

É lógico supor que o número de elétrons gerados pela fonte é igual ao número de elétrons que entraram no circuito, então igualamos (1) e (2):

A relação (3) é a relação entre EMF e tensão em um circuito CC completo.

Sob condições de circuito ideais (a resistência interna da fonte é zero

), EMF é numericamente igual à tensão.

Conclusão: as relações fornecidas auxiliam em uma série de problemas em que são fornecidos os parâmetros da fonte de corrente/tensão, mas é necessário encontrar a corrente ou tensão em qualquer elemento do circuito (resistor, bobina, lâmpada, etc.), e vice-versa.

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EMF e tensão

Para que a corrente elétrica flua pelo circuito por muito tempo, é necessário manter continuamente uma diferença de potencial nos pólos da fonte de tensão. Da mesma forma, se você conectar dois recipientes com níveis de água diferentes com um tubo, a água se moverá de um recipiente para outro até que os níveis nos recipientes sejam iguais. Ao adicionar água em um recipiente e removê-la de outro, você pode garantir que o movimento da água através do tubo entre os recipientes continue continuamente.

Quando uma fonte de energia elétrica opera, os elétrons se movem do ânodo para o cátodo.

Disto podemos concluir que existe uma força atuando no interior da fonte de energia elétrica que deve manter continuamente a corrente no circuito, ou seja, deve garantir o funcionamento desta fonte.

A razão que estabelece e mantém uma diferença de potencial, provoca uma corrente no circuito, superando sua resistência externa e interna, é chamada de força eletromotriz (abreviada fem) e é designada pela letra E.

A força eletromotriz das fontes de energia elétrica surge sob a influência de motivos específicos de cada uma delas.

Em fontes químicas de energia elétrica (células galvânicas, baterias) e. d.s. é obtido como resultado de reações químicas em, por exemplo, geradores. d.s. surge devido à indução eletromagnética, em termoelementos - devido à energia térmica.

A diferença de potencial que faz com que a corrente passe pela resistência de uma seção de um circuito elétrico é chamada de tensão entre as extremidades desta seção. A força eletromotriz e a tensão são medidas em volts. Para medir e. d.s. e tensão são utilizados por dispositivos - voltímetros (Figura 1).

Milésimos de volt - milivolts - são medidos por milivoltímetros, milhares de volts - quilovolts - por quilovoltímetros.

Para medir e. d.s. fonte de energia elétrica, é necessário conectar o voltímetro aos terminais desta fonte com o circuito externo aberto (Figura 2). Para medir a tensão em qualquer seção do circuito elétrico, o voltímetro deve ser conectado às extremidades desta seção (Figura 3).

Vídeo 1. O que é força eletromotriz (fem)

Fonte: Kuznetsov M.I., “Fundamentals of Electrical Engineering” - 9ª edição, revisado - Moscou: Escola Superior, 1964 - 560 p.

www.eletromecânica.ru

Força eletromotriz. | Associação de Professores de São Petersburgo

Força eletromotriz.
O papel da fonte de corrente é separar as cargas realizando trabalho por forças externas. Quaisquer forças que atuam sobre uma carga, com exceção das forças potenciais de origem eletrostática (isto é, Coulomb), são chamadas de forças estranhas. (As forças externas são explicadas pela interação eletromagnética entre elétrons e núcleos)
EMF é a característica energética da fonte. Esta é uma quantidade física igual à razão entre o trabalho realizado por forças externas ao mover uma carga elétrica ao longo de um circuito fechado para esta carga: Medido em volts (V).
Outra característica da fonte é a resistência interna da fonte de corrente: r.
Lei de Ohm para um circuito completo.
Transformações de energia no circuito: - lei da conservação de energia (A - trabalho de forças externas; Ext. - trabalho da corrente na seção externa do circuito com resistência R; Int. - trabalho da corrente na resistência interna da fonte.)
Lei de Ohm: A intensidade da corrente em um circuito de corrente contínua é diretamente proporcional à fem da fonte de corrente e inversamente proporcional à resistência total do circuito elétrico.
Consequências:
1. Se R>>r, então ε=U. Meça e com um voltímetro de alta resistência com o circuito externo aberto.
2.Se R<
3. Na seção interna da cadeia: Aint=U1q, na seção externa da cadeia: Aext=U2q. A = Não + Aext. Então: εq=U1q+U2q. Portanto: ε= U1+U2 O EMF da fonte de corrente é igual à soma das quedas de tensão nas seções externa e interna do circuito.
4. Se R aumenta, então I diminui. - quando a corrente no circuito diminui, a tensão aumenta!
5. Potência: a) Total... b) Útil. . c) Perdido. . d) eficiência .
Conexão de fontes atuais.
1. Conexão em série de fontes: o EMF total do circuito é igual à soma algébrica dos EMF das fontes individuais, a resistência interna total é igual à soma das resistências internas de todas as fontes de corrente. Se todas as fontes forem idênticas e ligadas na mesma direção, então . Então o z de Ohm será escrito na forma:
2. Conexão paralela de fontes: uma das fontes (com maior EMF) funciona como fonte, as demais - como consumidores (o carregamento da bateria é baseado neste princípio). Cálculo de acordo com as regras de Kirchhoff (ver). Se todas as fontes forem iguais, então a lei de Ohm será escrita como:.
Lei de Ohm para uma seção não uniforme de um circuito.
- os sinais “+” ou “-” são selecionados dependendo se as correntes criadas pela fonte EMF e o campo elétrico são direcionadas em uma direção ou em direções opostas.
1. A soma algébrica das correntes em cada nó (ponto de ramificação) é igual a 0. - uma consequência da lei de conservação da carga elétrica.
Uma consequência da lei de Ohm para uma seção não uniforme de uma cadeia.
A direção das correntes é escolhida arbitrariamente. Se após os cálculos o valor atual for negativo, a direção será oposta. Um circuito fechado é percorrido em uma direção. Se a direção do bypass coincidir com a direção da corrente, então IR>0. Se, ao circular, chegarem ao “+” da fonte, então seu EMF é negativo. O sistema de equações resultante deve incluir todas as fems e todas as resistências. Que. o sistema deve consistir em uma equação para correntes e a k-1ª equação para EMF (k é o número de circuitos fechados).

www.eduspb.com

O que é fem - fórmula e aplicação

Na engenharia elétrica, as fontes de energia para circuitos elétricos são caracterizadas pela força eletromotriz (EMF).

O que é EMF

No circuito externo do circuito elétrico, as cargas elétricas movem-se do positivo para o negativo da fonte e criam uma corrente elétrica. Para manter sua continuidade no circuito, a fonte deve ter uma força que possa mover as cargas do potencial mais baixo para o mais alto. Esta força de origem não elétrica é a fem da fonte. Por exemplo, a fem de uma célula galvânica.

De acordo com isso, EMF (E) pode ser calculado como:

• A – trabalho em joules;
• q é a carga em coulombs.

A magnitude do EMF no sistema SI é medida em volts (V).

Fórmulas e cálculos

EMF é o trabalho realizado por forças externas para mover uma carga unitária ao longo de um circuito elétrico

O circuito de um circuito elétrico fechado inclui uma parte externa, caracterizada pela resistência R, e uma parte interna com resistência de fonte Rin. Uma corrente contínua (In) fluirá no circuito como resultado da ação do EMF, que supera a resistência externa e interna do circuito.

A corrente no circuito é determinada pela fórmula (lei de Ohm):

In= E/(R+Rin).

Neste caso, a tensão nos terminais da fonte (U12) será diferente do EMF pela quantidade da queda de tensão na resistência interna da fonte.

U12 = E - In*Rin.

Se o circuito estiver aberto e a corrente nele for 0, a fem da fonte será igual à tensão U12.

Os desenvolvedores de fontes de alimentação tentam reduzir a resistência interna Rin, pois isso pode permitir que mais corrente seja recebida da fonte.

Onde é usado?

Vários tipos de EMF são usados ​​em tecnologia:

• Químico. Usado em baterias e acumuladores.
• Termoelétrico. Ocorre quando contatos de metais diferentes são aquecidos. Usado em geladeiras, termopares.
• Indução. Formado quando um condutor cruza um campo magnético. O efeito é usado em motores elétricos, geradores e transformadores.
• Fotovoltaico. Usado para criar fotocélulas.
• Piezoelétrico. Quando o material é esticado ou comprimido. Utilizado para fabricação de sensores e osciladores de quartzo.

Assim, o EMF é necessário para manter a corrente constante e é utilizado em diversos tipos de equipamentos.

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Força eletromotriz - WiKi

A força eletromotriz (EMF) é uma grandeza física escalar que caracteriza o trabalho de forças externas, ou seja, quaisquer forças de origem não elétrica atuando em circuitos CC ou CA quase estacionários. Num circuito condutor fechado, a EMF é igual ao trabalho destas forças para mover uma única carga positiva ao longo de todo o circuito.

Por analogia com a intensidade do campo elétrico, é introduzido o conceito de intensidade da força externa E→ex(\displaystyle (\vec (E))_(ex)), que é entendido como uma grandeza física vetorial igual à razão da intensidade externa força agindo na carga elétrica de teste para o valor desta carga. Então, em um circuito fechado L(\displaystyle L) a fem será igual a:

E=∮L⁡E→ex⋅dl→,(\displaystyle (\mathcal (E))=\oint \limits _(L)(\vec (E))_(ex)\cdot (\vec (dl) ),)

onde dl→(\displaystyle (\vec (dl))) é o elemento de contorno.

O EMF, assim como a tensão, é medido em volts no Sistema Internacional de Unidades (SI). Podemos falar de força eletromotriz em qualquer parte do circuito. Este é o trabalho específico de forças externas não ao longo de todo o circuito, mas apenas em uma determinada área. O EMF de uma célula galvânica é o trabalho de forças externas ao mover uma única carga positiva dentro do elemento de um pólo para outro. O trabalho das forças externas não pode ser expresso através de uma diferença de potencial, uma vez que as forças externas não são potenciais e o seu trabalho depende da forma da trajetória. Assim, por exemplo, o trabalho de forças externas ao mover uma carga entre os terminais de uma fonte de corrente fora da própria fonte é zero.

EMF e lei de Ohm

A força eletromotriz da fonte está relacionada à corrente elétrica que flui no circuito, as relações da lei de Ohm. A lei de Ohm para uma seção não uniforme de uma cadeia tem a forma:

φ1−φ2+E=IR,(\displaystyle \varphi _(1)-\varphi _(2)+(\mathcal (E))=IR,)

onde φ1−φ2(\displaystyle \varphi _(1)-\varphi _(2)) é a diferença entre os valores potenciais no início e no final da seção do circuito, I(\displaystyle I) é a intensidade da corrente fluindo através da seção, e R (\displaystyle R) - resistência da seção.

Se os pontos 1 e 2 coincidem (o circuito está fechado), então φ1−φ2=0(\displaystyle \varphi _(1)-\varphi _(2)=0) e a fórmula anterior se transforma na fórmula da lei de Ohm para um circuito fechado:

E=IR,(\displaystyle (\mathcal (E))=IR,)

onde agora R(\displaystyle R) é a resistência total de todo o circuito.

Em geral, a resistência total de um circuito consiste na resistência da seção do circuito externa à fonte de corrente (Re(\displaystyle R_(e))) e na resistência interna da própria fonte de corrente (r(\displaystyle r)) . Levando isso em consideração, você deve:

E=IRe+Ir.(\displaystyle (\mathcal (E))=IR_(e)+Ir.)

EMF da fonte atual

Se não houver forças externas atuando em uma seção do circuito (uma seção homogênea do circuito) e, portanto, não houver fonte de corrente sobre ela, então, como segue da lei de Ohm para uma seção não uniforme do circuito, o seguinte é válido:

φ1−φ2=IR.(\displaystyle \varphi _(1)-\varphi _(2)=IR.)

Isso significa que se escolhermos o ânodo da fonte como ponto 1 e seu cátodo como ponto 2, então para a diferença entre os potenciais do ânodo φa(\displaystyle \varphi _(a)) e do cátodo φk(\displaystyle \ varphi _(k)) pode ser escrito:

φa−φk=IRe,(\displaystyle \varphi _(a)-\varphi _(k)=IR_(e),)

onde, como antes, Re(\displaystyle R_(e)) é a resistência da seção externa do circuito.

A partir desta relação e da lei de Ohm para um circuito fechado, escrita na forma E=IRe+Ir(\displaystyle (\mathcal (E))=IR_(e)+Ir) é fácil obter

φa−φkE=ReRe+r(\displaystyle (\frac (\varphi _(a)-\varphi _(k))(\mathcal (E)))=(\frac (R_(e))(R_(e )+r))) e então φa−φk=ReRe+rE.(\displaystyle \varphi _(a)-\varphi _(k)=(\frac (R_(e))(R_(e)+r) )(\mathcal(E)).)

Duas conclusões decorrem da relação obtida:

1. Em todos os casos em que a corrente flui através do circuito, a diferença de potencial entre os terminais da fonte de corrente φa−φk(\displaystyle \varphi _(a)-\varphi _(k)) é menor que a fem da fonte.
2. No caso limite, quando Re(\displaystyle R_(e)) é infinito (o circuito está quebrado), E=φa−φk.(\displaystyle (\mathcal (E))=\varphi _(a)-\varphi _(k).)

Assim, o EMF da fonte de corrente é igual à diferença de potencial entre seus terminais no estado em que a fonte está desconectada do circuito.

fem induzida

A causa da ocorrência de uma força eletromotriz em um circuito fechado pode ser uma mudança no fluxo do campo magnético que penetra na superfície limitada por este circuito. Este fenômeno é chamado de indução eletromagnética. A magnitude da fem induzida no circuito é determinada pela expressão

E=−dΦdt,(\displaystyle (\mathcal (E))=-(\frac (d\Phi )(dt)),)

onde Φ(\displaystyle \Phi ) é o fluxo do campo magnético através de uma superfície fechada limitada por um contorno. O sinal “-” antes da expressão mostra que a corrente induzida criada pela fem induzida evita uma mudança no fluxo magnético no circuito (ver regra de Lenz). Por sua vez, a causa de uma mudança no fluxo magnético pode ser uma mudança no campo magnético ou o movimento do circuito como um todo ou de suas partes individuais.

Natureza não elétrica do EMF

Dentro da fonte EMF, a corrente flui na direção oposta ao normal. Isso é impossível sem uma força adicional de natureza não elétrica, superando a força de repulsão elétrica

Conforme mostrado na figura, uma corrente elétrica, cuja direção normal é de “mais” para “menos”, flui na direção oposta dentro de uma fonte de fem (por exemplo, dentro de uma célula galvânica). A direção de “mais” para “menos” coincide com a direção da força elétrica que atua sobre cargas positivas. Portanto, para forçar a corrente a fluir na direção oposta, é necessária uma força adicional de natureza não elétrica (força centrífuga, força de Lorentz, forças de natureza química) para superar a força elétrica.

Veja também

Notas

ru-wiki.org

A força eletromotriz, popularmente conhecida como EMF, assim como a tensão, é medida em volts, mas é de natureza completamente diferente.

EMF do ponto de vista hidráulico

Acho que você já conhece a torre de água do artigo anterior sobre

Suponhamos que a torre esteja completamente cheia de água. Fizemos um furo na parte inferior da torre e inserimos um cano por onde a água corre até sua casa.

A vizinha quis regar os pepinos, você resolveu lavar o carro, sua mãe começou a lavar roupa e pronto! O fluxo de água foi ficando cada vez menor e logo secou completamente... O que aconteceu? A água da torre acabou...

O tempo necessário para esvaziar a torre depende da capacidade da própria torre, bem como de quantos clientes utilizarão a água.

O mesmo pode ser dito sobre o capacitor do elemento de rádio:

Digamos que o carregamos com uma bateria de 1,5 volts e ele aceitou a carga. Vamos desenhar um capacitor carregado assim:

Mas assim que colocarmos uma carga nele (seja a carga um LED) fechando a tecla S, nas primeiras frações de segundos o LED brilhará intensamente e depois desaparecerá silenciosamente... e até apagar completamente . O tempo de decaimento do LED dependerá da capacitância do capacitor, bem como da carga que conectamos ao capacitor carregado.

Como eu disse, isso equivale a uma simples torre cheia e aos consumidores que utilizam a água.

Mas por que então nossas torres nunca ficam sem água? Sim porque funciona bomba de abastecimento de água! De onde essa bomba tira água? De um poço que foi perfurado para extrair água subterrânea. Às vezes também é chamado de artesiano.

Assim que a torre estiver completamente cheia de água, a bomba desliga. Nas nossas torres de água, a bomba mantém sempre o nível máximo de água.

Então, vamos lembrar o que é voltagem? Por analogia com a hidráulica, este é o nível de água na caixa d'água. Uma torre cheia significa nível máximo de água, o que significa tensão máxima. Não há água na torre - a tensão é zero.

EMF de corrente elétrica

Como você se lembra dos artigos anteriores, as moléculas de água são “elétrons”. Para que a corrente elétrica ocorra, os elétrons devem se mover em uma direção. Mas para que se movam em uma direção, deve haver tensão e algum tipo de carga. Ou seja, a água da torre é tensa, e quem desperdiça água para suas necessidades é um fardo, pois cria um fluxo de água a partir de uma tubulação que fica ao pé da torre. E o fluxo nada mais é do que a força da corrente.

Também deve ser atendida a condição de que a água esteja sempre no nível máximo, não importa quantas pessoas a utilizem ao mesmo tempo para suas necessidades, caso contrário a torre ficará vazia. Para uma torre de água, esse salva-vidas é uma bomba d'água. E a corrente elétrica?

Para que a corrente elétrica flua, deve haver alguma força que empurre os elétrons em uma direção por um longo período de tempo. Ou seja, esta força deve mover os elétrons! Força eletromotriz! Sim, exatamente! FORÇA ELETROMOTIVA! Podemos chamá-lo de EMF abreviado - E eletro D vendo COM lodo. É medido em volts, como a voltagem, e geralmente é designado pela letra E.

Então, nossas baterias também possuem essa “bomba”? Existe, e seria mais correto chamá-la de “bomba de fornecimento de elétrons”). Mas, claro, ninguém diz isso. Eles dizem simplesmente - EMF. Gostaria de saber onde essa bomba está escondida na bateria? Esta é simplesmente uma reação eletroquímica, devido à qual o “nível de água” na bateria é mantido, mas mesmo assim esta bomba se desgasta e a tensão na bateria começa a cair, porque a “bomba” não tem tempo para bombear água. Eventualmente, ele quebra completamente e a voltagem da bateria cai para quase zero.

Fonte EMF real

A fonte de energia elétrica é uma fonte de CEM com resistência interna R int. Podem ser quaisquer baterias químicas, como baterias e acumuladores

Sua estrutura interna do ponto de vista do EMF é mais ou menos assim:

Onde Eé o EMF, e Rint.é a resistência interna da bateria

Então, que conclusões podem ser tiradas disso?

Se nenhuma carga estiver conectada à bateria, como uma lâmpada incandescente, etc., como resultado, a corrente nesse circuito será zero. Um diagrama simplificado seria assim:

Mas se mesmo assim conectarmos uma lâmpada incandescente à nossa bateria, nosso circuito se fechará e a corrente fluirá no circuito:

Se você desenhar um gráfico da dependência da intensidade do circuito de corrente com a tensão da bateria, ficará assim:

Qual é a conclusão? Para medir o EMF de uma bateria, basta pegar um bom multímetro com alta resistência de entrada e medir a tensão nos terminais da bateria.

Fonte ideal de EMF

Digamos que nossa bateria tenha resistência interna zero, então R in = 0.

Não é difícil adivinhar que, neste caso, a queda de tensão na resistência zero também será zero. Como resultado, nosso gráfico ficará assim:

Como resultado, simplesmente obtivemos uma fonte de EMF. Portanto, uma fonte EMF é uma fonte de energia ideal na qual a tensão nos terminais não depende da corrente no circuito. Ou seja, não importa a carga que atribuímos a essa fonte EMF, ela ainda produzirá a tensão necessária sem redução. A própria fonte EMF é designada assim:

Na prática, não existe uma fonte ideal de CEM.

Tipos de CEM

– eletroquímico(EMF de baterias e acumuladores)

– efeito fotoelétrico(recebendo corrente elétrica da energia solar)

– indução(geradores que utilizam o princípio da indução eletromagnética)

– Efeito Seebeck ou termoEMF(a ocorrência de corrente elétrica em um circuito fechado que consiste em condutores diferentes conectados em série, cujos contatos estão em temperaturas diferentes)

– piezoEMF(recebendo EMF de)

Esta publicação discute os termos básicos, leis e métodos para calcular a fem da indução magnética. Usando os materiais apresentados abaixo, você pode determinar de forma independente a intensidade da corrente em circuitos interconectados e a mudança na tensão em transformadores padrão. Esta informação pode ser útil na resolução de vários problemas elétricos.

Fluxo magnético

Sabe-se que a passagem de corrente por um condutor é acompanhada pela formação de um campo eletromagnético. A operação de alto-falantes, dispositivos de travamento, relés e outros dispositivos é baseada neste princípio. Ao alterar os parâmetros da fonte de energia, são obtidos os esforços de força necessários para mover (segurar) as partes combinadas que possuem propriedades ferromagnéticas.

No entanto, o oposto também é verdadeiro. Se uma estrutura de material condutor for movida entre os pólos de um ímã permanente ao longo do circuito fechado correspondente, o movimento das partículas carregadas começará. Ao conectar dispositivos apropriados, as alterações na corrente (tensão) podem ser registradas. No decorrer de um experimento elementar, você pode descobrir o aumento do efeito nas seguintes situações:

• disposição perpendicular dos condutores/linhas de energia;
• aceleração dos movimentos.

A imagem acima mostra como determinar a direção da corrente em um condutor usando uma regra simples.

O que é fem induzida

O movimento de cargas observado acima cria uma diferença de potencial se o circuito estiver aberto. A fórmula apresentada mostra exatamente como o EMF dependerá dos parâmetros principais:

• expressão vetorial do fluxo magnético (B);
• comprimento (l) e velocidade de movimento (v) do condutor de controle;
• ângulo (α) entre os vetores de movimento/indução.

Um resultado semelhante pode ser obtido se o sistema for composto por um circuito condutor estacionário afetado por um campo magnético em movimento. Ao fechar o circuito, criam condições adequadas para a movimentação de cargas. Se você usar muitos condutores (bobina) ou se mover mais rápido, a corrente aumentará. Os princípios apresentados são utilizados com sucesso para converter forças mecânicas em eletricidade.

Designação e unidades de medida

EMF nas fórmulas é denotado pelo vetor E. Isso se refere à tensão criada por forças externas. Assim, este valor pode ser estimado a partir da diferença de potencial. De acordo com os padrões internacionais (SI) atuais, a unidade de medida é um volt. Valores grandes e pequenos são indicados usando vários prefixos: “micro”, “quilo”, etc.

Leis de Faraday e Lenz

Se a indução eletromagnética for considerada, as fórmulas desses cientistas ajudam a esclarecer a influência mútua de parâmetros significativos do sistema. A definição de Faraday permite esclarecer a dependência da fem (E– valor médio) de mudanças no fluxo magnético (ΔF) e tempo (Δt):

E = –ΔF/Δt.

Conclusões provisórias:

• a corrente aumenta se por unidade de tempo o condutor cruzar um maior número de linhas de força magnética;
• “-” na fórmula ajuda a levar em conta as relações mútuas entre a polaridade E, a velocidade de movimento do quadro e a direção do vetor de indução.

Lenz comprovou a dependência dos CEM de quaisquer mudanças no fluxo magnético. Quando o circuito da bobina é fechado, são criadas condições para o movimento das cargas. Nesta modalidade, o projeto é convertido em um solenóide típico. Um campo eletromagnético correspondente é formado próximo a ele.

Este cientista comprovou uma característica importante da fem induzida. O campo gerado pela bobina evita alterações no fluxo externo.

Movimento de um fio em um campo magnético

Conforme mostrado na primeira fórmula (E = B * l * v * sinα), a amplitude da força eletromotriz depende em grande parte dos parâmetros do condutor. Mais precisamente, a influência é exercida pelo número de linhas de energia por unidade de comprimento da área de trabalho do circuito. Uma conclusão semelhante pode ser tirada levando-se em conta as mudanças na velocidade do movimento. Não se deve esquecer a posição relativa das grandezas vetoriais marcadas (sinα).

Importante! O movimento de um condutor ao longo das linhas de força não provoca a indução de uma força eletromotriz.

Carretel giratório

É difícil garantir o posicionamento ideal dos componentes funcionais e movê-los simultaneamente ao usar o fio reto mostrado no exemplo. No entanto, dobrando a estrutura, você pode obter um simples gerador de eletricidade. O efeito máximo é obtido aumentando o número de condutores por unidade de volume de trabalho. O projeto correspondente aos parâmetros observados é uma bobina, elemento típico de um moderno gerador de corrente alternada.

Para estimar o fluxo magnético (F) você pode aplicar a fórmula:

F = B * S * cosα,

onde S é a área da superfície de trabalho considerada.

Explicação. Com a rotação uniforme do rotor, ocorre uma mudança senoidal cíclica correspondente no fluxo magnético. A amplitude do sinal de saída muda de maneira semelhante. Fica claro na figura que o tamanho da lacuna entre os principais componentes funcionais da estrutura tem um certo significado.

fem auto-induzida

Se a corrente alternada passar pela bobina, um campo eletromagnético com características de potência semelhantes (variando uniformemente) será formado nas proximidades. Cria um fluxo magnético sinusoidal alternado, que, por sua vez, provoca o movimento de cargas e a formação de força eletromotriz. Este processo é chamado de autoindução.

Tendo em conta os princípios básicos considerados, não é difícil determinar que F = L * l. O valor L (em Henry) determina as características indutivas da bobina. Este parâmetro depende do número de voltas por unidade de comprimento (l) e da área da seção transversal do condutor.

Indução mútua

Se você montar um módulo a partir de duas bobinas, sob certas condições poderá observar o fenômeno da indução mútua. Uma medição básica mostrará que à medida que a distância entre os elementos aumenta, o fluxo magnético diminui. O fenômeno oposto é observado à medida que a lacuna diminui.

Para encontrar componentes adequados ao criar circuitos elétricos, você precisa estudar cálculos temáticos:

• você pode tomar como exemplo bobinas com diferentes números de voltas (n1 e n2);
• indução mútua (M2) quando a corrente passa pelo primeiro circuitoEU1 será calculado da seguinte forma:

M2 = (n2 *F)/I1

• após transformar esta expressão, determine o valor do fluxo magnético:

F = (M2/ n2) *I1

• Para calcular a fem da indução eletromagnética, a fórmula a partir da descrição dos princípios básicos é adequada:

E2 = – n2 * ΔF/ Δt = M 2 * ΔI1/ Δt

Se necessário, você pode usar um algoritmo semelhante para encontrar a relação da primeira bobina:

E1 = – n1 * ΔF/ Δt = M 1 * ΔI2/ Δt.

Deve-se notar que neste caso é a força (I2) no segundo circuito operacional que importa.

A influência conjunta (indução mútua - M) é calculada pela fórmula:

M = K * √(L1 * l2).

Um coeficiente especial (K) leva em consideração a força real de acoplamento entre as bobinas.

Onde os diferentes tipos de CEM são usados?

O movimento de um condutor em um campo magnético é usado para gerar eletricidade. A rotação do rotor é garantida pela diferença de níveis de líquidos (usina hidrelétrica), energia eólica, marés e motores a combustível.

Diferentes números de voltas (indutância mútua) são usados ​​para alterar a tensão no enrolamento secundário do transformador conforme desejado. Nesses projetos, o acoplamento mútuo é aumentado usando um núcleo ferromagnético. A indução magnética é usada para gerar uma poderosa força repulsiva na criação de rodovias de transporte ultramodernas. A levitação criada permite eliminar a força de atrito e aumentar significativamente a velocidade do trem.

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