Sa pisika, ang konsepto puwersang electromotive(pinaikling - EMF) ay ginagamit bilang pangunahing katangian ng enerhiya ng mga kasalukuyang pinagkukunan.

Electromotive Force (EMF)

Lakas ng electromotive (EMF) - ang kakayahan ng pinagmumulan ng enerhiya na lumikha at mapanatili ang isang potensyal na pagkakaiba sa mga clamp.

EMF- sinusukat sa volts

Ang boltahe sa mga terminal ng pinagmulan ay palaging mas mababa EMF sa pamamagitan ng pagbaba ng boltahe.

Lakas ng electromotive

U RH = E – U R0

Ang U RH ay ang boltahe sa mga terminal ng pinagmulan. Sinusukat sa sarado ang panlabas na circuit.

E - EMF - sinusukat sa pabrika.

Lakas ng electromotive (EMF) ay isang pisikal na dami, na katumbas ng quotient ng dibisyon ng trabaho na, kapag gumagalaw ang isang electric charge, ay ginagawa ng mga panlabas na puwersa sa isang closed circuit, sa singil na ito mismo.

Dapat ito ay nabanggit na puwersang electromotive sa kasalukuyang pinagmulan ay nangyayari din sa kawalan ng kasalukuyang mismo, iyon ay, kapag ang circuit ay bukas. Ang sitwasyong ito ay karaniwang tinatawag na "idle", at ang halaga mismo EMF kapag ito ay katumbas ng pagkakaiba sa mga potensyal na iyon na magagamit sa mga terminal ng kasalukuyang pinagmulan.

Lakas ng electromotive ng kemikal

Kemikal puwersang electromotive ay naroroon sa mga baterya, mga galvanic na baterya sa kurso ng mga proseso ng kaagnasan. Depende sa prinsipyo kung saan itinayo ang pagpapatakbo ng isang partikular na pinagmumulan ng kuryente, ang mga ito ay tinatawag na alinman sa mga baterya o mga galvanic na selula.

Ang isa sa mga pangunahing nakikilalang katangian ng mga galvanic cell ay ang mga kasalukuyang pinagkukunan na ito, wika nga, disposable. Sa panahon ng kanilang paggana, ang mga aktibong sangkap na iyon dahil sa kung saan ang mga de-koryenteng enerhiya ay pinakawalan, bilang isang resulta ng mga reaksiyong kemikal, halos ganap na nabulok. Iyon ang dahilan kung bakit kung ang galvanic cell ay ganap na pinalabas, kung gayon hindi na posible na gamitin ito bilang isang kasalukuyang mapagkukunan.

Hindi tulad ng mga galvanic cell, ang mga baterya ay magagamit muli. Posible ito dahil ang mga reaksiyong kemikal na nagaganap sa kanila ay nababaligtad.

electromagnetic electromotive force

electromagnetic EMF nangyayari sa panahon ng pagpapatakbo ng mga device tulad ng dynamos, electric motors, chokes, transformers, atbp.

Ang kakanyahan nito ay ang mga sumusunod: kapag ang mga konduktor ay inilagay sa isang magnetic field at sila ay inilipat dito sa paraan na ang mga magnetic na linya ng puwersa ay nagsalubong, ang patnubay ay nangyayari. EMF. Kung ang circuit ay sarado, pagkatapos ay isang electric kasalukuyang nangyayari sa loob nito.

Sa physics, ang phenomenon na inilarawan sa itaas ay tinatawag na electromagnetic induction. puwersang electromotive, na kung saan ay sapilitan sa kasong ito, ay tinatawag na EMF pagtatalaga sa tungkulin.

Dapat pansinin na ang pagturo EMF Ang induction ay nangyayari hindi lamang sa mga kasong iyon kapag ang konduktor ay gumagalaw sa isang magnetic field, kundi pati na rin kapag ito ay nananatiling nakatigil, ngunit sa parehong oras ang magnitude ng magnetic field mismo ay nagbabago.

Photoelectric electromotive na puwersa

Ang iba't-ibang ito puwersang electromotive nangyayari kapag mayroong alinman sa panlabas o panloob na photoelectric na epekto.

Sa physics, ang photoelectric effect (photoelectric effect) ay nangangahulugan na ang grupo ng mga phenomena na nangyayari kapag ang liwanag ay kumikilos sa isang substance, at sa parehong oras ang mga electron ay ibinubuga dito. Ito ay tinatawag na panlabas na photoelectric effect. Kung, gayunpaman, ito ay lilitaw puwersang electromotive o ang electrical conductivity ng isang substance ay nagbabago, pagkatapos ay nagsasalita sila ng internal photoelectric effect.

Ngayon, ang parehong panlabas at panloob na mga photoelectric effect ay napakalawak na ginagamit sa disenyo at paggawa ng isang malaking bilang ng mga naturang light radiation receiver na nagko-convert ng mga light signal sa mga electrical. Ang lahat ng mga aparatong ito ay tinatawag na mga photocell at ginagamit kapwa sa teknolohiya at sa iba't ibang siyentipikong pananaliksik. Sa partikular, ang mga photocell ay ginagamit upang gawin ang pinakalayunin na optical measurements.

Electrostatic driving force

Tulad ng para sa ganitong uri puwersang electromotive, pagkatapos ito, halimbawa, ay nangyayari sa panahon ng mekanikal na alitan na nangyayari sa mga yunit ng electrophore (espesyal na pagpapakita ng laboratoryo at mga pantulong na aparato), nagaganap din ito sa mga thundercloud.

Ang mga generator ng Wimshurst (ito ay isa pang pangalan para sa mga electrophore machine) ay gumagamit ng naturang phenomenon bilang electrostatic induction para sa kanilang operasyon. Sa panahon ng kanilang operasyon, ang mga singil sa kuryente ay naipon sa mga poste, sa mga garapon ng Leyden, at ang potensyal na pagkakaiba ay maaaring umabot ng napakalaking halaga (hanggang sa ilang daang libong boltahe).

Ang likas na katangian ng static na kuryente ay nangyayari kapag, dahil sa pagkawala o pagkuha ng mga electron, ang intramolecular o intraatomic equilibrium ay nabalisa.

Piezoelectric electromotive force

Ang iba't-ibang ito puwersang electromotive nangyayari kapag ang alinman sa pagpiga o pag-uunat ng mga sangkap na tinatawag na piezoelectrics ay nangyayari. Malawakang ginagamit ang mga ito sa mga disenyo tulad ng mga piezoelectric sensor, crystal oscillator, hydrophone, at ilang iba pa.

Ito ay ang piezoelectric effect na sumasailalim sa pagpapatakbo ng mga piezoelectric sensor. Sila mismo ay kabilang sa mga sensor ng tinatawag na uri ng generator. Sa kanila, ang input ay ang inilapat na puwersa, at ang output ay ang halaga ng kuryente.

Tulad ng para sa mga aparato tulad ng mga hydrophone, ang kanilang operasyon ay batay sa prinsipyo ng tinatawag na direktang piezoelectric effect, na mayroon ang mga piezoceramic na materyales. Ang kakanyahan nito ay nakasalalay sa katotohanan na kung ang presyon ng tunog ay inilapat sa ibabaw ng mga materyales na ito, kung gayon ang isang potensyal na pagkakaiba ay lilitaw sa kanilang mga electrodes. Bukod dito, ito ay proporsyonal sa magnitude ng presyon ng tunog.

Ang isa sa mga pangunahing lugar ng aplikasyon ng mga piezoelectric na materyales ay ang paggawa ng mga quartz oscillator, na mayroong mga quartz resonator sa kanilang disenyo. Ang mga naturang device ay idinisenyo upang makatanggap ng mga oscillations ng isang mahigpit na nakapirming frequency, na kung saan ay stable pareho sa oras at may mga pagbabago sa temperatura, at mayroon ding isang napakababang antas ng phase ingay.

Thermionic electromotive force

Ang iba't-ibang ito puwersang electromotive nangyayari kapag ang thermal emission ng mga sisingilin na particle ay nangyayari mula sa ibabaw ng heated electrodes. Ang Thermionic emission ay ginagamit nang malawakan sa pagsasanay, halimbawa, ang pagpapatakbo ng halos lahat ng mga tubo ng radyo ay batay dito.

Thermoelectric electromotive force

Ang iba't-ibang ito EMF nangyayari kapag sa iba't ibang dulo ng hindi magkatulad na mga konduktor o sa iba't ibang bahagi lamang ng circuit, ang temperatura ay ipinamamahagi nang hindi pantay.

thermoelectric puwersang electromotive ginagamit sa mga device tulad ng mga pyrometer, thermocouples at refrigeration machine. Ang mga sensor na ang operasyon ay batay sa hindi pangkaraniwang bagay na ito ay tinatawag na thermoelectric, at, sa katunayan, ang mga thermocouple na binubuo ng mga electrodes na pinagsama-sama, na gawa sa iba't ibang mga metal. Kapag ang mga elementong ito ay pinainit o pinalamig, a EMF, na proporsyonal sa pagbabago ng temperatura.

Sa mga dulo ng konduktor, at samakatuwid ang kasalukuyang, kinakailangan na magkaroon ng mga panlabas na puwersa ng isang di-electric na kalikasan, sa tulong kung saan ang paghihiwalay ng mga singil sa kuryente ay nangyayari.

Mga puwersa ng ikatlong partido anumang pwersa na kumikilos sa mga particle na may kuryente sa isang circuit ay tinatawag, maliban sa electrostatic (i.e., Coulomb).

Ang mga puwersa ng third-party na naka-set sa mga motion charged na particle sa loob ng lahat ng kasalukuyang pinagmumulan: sa mga generator, sa mga power plant, sa mga galvanic cell, mga baterya, atbp.

Kapag ang circuit ay sarado, ang isang electric field ay nilikha sa lahat ng conductors ng circuit. Sa loob ng kasalukuyang pinagmumulan, ang mga singil ay gumagalaw sa ilalim ng pagkilos ng mga panlabas na puwersa laban sa mga puwersa ng Coulomb (ang mga electron ay lumilipat mula sa isang positibong sisingilin na elektrod patungo sa isang negatibo), at sa natitirang bahagi ng circuit sila ay hinihimok ng isang electric field (tingnan ang figure sa itaas ).

Sa kasalukuyang mga mapagkukunan, sa proseso ng pagtatrabaho upang paghiwalayin ang mga sisingilin na particle, ang iba't ibang uri ng enerhiya ay na-convert sa elektrikal na enerhiya. Ayon sa uri ng na-convert na enerhiya, ang mga sumusunod na uri ng electromotive force ay nakikilala:

- electrostatic- sa isang electrophore machine, kung saan ang mekanikal na enerhiya ay na-convert sa elektrikal na enerhiya sa panahon ng alitan;

- thermoelectric- sa isang thermoelement, ang panloob na enerhiya ng isang heated junction ng dalawang wire na gawa sa iba't ibang mga metal ay na-convert sa elektrikal na enerhiya;

- photovoltaic— sa isang photocell. Dito, ang liwanag na enerhiya ay na-convert sa elektrikal na enerhiya: kapag ang ilang mga sangkap ay naiilaw, halimbawa, selenium, tanso oksido (I), silikon, isang pagkawala ng isang negatibong singil sa kuryente ay sinusunod;

- kemikal- sa mga galvanic cell, baterya, at iba pang pinagmumulan kung saan ang kemikal na enerhiya ay na-convert sa elektrikal na enerhiya.

Electromotive Force (EMF)- katangian ng kasalukuyang mga mapagkukunan. Ang konsepto ng EMF ay ipinakilala ni G. Ohm noong 1827 para sa mga DC circuit. Noong 1857, tinukoy ni Kirchhoff ang EMF bilang ang gawain ng mga panlabas na puwersa sa panahon ng paglilipat ng isang yunit ng electric charge kasama ang isang closed circuit:

ɛ \u003d A st / q,

saan ɛ - EMF ng kasalukuyang pinagmulan, Isang st- ang gawain ng mga panlabas na puwersa, q ay ang halaga ng singil na inilipat.

Ang puwersa ng electromotive ay ipinahayag sa volts.

Maaari nating pag-usapan ang tungkol sa electromotive force sa anumang bahagi ng circuit. Ito ang tiyak na gawain ng mga panlabas na puwersa (ang gawain ng paglipat ng isang yunit ng singil) hindi sa buong circuit, ngunit sa lugar na ito lamang.

Panloob na pagtutol ng kasalukuyang pinagmulan.

Hayaang magkaroon ng isang simpleng closed circuit na binubuo ng isang kasalukuyang pinagmumulan (halimbawa, isang galvanic cell, baterya o generator) at isang risistor na may resistensya R. Ang kasalukuyang sa isang closed circuit ay hindi nagambala kahit saan, samakatuwid, ito ay umiiral din sa loob ng kasalukuyang pinagmulan. Ang anumang pinagmulan ay kumakatawan sa ilang pagtutol sa kasalukuyang. Ang tawag dito kasalukuyang pinagmulan panloob na pagtutol at may marka ng titik r.

Sa generator r- ito ang paglaban ng paikot-ikot, sa isang galvanic cell - ang paglaban ng electrolyte solution at electrodes.

Kaya, ang kasalukuyang mapagkukunan ay nailalarawan sa pamamagitan ng mga halaga ng EMF at panloob na paglaban, na tumutukoy sa kalidad nito. Halimbawa, ang mga electrostatic machine ay may napakataas na EMF (hanggang sampu-sampung libong volts), ngunit sa parehong oras ang kanilang panloob na pagtutol ay napakalaki (hanggang sa daan-daang Mohms). Samakatuwid, ang mga ito ay hindi angkop para sa pagtanggap ng mataas na alon. Sa mga galvanic cell, ang EMF ay humigit-kumulang 1 V lamang, ngunit ang panloob na pagtutol ay maliit din (humigit-kumulang 1 ohm o mas kaunti). Ito ay nagpapahintulot sa kanila na makatanggap ng mga alon na sinusukat sa mga amperes.

Electromagnetic induction - ang pagbuo ng mga electric current sa pamamagitan ng magnetic field na nagbabago sa paglipas ng panahon. Ang pagtuklas ng hindi pangkaraniwang bagay na ito nina Faraday at Henry ay nagpakilala ng isang tiyak na simetrya sa mundo ng electromagnetism. Si Maxwell sa isang teorya ay nagawang mangolekta ng kaalaman tungkol sa kuryente at magnetism. Hinulaan ng kanyang pananaliksik ang pagkakaroon ng mga electromagnetic wave bago ang mga eksperimentong obserbasyon. Pinatunayan ni Hertz ang kanilang pag-iral at binuksan ang panahon ng telekomunikasyon sa sangkatauhan.

Mga batas ng Faraday at Lenz

Ang mga electric current ay lumilikha ng mga magnetic effect. Posible ba para sa isang magnetic field na makabuo ng isang electric? Natuklasan ni Faraday na ang mga nais na epekto ay lumitaw dahil sa mga pagbabago sa magnetic field sa paglipas ng panahon.

Kapag ang isang konduktor ay tumawid sa pamamagitan ng isang alternating magnetic flux, isang electromotive na puwersa ang na-induce dito, na nagiging sanhi ng isang electric current. Ang sistema na bumubuo ng kasalukuyang ay maaaring isang permanenteng magneto o isang electromagnet.

Ang phenomenon ng electromagnetic induction ay pinamamahalaan ng dalawang batas: Faraday's at Lenz's.

Ang batas ni Lenz ay nagpapahintulot sa iyo na makilala ang electromotive force na may paggalang sa direksyon nito.

Mahalaga! Ang direksyon ng induced emf ay tulad na ang kasalukuyang dulot nito ay may posibilidad na sumalungat sa dahilan na lumilikha nito.

Napansin ni Faraday na ang intensity ng induced current ay tumataas kapag ang bilang ng mga field lines na dumadaan sa circuit ay nagbabago nang mas mabilis. Sa madaling salita, ang EMF ng electromagnetic induction ay direktang umaasa sa bilis ng gumagalaw na magnetic flux.

Ang induction emf formula ay tinukoy bilang:

E \u003d - dF / dt.

Ang sign na "-" ay nagpapakita kung paano nauugnay ang polarity ng induced emf sa sign ng flux at ang pagbabago ng bilis.

Ang isang pangkalahatang pagbabalangkas ng batas ng electromagnetic induction ay nakuha, kung saan ang mga expression para sa mga partikular na kaso ay maaaring makuha.

Ang paggalaw ng isang wire sa isang magnetic field

Kapag ang isang wire na may haba l ay gumagalaw sa isang magnetic field na may induction B, ang isang EMF ay i-induce sa loob nito, na proporsyonal sa linear velocity nito v. Upang kalkulahin ang EMF, ginagamit ang formula:

• sa kaso ng paggalaw ng konduktor patayo sa direksyon ng magnetic field:

E \u003d - B x l x v;

• sa kaso ng paggalaw sa ibang anggulo α:

E \u003d - B x l x v x kasalanan α.

Ang sapilitan na EMF at kasalukuyang ay ididirekta sa direksyon na makikita natin gamit ang panuntunan sa kanang kamay: sa pamamagitan ng paglalagay ng iyong kamay patayo sa mga linya ng magnetic field at pagturo ng iyong hinlalaki sa direksyon na ginagalaw ng konduktor, maaari mong malaman ang direksyon ng EMF mula sa ang natitirang apat na nakatuwid na daliri.

Umiikot na coil

Ang pagpapatakbo ng electric power generator ay batay sa pag-ikot ng circuit sa MP, na may N turn.

Ang EMF ay na-induce sa electrical circuit sa tuwing ang magnetic flux ay tumatawid dito, alinsunod sa kahulugan ng magnetic flux Ф = B x S x cos α (magnetic induction na pinarami ng surface area kung saan dumadaan ang MP, at ang cosine ng anggulo na nabuo ng vector B at ang patayong linya sa eroplano S).

Ito ay sumusunod mula sa formula na ang F ay napapailalim sa mga pagbabago sa mga sumusunod na kaso:

• ang intensity ng pagbabago ng MF - ang vector B;
• nag-iiba-iba ang lugar na nakatali sa tabas;
• ang oryentasyon sa pagitan nila, na ibinigay ng anggulo, ay nagbabago.

Sa mga unang eksperimento ng Faraday, ang mga sapilitan na alon ay nakuha sa pamamagitan ng pagpapalit ng magnetic field B. Gayunpaman, posible na magbuod ng EMF nang hindi ginagalaw ang magnet o binabago ang kasalukuyang, ngunit sa pamamagitan lamang ng pag-ikot ng coil sa paligid ng axis nito sa magnetic field. Sa kasong ito, nagbabago ang magnetic flux dahil sa pagbabago sa anggulo α. Ang coil, sa panahon ng pag-ikot, ay tumatawid sa mga linya ng MP, isang emf ang lumitaw.

Kung ang coil ay umiikot nang pantay, ang panaka-nakang pagbabagong ito ay nagreresulta sa isang panaka-nakang pagbabago sa magnetic flux. O ang bilang ng mga linya ng puwersa ng MF na tumawid bawat segundo ay tumatagal ng pantay na mga halaga na may pantay na agwat ng oras.

Mahalaga! Ang induced emf ay nagbabago sa oryentasyon sa paglipas ng panahon mula sa positibo patungo sa negatibo at vice versa. Ang graphical na representasyon ng EMF ay isang sinusoidal line.

Para sa formula para sa EMF ng electromagnetic induction, ginagamit ang expression:

E \u003d B x ω x S x N x sin ωt, kung saan:

• Ang S ay ang lugar na nililimitahan ng isang pagliko o frame;
• N ay ang bilang ng mga liko;
• ω ay ang angular velocity kung saan umiikot ang coil;
• B – MF induction;
• anggulo α = ωt.

Sa pagsasagawa, sa mga alternator, kadalasan ang coil ay nananatiling nakatigil (stator) at ang electromagnet ay umiikot sa paligid nito (rotor).

EMF self-induction

Kapag ang isang alternating current ay dumaan sa coil, ito ay bumubuo ng isang alternating magnetic field, na may nagbabagong magnetic flux na nag-uudyok ng isang emf. Ang epektong ito ay tinatawag na self-induction.

Dahil ang MP ay proporsyonal sa intensity ng kasalukuyang, kung gayon:

kung saan ang L ay ang inductance (H), na tinutukoy ng mga geometric na dami: ang bilang ng mga pagliko sa bawat haba ng yunit at ang mga sukat ng kanilang cross section.

Para sa induction emf, ang formula ay tumatagal sa anyo:

E \u003d - L x dI / dt.

Kung ang dalawang coils ay matatagpuan magkatabi, kung gayon ang isang EMF ng mutual induction ay sapilitan sa kanila, depende sa geometry ng parehong mga circuit at ang kanilang oryentasyong nauugnay sa bawat isa. Kapag ang paghihiwalay ng mga circuit ay tumaas, ang mutual inductance ay bumababa, habang ang magnetic flux na nagkokonekta sa kanila ay bumababa.

Hayaang magkaroon ng dalawang coils. Sa pamamagitan ng wire ng isang coil na may N1 turns, ang kasalukuyang I1 ay dumadaloy, na lumilikha ng MF na dumadaan sa coil na may N2 turns. Pagkatapos:

1. Mutual inductance ng pangalawang coil na may kaugnayan sa una:

M21 = (N2 x F21)/I1;

1. Magnetic Flux:

F21 = (M21/N2) x I1;

1. Hanapin ang sapilitan na emf:

E2 = - N2 x dФ21/dt = - M21x dI1/dt;

1. Ang EMF ay na-induce nang magkapareho sa unang coil:

E1 = - M12 x dI2/dt;

Mahalaga! Ang electromotive force na dulot ng mutual inductance sa isang coil ay palaging proporsyonal sa pagbabago ng electric current sa isa pa.

Ang mutual inductance ay maaaring ituring na katumbas ng:

M12 = M21 = M.

Alinsunod dito, E1 = - M x dI2/dt at E2 = M x dI1/dt.

M = K √ (L1 x L2),

kung saan ang K ay ang coupling coefficient sa pagitan ng dalawang inductance.

Ang kababalaghan ng mutual inductance ay ginagamit sa mga transformer - mga de-koryenteng aparato na nagpapahintulot sa iyo na baguhin ang halaga ng boltahe ng isang alternating electric current. Binubuo ang device ng dalawang coils na sugat sa paligid ng isang core. Ang kasalukuyang naroroon sa una ay lumilikha ng nagbabagong magnetic field sa magnetic circuit at isang electric current sa kabilang coil. Kung ang bilang ng mga pagliko ng unang paikot-ikot ay mas mababa kaysa sa iba, ang boltahe ay tumataas at kabaliktaran.

Bilang karagdagan sa pagbuo, pagbabago ng kuryente, ginagamit ang magnetic induction sa iba pang mga aparato. Halimbawa, sa magnetic levitation tren na hindi gumagalaw sa direktang pakikipag-ugnay sa mga riles, ngunit mas mataas ng ilang sentimetro dahil sa puwersa ng electromagnetic repulsion.

Video

Mga paksa ng USE codifier: electromotive force, kasalukuyang pinagmumulan ng panloob na pagtutol, batas ng Ohm para sa isang kumpletong de-koryenteng circuit.

Hanggang ngayon, sa pag-aaral ng electric current, isinasaalang-alang namin ang direktang paggalaw ng mga libreng singil sa panlabas na circuit, iyon ay, sa mga konduktor na konektado sa mga terminal ng kasalukuyang pinagmulan.

Tulad ng alam natin, ang positibong singil:

Pupunta sa panlabas na circuit mula sa positibong terminal ng pinagmulan;

Gumagalaw sa isang panlabas na circuit sa ilalim ng impluwensya ng isang nakatigil na electric field na nilikha ng iba pang gumagalaw na singil;

Dumating ito sa negatibong terminal ng pinagmulan, na kinukumpleto ang landas nito sa panlabas na circuit.

Ngayon ang aming positibong singil ay kailangang isara ang trajectory nito at bumalik sa positibong terminal. Upang gawin ito, kailangan niyang pagtagumpayan ang huling bahagi ng landas - sa loob ng kasalukuyang mapagkukunan mula sa negatibong terminal hanggang sa positibo. Ngunit isipin ito: ayaw niyang pumunta doon! Inaakit ito ng negatibong terminal sa sarili nito, tinataboy ito ng positibong terminal mula sa sarili nito, at bilang resulta, kumikilos ang puwersa ng kuryente sa ating singil sa loob ng pinagmulan, itinuro. laban sa paggalaw ng singil (i.e. laban sa direksyon ng agos).

puwersa ng ikatlong partido

Gayunpaman, ang kasalukuyang dumadaloy sa circuit; samakatuwid, mayroong isang puwersa na "nag-drag" ng singil sa pamamagitan ng pinagmulan sa kabila ng pagsalungat ng electric field ng mga terminal (Larawan 1).

kanin. 1. Kapangyarihan ng ikatlong partido

Ang puwersang ito ay tinatawag puwersa sa labas; Ito ay salamat sa kanya na ang kasalukuyang mapagkukunan ay gumagana. Ang isang panlabas na puwersa ay walang kinalaman sa isang nakatigil na electric field - ito ay sinasabing mayroon hindi de-kuryente pinanggalingan; sa mga baterya, halimbawa, ito ay bumangon dahil sa daloy ng naaangkop na mga reaksiyong kemikal.

Tukuyin sa pamamagitan ng gawa ng isang panlabas na puwersa upang ilipat ang positibong singil q sa loob ng kasalukuyang pinagmumulan mula sa negatibong terminal patungo sa positibo. Ang gawaing ito ay positibo, dahil ang direksyon ng panlabas na puwersa ay tumutugma sa direksyon ng paggalaw ng singil. Ang gawain ng panlabas na puwersa ay tinatawag din kasalukuyang pinagmumulan ng operasyon.

Walang panlabas na puwersa sa panlabas na circuit, kaya ang gawain ng panlabas na puwersa upang ilipat ang singil sa panlabas na circuit ay zero. Samakatuwid, ang gawain ng isang panlabas na puwersa sa paglipat ng singil sa buong circuit ay nabawasan sa gawain ng paglipat ng singil na ito lamang sa loob ng kasalukuyang pinagmulan. Kaya, ito rin ang gawain ng isang panlabas na puwersa sa paglipat ng singil sa buong kadena.

Nakikita namin na ang panlabas na puwersa ay hindi potensyal - ang gawain nito kapag ang paglipat ng isang singil sa isang saradong landas ay hindi katumbas ng zero. Ito ang hindi potensyal na ito na nagsisiguro sa sirkulasyon ng electric current; ang potensyal na electric field, tulad ng sinabi namin kanina, ay hindi maaaring suportahan ang isang palaging kasalukuyang.

Ipinapakita ng karanasan na ang trabaho ay direktang proporsyonal sa singil na inilipat. Samakatuwid, ang ratio ay hindi na nakadepende sa singil at isang quantitative na katangian ng kasalukuyang pinagmulan. Ang kaugnayang ito ay ipinahiwatig ng:

(1)

Ang halagang ito ay tinatawag puwersang electromotive(EMF) kasalukuyang pinagmumulan. Tulad ng nakikita mo, ang EMF ay sinusukat sa volts (V), kaya ang pangalang "electromotive force" ay lubhang kapus-palad. Pero matagal na itong nakaugat, kaya kailangan mong tiisin.

Kapag nakita mo ang inskripsyon sa baterya: "1.5 V", pagkatapos ay malaman na ito ay eksakto ang EMF. Ang halaga ba ay katumbas ng boltahe na nilikha ng baterya sa panlabas na circuit? Hindi pala! Ngayon ay mauunawaan natin kung bakit.

Batas ng Ohm para sa isang kumpletong circuit

Ang anumang kasalukuyang mapagkukunan ay may sariling pagtutol, na tinatawag panloob na pagtutol source na ito. Kaya, ang isang kasalukuyang mapagkukunan ay may dalawang mahalagang katangian: EMF at panloob na pagtutol.

Hayaan ang isang kasalukuyang mapagkukunan na may isang EMF katumbas ng , at isang panloob na pagtutol ay konektado sa isang risistor (na sa kasong ito ay tinatawag na panlabas na risistor, o panlabas na pagkarga, o payload). Ang lahat ng ito magkasama ay tinatawag kumpletong kadena(Larawan 2).

kanin. 2. Kumpletuhin ang kadena

Ang aming gawain ay upang mahanap ang kasalukuyang sa circuit at ang boltahe sa buong risistor.

Sa paglipas ng panahon, isang singil ang dumadaan sa circuit. Ayon sa formula (1), ang kasalukuyang pinagmumulan ay gumagawa ng gawain:

(2)

Dahil ang kasalukuyang lakas ay pare-pareho, ang gawain ng pinagmulan ay ganap na na-convert sa init, na inilabas sa mga resistensya at. Ang dami ng init na ito ay tinutukoy ng batas ng Joule-Lenz:

(3)

Kaya, , at tinutumbasan namin ang mga tamang bahagi ng mga formula (2) at (3):

Pagkatapos bawasan sa makuha namin:

Kaya natagpuan namin ang kasalukuyang sa circuit:

(4)

Formula (4) ay tinatawag Batas ng Ohm para sa isang kumpletong circuit.

Kung ikinonekta mo ang mga terminal ng pinagmulan na may kawad na hindi gaanong paglaban, makakakuha ka short circuit. Sa kasong ito, ang pinakamataas na kasalukuyang ay dadaloy sa pinagmulan - kasalukuyang short circuit:

Dahil sa liit ng panloob na pagtutol, ang kasalukuyang short-circuit ay maaaring napakalaki. Halimbawa, sabay-sabay na umiinit ang baterya ng penlight kaya nasusunog nito ang iyong mga kamay.

Alam ang kasalukuyang lakas (formula (4)), mahahanap natin ang boltahe sa risistor gamit ang batas ng Ohm para sa seksyon ng circuit:

(5)

Ang boltahe na ito ay ang potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng mga puntos at (Larawan 2). Ang potensyal ng punto ay katumbas ng potensyal ng positibong terminal ng pinagmulan; ang potensyal ng punto ay katumbas ng potensyal ng negatibong terminal. Samakatuwid, ang stress (5) ay tinatawag din boltahe sa mga terminal ng pinagmulan.

Nakikita natin mula sa formula (5) kung ano ang mangyayari sa isang tunay na circuit - pagkatapos ng lahat, ito ay pinarami ng isang fraction na mas mababa sa isa. Ngunit mayroong dalawang kaso kung saan .

1. Tamang-tama kasalukuyang pinagmulan. Ito ang pangalan ng source na may zero internal resistance. Sa , ang formula (5) ay nagbibigay ng .

2. Buksan ang circuit. Isaalang-alang ang kasalukuyang pinagmulan mismo, sa labas ng electrical circuit. Sa kasong ito, maaari nating ipagpalagay na ang panlabas na pagtutol ay walang katapusan na malaki: . Pagkatapos ang halaga ay hindi nakikilala mula sa , at ang formula (5) ay muling nagbibigay sa amin ng .

Ang kahulugan ng resultang ito ay simple: kung ang pinagmulan ay hindi konektado sa circuit, ang voltmeter na konektado sa mga pole ng pinagmulan ay magpapakita ng EMF nito.

Episyente ng electric circuit

Hindi mahirap makita kung bakit ang isang risistor ay tinatawag na payload. Isipin na ito ay isang bumbilya. Ang init na nalilikha ng isang bumbilya ay kapaki-pakinabang, dahil salamat sa init na ito, natutupad ng ilaw ang layunin nito - nagbibigay ito ng liwanag.

Tukuyin natin ang dami ng init na inilabas sa payload sa panahong iyon.

Kung ang kasalukuyang nasa circuit ay , kung gayon

Ang isang tiyak na halaga ng init ay inilabas din sa kasalukuyang pinagmulan:

Ang kabuuang halaga ng init na inilabas sa circuit ay:

Episyente ng electric circuit ay ang ratio ng kapaki-pakinabang na init sa kabuuan:

Ang kahusayan ng circuit ay katumbas lamang ng pagkakaisa kung ang kasalukuyang pinagmulan ay perpekto.

Batas ng Ohm para sa isang magkakaiba na lugar

Ang simpleng batas ng Ohm ay may bisa para sa tinatawag na homogenous na seksyon ng circuit - iyon ay, ang seksyon kung saan walang kasalukuyang mga mapagkukunan. Ngayon ay makakakuha tayo ng higit pang pangkalahatang mga ugnayan, kung saan ang parehong batas ng Ohm para sa isang homogenous na seksyon at ang batas ng Ohm na nakuha sa itaas para sa isang kumpletong kadena ay sumusunod.

Ang seksyon ng circuit ay tinatawag magkakaiba kung mayroon itong kasalukuyang pinagmulan. Sa madaling salita, ang isang hindi magkakatulad na seksyon ay isang seksyon na may EMF.

Sa fig. Ang 3 ay nagpapakita ng isang hindi magkakatulad na seksyon na naglalaman ng isang risistor at isang kasalukuyang pinagmulan. Ang EMF ng pinagmulan ay , ang panloob na pagtutol nito ay itinuturing na zero (kung ang panloob na pagtutol ng pinagmulan ay , maaari mo lamang palitan ang risistor ng isang risistor ).

kanin. 3. "Tumutulong" ang EMF sa kasalukuyang:

Ang kasalukuyang lakas sa seksyon ay pantay, ang kasalukuyang daloy mula sa punto hanggang punto. Ang kasalukuyang ito ay hindi nangangahulugang sanhi ng isang pinagmulan. Ang lugar na isinasaalang-alang, bilang panuntunan, ay bahagi ng isang circuit (hindi ipinapakita sa figure), at ang iba pang kasalukuyang mga mapagkukunan ay maaaring naroroon sa circuit na ito. Samakatuwid, ang kasalukuyang ay ang resulta ng pinagsama-samang pagkilos lahat mga mapagkukunan sa circuit.

Hayaan ang mga potensyal ng mga puntos at maging katumbas ng at , ayon sa pagkakabanggit. Muli naming binibigyang-diin na pinag-uusapan natin ang potensyal ng isang nakatigil na electric field na nabuo sa pamamagitan ng pagkilos ng lahat ng mga mapagkukunan ng circuit - hindi lamang ang pinagmulan na kabilang sa seksyong ito, kundi pati na rin, marahil, magagamit sa labas ng seksyong ito.

Ang boltahe sa aming lugar ay: Sa paglipas ng panahon, may singil na dumaan sa seksyon, habang ang nakatigil na electric field ay gumagana:

Bilang karagdagan, ang positibong gawain ay ginagawa ng kasalukuyang mapagkukunan (pagkatapos ng lahat, ang singil ay dumaan dito!):

Ang kasalukuyang lakas ay pare-pareho, samakatuwid, ang kabuuang trabaho upang isulong ang singil, na isinagawa sa site sa pamamagitan ng isang nakatigil na electric field at mga puwersa ng panlabas na mapagkukunan, ay ganap na na-convert sa init:.

Pinapalitan namin dito ang mga expression para sa , at ang batas ng Joule–Lenz:

Pagbabawas ng , nakukuha namin Batas ng Ohm para sa isang hindi magkakatulad na seksyon ng isang circuit:

(6)

o, na pareho:

(7)

Pansinin ang plus sign sa harap nito. Naipahiwatig na namin ang dahilan para dito - gumaganap ang kasalukuyang mapagkukunan sa kasong ito positibo trabaho, "pag-drag" ng singil sa loob mismo mula sa negatibong terminal patungo sa positibo. Sa madaling salita, ang pinagmulan ay "nakakatulong" sa kasalukuyang daloy mula sa punto patungo sa punto.

Napansin namin ang dalawang kahihinatnan ng mga nagmula na formula (6) at (7) .

1. Kung homogenous ang site, kung gayon . Pagkatapos mula sa formula (6) makuha namin - ang batas ng Ohm para sa isang homogenous na seksyon ng chain.

2. Ipagpalagay na ang kasalukuyang pinagmulan ay may panloob na pagtutol. Ito, tulad ng nabanggit na natin, ay katumbas ng pagpapalit ng:

Ngayon isara natin ang aming seksyon sa pamamagitan ng pagkonekta sa mga punto at . Nakukuha namin ang kumpletong kadena na tinalakay sa itaas. Sa kasong ito, lumalabas na ang nakaraang formula ay magiging batas ng Ohm para sa isang kumpletong kadena:

Kaya, ang batas ng Ohm para sa isang homogenous na seksyon at ang batas ng Ohm para sa isang kumpletong circuit ay parehong sumusunod mula sa batas ng Ohm para sa isang hindi homogenous na seksyon.

Maaaring may isa pang kaso ng koneksyon, kapag ang pinagmulan ay "pinipigilan" ang kasalukuyang daloy sa seksyon. Ang ganitong sitwasyon ay ipinapakita sa Fig. 4 . Dito, ang kasalukuyang nagmumula sa hanggang ay nakadirekta laban sa pagkilos ng mga panlabas na puwersa ng pinagmulan.

kanin. 4. "Nakakasagabal" ang EMF sa kasalukuyang:

Paano ito posible? Ito ay napaka-simple: iba pang mga mapagkukunan na magagamit sa circuit sa labas ng seksyon sa ilalim ng pagsasaalang-alang na "overpower" ang pinagmulan sa seksyon at pilitin ang kasalukuyang dumaloy laban. Ganito mismo ang mangyayari kapag inilagay mo ang telepono sa pag-charge: ang adaptor na nakakonekta sa outlet ay nagiging sanhi ng paggalaw ng mga singil laban sa mga panlabas na puwersa ng baterya ng telepono, at sa gayon ay na-charge ang baterya!

Ano ang magbabago ngayon sa derivation ng ating mga formula? Isang bagay lamang - ang gawain ng mga panlabas na puwersa ay magiging negatibo:

Pagkatapos ang batas ng Ohm para sa isang hindi magkakatulad na seksyon ay kukuha ng anyo:

(8)

kung saan, tulad ng dati, ay ang boltahe sa seksyon.

Pagsamahin natin ang mga formula (7) at (8) at isulat ang batas ng Ohm para sa seksyong may EMF gaya ng sumusunod:

Ang kasalukuyang dumadaloy mula sa punto patungo sa punto. Kung ang direksyon ng kasalukuyang ay tumutugma sa direksyon ng mga panlabas na puwersa, pagkatapos ay isang "plus" ang inilalagay sa harap; kung ang mga direksyong ito ay kabaligtaran, pagkatapos ay ilagay ang "minus".

De-koryenteng circuit ay binubuo ng kasalukuyang pinagmumulan, mga mamimili ng kuryente, mga wire sa pagkonekta at isang susi na nagsisilbing buksan at isara ang circuit at iba pang mga elemento (Larawan 1).

Ang mga guhit na nagpapakita kung paano ikonekta ang mga de-koryenteng aparato sa isang circuit ay tinatawag mga de-koryenteng diagram. Ang mga aparato sa mga diagram ay ipinahiwatig ng mga maginoo na palatandaan.

Tulad ng nabanggit, upang mapanatili ang isang electric current sa circuit, kinakailangan na sa mga dulo nito (Larawan 2) ay may patuloy na potensyal na pagkakaiba φ a- φ b. Hayaan sa unang oras φ A > φ B , pagkatapos ay ang paglipat ng positibong singil q mula sa isang punto PERO eksakto SA ay hahantong sa pagbaba sa potensyal na pagkakaiba sa pagitan nila. Upang mapanatili ang isang pare-pareho ang potensyal na pagkakaiba, ito ay kinakailangan upang ilipat ang eksaktong parehong singil mula sa B sa A. Kung sa direksyon PERO → SA gumagalaw ang mga singil sa ilalim ng pagkilos ng mga puwersa ng isang electrostatic field, pagkatapos ay sa direksyon SA → PERO ang paggalaw ng mga singil ay nangyayari laban sa mga puwersa ng electrostatic field, i.e. sa ilalim ng pagkilos ng mga puwersa ng isang di-electrostatic na kalikasan, ang tinatawag na mga puwersa ng third-party. Ang kundisyong ito ay natutugunan sa isang kasalukuyang pinagmumulan na sumusuporta sa paggalaw ng mga singil sa kuryente. Sa karamihan ng kasalukuyang mga mapagkukunan, ang mga electron lamang ang gumagalaw, sa mga galvanic na selula - mga ion ng parehong mga palatandaan.

Ang mga pinagmumulan ng electric current ay maaaring magkakaiba sa kanilang disenyo, ngunit sa alinman sa mga ito ang trabaho ay ginagawa upang paghiwalayin ang positibo at negatibong sisingilin na mga particle. Ang paghihiwalay ng mga singil ay nangyayari sa ilalim ng aksyon pwersa sa labas. Ang mga puwersa ng third-party ay kumikilos lamang sa loob ng kasalukuyang pinagmumulan at maaaring sanhi ng mga kemikal na proseso (mga baterya, galvanic cells), ang pagkilos ng liwanag (photocells), pagbabago ng mga magnetic field (generators), atbp.

Ang anumang kasalukuyang mapagkukunan ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang electromotive force - EMF.

puwersang electromotive ε Ang kasalukuyang pinagmumulan ay isang pisikal na dami ng scalar na katumbas ng gawain ng mga panlabas na puwersa upang ilipat ang isang positibong singil kasama ang isang closed circuit

Ang SI unit ng electromotive force ay ang volt (V).

Ang EMF ay isang katangian ng enerhiya ng kasalukuyang pinagmumulan.

Sa kasalukuyang mapagkukunan, sa kurso ng trabaho sa paghihiwalay ng mga sisingilin na mga particle, isang pagbabagong-anyo ng mekanikal, ilaw, panloob, atbp. enerhiya sa kuryente. Naiipon ang mga hiwalay na particle sa mga pole ng kasalukuyang pinagmulan (ang mga lugar kung saan konektado ang mga mamimili gamit ang mga terminal o clamp). Ang isang poste ng kasalukuyang pinagmulan ay positibong sinisingil, ang isa naman ay negatibo. Ang isang electrostatic field ay nilikha sa pagitan ng mga pole ng kasalukuyang pinagmulan. Kung ang mga pole ng isang kasalukuyang pinagmulan ay konektado sa pamamagitan ng isang konduktor, pagkatapos ay isang electric current arises sa tulad ng isang de-koryenteng circuit. Sa kasong ito, ang likas na katangian ng patlang ay nagbabago, ito ay tumigil sa pagiging electrostatic.

Ipinapakita ng Figure 3 ang negatibong terminal ng kasalukuyang pinagmulan at ang seksyon ng dulo ng metal wire na nakakabit dito sa anyo ng isang spherical conductor. Ang may tuldok na linya ay nagpapakita ng ilang linya ng lakas ng patlang ng terminal bago ipasok ang wire dito, at ang mga arrow ay nagpapakita ng mga puwersang kumikilos sa mga libreng electron ng kawad na matatagpuan sa mga puntong may marka ng mga numero. Ang mga electron sa iba't ibang mga punto ng cross section ng wire sa ilalim ng pagkilos ng mga puwersa ng Coulomb ng terminal field ay nakakakuha ng paggalaw hindi lamang sa kahabaan ng axis ng wire. Halimbawa, ang isang elektron na matatagpuan sa isang punto 1 , ay kasangkot sa "kasalukuyang" kilusan. Ngunit malapit sa mga punto 2, 3, 4, 5 ang mga electron ay may kakayahang mag-ipon sa ibabaw ng kawad. Bukod dito, ang pamamahagi ng ibabaw ng mga electron sa kahabaan ng kawad ay hindi magiging pare-pareho. Samakatuwid, ang pagkonekta ng wire sa kasalukuyang source terminal ay magdudulot ng paggalaw ng ilang electron sa kahabaan ng wire, at pag-iipon ng ilang electron sa ibabaw. Ang hindi pantay na pamamahagi ng mga electron sa ibabaw nito ay nagsisiguro sa hindi equipotentiality ng ibabaw na ito, ang pagkakaroon ng mga bahagi ng lakas ng electric field na nakadirekta sa ibabaw ng konduktor. Ito ang larangan ng muling ipinamahagi na mga electron ng conductor mismo at tinitiyak ang maayos na paggalaw ng iba pang mga electron. Kung ang pamamahagi ng mga electron sa ibabaw ng konduktor ay hindi nagbabago sa paglipas ng panahon, kung gayon ang naturang patlang ay tinatawag nakatigil na electric field. Kaya, ang pangunahing papel sa paglikha ng isang nakatigil na electric field ay nilalaro ng mga singil na matatagpuan sa mga pole ng kasalukuyang pinagmulan. Kapag ang electrical circuit ay sarado, ang pakikipag-ugnayan ng mga singil na ito sa mga libreng singil ng konduktor ay humahantong sa paglitaw ng hindi nabayarang mga singil sa ibabaw sa buong ibabaw ng konduktor. Ang mga singil na ito ay lumilikha ng isang nakatigil na electric field sa loob ng konduktor sa buong haba nito. Ang patlang na ito sa loob ng konduktor ay pare-pareho, at ang mga linya ng pag-igting ay nakadirekta sa axis ng konduktor (Larawan 4). Ang proseso ng pagtatatag ng isang electric field sa kahabaan ng konduktor ay nangyayari sa isang bilis c≈ 3 10 8 m/s.

Tulad ng isang electrostatic field, ito ay potensyal. Ngunit may mga makabuluhang pagkakaiba sa pagitan ng mga patlang na ito:

1. electrostatic field - ang field ng fixed charges. Ang pinagmulan ng isang nakatigil na electric field ay gumagalaw na mga singil, at ang kabuuang bilang ng mga singil at ang pattern ng kanilang pamamahagi sa isang partikular na espasyo ay hindi nagbabago sa paglipas ng panahon;

2. May electrostatic field sa labas ng conductor. Ang lakas ng electrostatic field ay palaging katumbas ng 0 sa loob ng dami ng konduktor, at sa bawat punto ng panlabas na ibabaw ng konduktor ay nakadirekta patayo sa ibabaw na ito. Ang isang nakatigil na electric field ay umiiral sa labas at sa loob ng konduktor. Ang intensity ng isang nakatigil na electric field ay hindi katumbas ng zero sa loob ng volume ng conductor, at sa ibabaw at sa loob ng volume ay may mga bahagi ng intensity na hindi patayo sa ibabaw ng conductor;

3. ang mga potensyal ng iba't ibang mga punto ng konduktor kung saan ang direktang kasalukuyang pumasa ay naiiba (ang ibabaw at dami ng konduktor ay hindi equipotential). Ang mga potensyal ng lahat ng mga punto sa ibabaw ng isang konduktor sa isang electrostatic field ay pareho (ang ibabaw at dami ng konduktor ay equipotential);

4. Ang isang electrostatic field ay hindi sinamahan ng hitsura ng isang magnetic field, ngunit ang isang nakatigil na electric field ay sinamahan ng hitsura nito at ito ay inextricably nauugnay dito.