Što se dogodilo EMF(elektromotorna sila) u fizici? Ne razumiju svi električnu struju. Kao kozmička daljina, samo pred nosom. Općenito, čak ni znanstvenici to ne razumiju u potpunosti. Dovoljno je prisjetiti se njegovih slavnih eksperimenata, stoljećima ispred svog vremena, koji i danas ostaju u oreolu misterija. Danas ne rješavamo velike misterije, ali ih pokušavamo dokučiti što je EMF u fizici.

Definicija EMF-a u fizici

EMF- elektromotorna sila. Označava se slovom E ili malo grčko slovo epsilon.

Elektromotorna sila- skalarna fizička veličina koja karakterizira rad vanjskih sila ( sile neelektričnog porijekla), koji rade u električnim krugovima izmjenične i istosmjerne struje.

EMF, kao i napon e, mjereno u voltima. Međutim, EMF i napon su različite pojave.

napon(između točaka A i B) – fizikalna veličina jednaka radu efektivnog električno polje izvodi se pri prijenosu jednog ispitnog naboja s jedne točke na drugu.

Objašnjavamo suštinu EMF-a "na prstima"

Da bismo razumjeli što je što, možemo dati primjer-analogiju. Zamislimo da imamo vodotoranj potpuno ispunjen vodom. Usporedimo ovaj toranj s baterijom.

Voda vrši najveći pritisak na dno tornja kada je toranj potpuno ispunjen. Prema tome, što je manje vode u tornju, to je slabiji pritisak i pritisak vode koja teče iz slavine. Ako otvorite slavinu, voda će postupno istjecati, najprije pod jakim pritiskom, a zatim sve sporije dok pritisak sasvim ne oslabi. Ovdje je napetost pritisak koji voda vrši na dno. Uzmimo samo dno tornja kao nultu naponsku razinu.

Isto je i s baterijom. Prvo, spojimo naš izvor struje (bateriju) na krug, zatvarajući ga. Neka to bude sat ili svjetiljka. Sve dok je napon dovoljan i baterija nije ispražnjena, svjetiljka svijetli jako, a zatim se postupno gasi dok se potpuno ne ugasi.

Ali kako osigurati da se tlak ne osuši? Drugim riječima, kako održati stalnu razinu vode u tornju, te stalnu razliku potencijala na polovima izvora struje. Po uzoru na toranj, EMF je predstavljen kao pumpa koja osigurava dotok nove vode u toranj.

Priroda EMF

Razlog za pojavu EMF-a u različitim izvorima struje je različit. Na temelju prirode pojave razlikuju se sljedeće vrste:

• Kemijska emf. Pojavljuje se u baterijama i akumulatorima zbog kemijskih reakcija.
• Termo EMF. Pojavljuje se kada su spojeni kontakti različitih vodiča koji se nalaze na različitim temperaturama.
• inducirana emf. Javlja se u generatoru kada se rotirajući vodič stavi u magnetsko polje. EMF će biti induciran u vodiču kada vodič prelazi preko vodova istosmjerne struje magnetsko polje ili kada se magnetsko polje promijeni u veličini.
• Fotoelektrična emf. Pojavu ovog EMF-a olakšava fenomen vanjskog ili unutarnjeg fotoelektričnog učinka.
• Piezoelektrična emf. EMF nastaje kada se tvari istežu ili komprimiraju.

Dragi prijatelji, danas smo pogledali temu "EMF za lutke". Kao što vidimo, EMF – neelektrična sila, koji održava protok električne struje u krugu. Ukoliko želite saznati kako se rješavaju problemi s EMF-om, savjetujemo vam da se obratite pomno odabranim i provjerenim stručnjacima koji će vam brzo i jasno objasniti proces rješavanja problema. tematski problem. I tradicionalno, na kraju vas pozivamo da pogledate video trening. Ugodno gledanje i sretno s učenjem!

« Fizika - 10. razred"

Svaki izvor struje karakterizira elektromotorna sila ili skraćeno EMF. Dakle, na okrugloj bateriji za baterijska svjetiljka napisano: 1,5 V.
Što to znači?

Ako spojite dvije suprotno nabijene kuglice s vodičem, naboji će se brzo neutralizirati, potencijali kuglica postat će isti, a električno polje će nestati (slika 15.9, a).

Vanjske sile.

Da bi struja bila konstantna, potrebno je održavati konstantan napon između kuglica. Za to vam je potreban uređaj (izvor struje) koji bi pomicao naboje s jedne kuglice na drugu u smjeru suprotnom od smjera sila koje na te naboje djeluju iz električnog polja kuglica. U takvom uređaju, naknade, osim električne sile, moraju djelovati sile neelektrostatskog podrijetla (Sl. 15.9, b). Samo električno polje nabijenih čestica ( Coulombovo polje) nije u stanju održavati konstantnu struju u krugu.

Sve sile koje djeluju na električki nabijene čestice, s izuzetkom sila elektrostatskog podrijetla (tj. Coulombovih sila), nazivaju se vanjske sile.

Zaključak o potrebi vanjskih sila za održavanje konstantne struje u krugu postat će još očitiji ako se obratimo zakonu održanja energije.

Elektrostatsko polje je potencijalno. Rad ovog polja kada se nabijene čestice kreću u njemu duž zatvorenog strujni krug jednaka nuli. Prolazak struje kroz vodiče prati oslobađanje energije – vodič se zagrijava. Stoga u strujnom krugu mora postojati neki izvor energije koji je opskrbljuje strujnim krugom. U njemu, osim Coulombovih sila, moraju djelovati i treće strane, nepotencijalne sile. Rad tih sila duž zatvorene petlje mora biti različit od nule.

Upravo u procesu obavljanja rada pomoću tih sila nabijene čestice dobivaju energiju unutar izvora struje i zatim je predaju vodičima električnog kruga.

Sile trećih strana pokreću nabijene čestice unutar svih izvora struje: u generatorima u elektranama, u galvanskim ćelijama, baterijama itd.

Kada je strujni krug zatvoren, u svim vodičima kruga stvara se električno polje. Unutar izvora struje naboji se kreću pod utjecajem vanjske sile protiv Coulombovih sila(elektroni od pozitivno nabijene elektrode do negativne), au vanjskom krugu ih pokreće električno polje (vidi sl. 15.9, b).

Priroda vanjskih sila.

Priroda vanjskih sila može biti različita. U generatorima elektrana, strane sile su sile koje djeluju iz magnetskog polja na elektrone u vodiču koji se kreće.

U galvanskom članku, kao što je Voltin, djeluju kemijske sile.

Volta ćelija se sastoji od cinkove i bakrene elektrode smještene u otopinu sumporne kiseline. Kemijske sile uzrokuju otapanje cinka u kiselini. Pozitivno nabijeni ioni cinka prelaze u otopinu, a sama cinkova elektroda postaje negativno nabijena. (Bakar se vrlo malo otapa u sumpornoj kiselini.) Između cinčane i bakrene elektrode pojavljuje se razlika potencijala koja određuje struju u vanjskom električnom krugu.

Djelovanje vanjskih sila karakterizira važna fizička količina, nazvao elektromotorna sila(skraćeno EMF).

Elektromotorna sila izvor struje jednak je omjeru rada vanjskih sila pri gibanju naboja po zatvorenom krugu prema apsolutna vrijednost ove naknade:

Elektromotorna sila se, kao i napon, izražava u voltima.

Razlika potencijala na stezaljkama baterije kada je strujni krug otvoren jednaka je elektromotornoj sili. EMF jedne baterije je obično 1-2 V.

Također možemo govoriti o elektromotornoj sili u bilo kojem dijelu strujnog kruga. Ovo je specifičan rad vanjskih sila (rad za pomicanje jednog naboja) ne kroz cijeli krug, već samo u određenom području.

Elektromotorna sila galvanskog članka je veličina brojčano jednaka radu vanjskih sila pri premještanju jednog pozitivnog naboja unutar elementa s jednog pola na drugi.

Rad vanjskih sila ne može se izraziti kroz razliku potencijala, jer su vanjske sile nepotencijalne i njihov rad ovisi o obliku putanje naboja.

Za održavanje zadane vrijednosti električne struje u vodiču, neka vrsta vanjski izvor energije, koja bi uvijek osiguravala potrebnu razliku potencijala na krajevima ovog vodiča. Takvi izvori energije su takozvani izvori električne struje, koji su neki dati elektromotorna sila, koji je sposoban stvoriti i održavati potencijalnu razliku dugo vremena.

Elektromotorna sila ili skraćeno emf označava se sa latinično pismo E. Jedinica mjere je volt. Dakle, da bi se postiglo kontinuirano kretanje električne struje u vodiču, potrebna je elektromotorna sila, tj. potreban je izvor električne struje.

Povijesna referenca. Prvi takav izvor struje u elektrotehnici bio je "naponski stup", koji je bio napravljen od nekoliko bakrenih i cinčanih krugova obloženih kravljom kožom namočenom u otopinu slabe kiseline. Dakle, najviše na jednostavan način razmatra se primanje elektromotorne sile kemijska reakcija niz tvari i materijala, uslijed kojih se kemijska energija pretvara u električnu. Izvori struje u kojima se elektromotorna sila EMF stvara sličnom metodom nazivaju se kemijski izvori struje.

Danas su kemijski izvori energije - baterije i sve moguće vrste baterija - postali rašireni u elektronici i elektrotehnici te u elektroenergetici.

Uobičajene su i različite vrste generatora koji, kao jedini izvor, mogu opskrbljivati ​​električnom energijom industrijska poduzeća, osigurati rasvjetu gradova i funkcioniranje sustava. željeznice, tramvaji i metro.

EMF djeluje na potpuno isti način i na kemijske izvore i na generatore. Njegovo djelovanje je stvoriti potencijalnu razliku na svakom od terminala izvora napajanja i održavati je cijelo potrebno vrijeme. Stezaljke za napajanje nazivaju se polovi. Uvijek postoji manjak elektrona na jednom od polova, tj. takav pol ima pozitivan naboj i označen je " + “, a s druge, naprotiv, stvara se povećana koncentracija slobodnih elektrona, tj. ovaj pol ima negativan naboj i označen je znakom " - ».

EMF izvori se koriste za spajanje raznih instrumenata i uređaja koji su potrošači električne energije. Potrošači se pomoću žica spajaju na polove izvora struje, tako da se dobije zatvoren električni krug. Razlika potencijala koja nastaje u zatvorenom električnom krugu naziva se i označava latiničnim slovom "U". Jedinica napona jedan volt. Na primjer, snimite U=12 V označava da je napon izvora EMF 12 V.

Kako bi se izmjerio napon ili EMF, poseban mjerni uređaj - .

Ako je potrebno izvršiti ispravna mjerenja EMF-a ili napona izvora napajanja, voltmetar se spaja izravno na polove. Kada je električni krug otvoren, voltmetar će pokazati EMF. Kada je krug zatvoren, voltmetar će prikazati vrijednost napona na svakom priključku napajanja. PS: Izvor struje uvijek razvija EMF veći od napona na stezaljkama.

Video lekcija: EMF

Video lekcija: Elektromotorna sila od profesora fizike

Napon na svakom priključku izvora struje manji je od elektromotorne sile za vrijednost pada napona koji se javlja na unutarnjem otporu izvora struje:

Idealan izvor

Kod idealnih izvora napon na stezaljkama ne ovisi o količini potrošene struje.

Svi izvori elektromotorne sile imaju parametre koji ih karakteriziraju: napon praznog hoda U xx, struja kratkog spoja Ja kratko i unutarnji otpor (za istosmjerni izvor R int). U xx je napon kada je struja izvora nula. Na idealnom izvoru pri bilo kojoj struji U xx =0. Ja kratko je struja pri nultom naponu. Idealan izvor napona ima beskonačan napon I kratko = ∞. Unutarnji otpor određuje se iz odnosa. Budući da je napon idealnog izvora napona konstantan pri bilo kojoj struji ΔU = 0, tada i njegov unutarnji otpor ima nulte vrijednosti.

R u = ΔU / ΔI = 0;

S pozitivnim naponom i strujom, izvor šalje svoju električnu energiju u krug i radi u generatorskom načinu rada. Kada struja teče u suprotnom smjeru, izvor prima električnu energiju iz kruga i radi u načinu rada prijamnika.

U slučaju idealnog izvora struje, njegova vrijednost ne ovisi o naponu na njegovim stezaljkama: I = konst.

Budući da je struja idealnog izvora struje konstantna ΔI = 0, tada ima unutarnji otpor jednak beskonačnosti.

R in =ΔU / ΔI = ∞

S pozitivnim naponom i strujom, izvor šalje energiju u krug i radi u generatorskom načinu rada. U obrnutom smjeru, radi u načinu rada prijemnika.

Pravi izvor elektromotorne sile

U stvarnom izvoru elektromotorne sile napon na stezaljkama opada s povećanjem struje. Ova strujno-naponska karakteristika odgovara jednadžbi za određivanje napona pri bilo kojoj vrijednosti struje.

U = U xx - R int × I,

Gdje je , izračunava se formulom

R in =ΔU / ΔI≠ 0

Također se može izračunati putem U xx I Ja kratko

R u =U xx / II kratko

Samoindukcija. Samoinducirana emf

Kada se izvor struje spoji na bilo koji zatvoreni strujni krug, područje ograničeno tim krugom počinje prodirati vanjskim magnetskim linijama sile. Svaki Dalekovod, izvana, prelazeći vodič, izazivajući u njemu EMF samoindukcije.

Strujni krug sastoji se od izvora struje, potrošača električne energije, spojnih vodova i ključa koji služi za otvaranje i zatvaranje strujnog kruga i drugih elemenata (slika 1).

Nazivaju se crteži koji prikazuju načine spajanja električnih uređaja u krug električni dijagrami. Uređaji na dijagramima označeni su simbolima.

Kao što je navedeno, da bi se održala električna struja u strujnom krugu, potrebno je da na njegovim krajevima postoji konstantna razlika potencijala (Sl. 2) φ A- φ B. Neka u početnom trenutku vremena φ A> φ B, zatim prijenos pozitivnog naboja q od točke A točno U dovest će do smanjenja razlike potencijala među njima. Da bi se održala konstantna razlika potencijala, potrebno je prenijeti potpuno isti naboj iz B V A. Ako u smjeru A → U naboji se gibaju pod utjecajem sila elektrostatičko polje, zatim u smjeru U → A kretanje naboja događa se protiv sila elektrostatičkog polja, tj. pod utjecajem sila neelektrostatičke prirode, takozvanih sila treće strane. Ovaj uvjet je zadovoljen u izvoru struje koji podržava kretanje električni naboji. U većini izvora struje kreću se samo elektroni; u galvanskim člancima kreću se ioni oba predznaka.

Izvori električne struje mogu se razlikovati po dizajnu, ali u svakom od njih radi se na razdvajanju pozitivno i negativno nabijenih čestica. Razdvajanje naboja događa se pod utjecajem vanjske sile. Tuđe sile djeluju samo unutar izvora struje i mogu biti uzrokovane kemijskim procesima (baterije, galvanske ćelije), djelovanjem svjetla (fotoćelije), promjenjivim magnetskim poljima (generatori) itd.

Svaki izvor struje karakterizira elektromotorna sila - EMF.

Elektromotorna sila ε izvor struje naziva se fizikalna skalarna veličina, jednak radu vanjske sile za pomicanje jednog pozitivnog naboja duž zatvorenog kruga

SI jedinica elektromotorne sile je volt (V).

EMF je energetska karakteristika izvora struje.

U izvoru struje, u procesu odvajanja nabijenih čestica, dolazi do transformacije mehaničkih, svjetlosnih, unutarnjih itd. energije u električnu energiju. Izdvojene čestice nakupljaju se na polovima izvora struje (mjesta na koja su klemama ili spojnicama spojeni potrošači). Jedan pol izvora struje nabijen je pozitivno, drugi - negativno. Između polova izvora struje stvara se elektrostatsko polje. Ako su polovi izvora struje spojeni vodičem, tada u takvom električnom krugu a struja. U tom se slučaju mijenja priroda polja, ono prestaje biti elektrostatičko.

Na slici 3 shematski je prikazan negativni izvod strujnog izvora i presjek na njega spojenog kraja metalne žice u obliku kuglastog vodiča. Isprekidana linija prikazuje neke linije jakosti polja terminala prije nego što je žica umetnuta u njega, a strelice pokazuju sile koje djeluju na slobodne elektrone žice smještene na točkama označenim brojevima. Pod utjecajem Coulombovih sila terminalnog polja, elektroni u različitim točkama poprečnog presjeka žice poprimaju gibanje ne samo duž osi žice. Na primjer, elektron koji se nalazi u točki 1 , ispada da je uključen u “trenutni” pokret. Ali blizu bodova 2, 3, 4, 5 elektroni imaju sposobnost nakupljanja na površini žice. Štoviše, površinska raspodjela elektrona duž duljine žice neće biti jednolika. Stoga će spajanje žice na priključak izvora struje uzrokovati kretanje nekih elektrona duž žice, a neki će se elektroni nakupiti na površini. Neravnomjerna raspodjela elektrona na njegovoj površini osigurava neekvipotencijalnost ove površine, prisutnost komponenti jakosti električnog polja usmjerenih duž površine vodiča. Ovo polje redistribuiranih elektrona samog vodiča osigurava uređeno kretanje drugih elektrona. Ako se raspodjela elektrona po površini vodiča ne mijenja tijekom vremena, tada se takvo polje naziva stacionarno električno polje. Tako, glavna uloga Naboji smješteni na polovima izvora struje igraju ulogu u stvaranju stacionarnog električnog polja. Kada je električni krug zatvoren, međudjelovanje upravo tih naboja sa slobodnim nabojima vodiča dovodi do pojave nekompenziranih površinskih naboja na cijeloj površini vodiča. Upravo ti naboji stvaraju stacionarno električno polje unutar vodiča cijelom njegovom dužinom. To polje unutar vodiča je jednoliko, a linije napetosti usmjerene su duž osi vodiča (slika 4). Proces uspostavljanja električnog polja duž vodiča odvija se brzinom c≈ 3·10 8 m/s.

Kao i elektrostatsko polje, ono je potencijalno. Ali postoje značajne razlike između ovih polja:

1. elektrostatsko polje – polje stacionarnih naboja. Izvor stacionarnog električnog polja su pokretni naboji, i ukupni broj naboji i obrazac njihove raspodjele u određenom prostoru ne mijenjaju se tijekom vremena;

2. elektrostatsko polje postoji izvan vodiča. Jakost elektrostatskog polja unutar volumena vodiča uvijek je jednaka 0, au svakoj točki vanjske površine vodiča usmjerena je okomito na tu površinu. Stacionarno električno polje postoji i izvan i unutar vodiča. Jakost stacionarnog električnog polja unutar volumena vodiča nije jednaka nuli, a na površini i unutar volumena postoje komponente intenziteta koje nisu okomite na površinu vodiča;

3. potencijali različitih točaka vodiča kroz koje prolazi istosmjerna struja su različiti (površina i volumen vodiča nisu ekvipotencijalni). Potencijali svih točaka na površini vodiča koji se nalaze u elektrostatskom polju su isti (površina i volumen vodiča su ekvipotencijalni);

4. Elektrostatsko polje nije popraćeno pojavom magnetskog polja, ali je stacionarno električno polje popraćeno njegovom pojavom i s njim je neraskidivo povezano.

Usred Školska godina Mnogi znanstvenici trebaju formulu emf za razne izračune. Eksperimenti koji uključuju , također zahtijevaju informacije o elektromotornoj sili. Ali za početnike nije tako lako razumjeti što je to.

Formula za pronalaženje emf

Prije svega, pogledajmo definiciju. Što znači ova kratica?

EMF ili elektromotorna sila je parametar koji karakterizira rad bilo koje sile neelektrične prirode koja djeluje u strujnim krugovima gdje je jakost struje, izravna i izmjenična, jednaka duž cijele duljine. U međusobno povezanom vodljivom krugu, EMF je jednak radu tih sila za pomicanje jednog plus (pozitivnog) naboja duž cijelog kruga.

Donja slika prikazuje formulu emf.

Ast označava rad vanjskih sila u džulima.

q je preneseni naboj u kulonima.

Vanjske sile- to su sile koje razdvajaju naboje u izvoru i na kraju tvore potencijalnu razliku na njegovim polovima.

Za ovu silu mjerna jedinica je volt. U formulama se označava slovom « E".

Tek kad u bateriji nema struje, elektromotorna sila će biti jednaka naponu na polovima.

EMF indukcije:

EMF indukcije u krugu koji imaNokreće se:

Prilikom vožnje:

Elektromotorna sila indukcija u krugu koji se vrti u magnetskom polju brzinomw:

Tablica vrijednosti

Jednostavno objašnjenje elektromotorne sile

Pretpostavimo da naše selo ima vodotoranj. Potpuno je ispunjen vodom. Pretpostavimo da je ovo obična baterija. Toranj je baterija!

Sva voda će izvršiti snažan pritisak na dno naše kupole. Ali bit će jak samo kada je ova struktura potpuno ispunjena H 2 O.

Kao rezultat toga, što je manje vode, to će biti slabiji pritisak i manji pritisak struje. Nakon što smo otvorili slavinu, primijetit ćemo da će se svake minute domet mlaza smanjivati.

Kao rezultat:

1. Napetost je sila kojom voda pritišće dno. To je pritisak.
2. Nulti napon je dno tornja.

S baterijom je sve isto.

Prije svega, spojimo izvor energije na krug. I zatvaramo ga u skladu s tim. Na primjer, umetnemo bateriju u svjetiljku i uključimo je. U početku ćemo primijetiti da uređaj jako svijetli. Nakon nekog vremena njegova će se svjetlina osjetno smanjiti. Odnosno, elektromotorna sila se smanjila (iscurila je u usporedbi s vodom u tornju).

Ako uzmemo vodotoranj kao primjer, onda je EMF pumpa koja neprestano pumpa vodu u toranj. I tu nikad kraja.

EMF galvanskog članka - formula

Elektromotorna sila baterije može se izračunati na dva načina:

• Izvršite izračune koristeći Nernstovu jednadžbu. Bit će potrebno izračunati elektrodne potencijale svake elektrode uključene u GE. Zatim izračunajte emf pomoću formule.
• Izračunajte EMF koristeći Nernstovu formulu za ukupnu reakciju stvaranja struje koja se događa tijekom rada GE.

Dakle, naoružani ovim formulama, bit će lakše izračunati elektromotornu silu baterije.

Gdje se koriste različite vrste EMF-a?

1. Piezoelektrični se koristi pri istezanju ili sabijanju materijala. Koristi se za izradu kvarcnih generatora energije i raznih senzora.
2. Kemikalija se koristi u baterijama.
3. Indukcija se javlja kada vodič prijeđe magnetsko polje. Njegova se svojstva koriste u transformatorima, elektromotorima i generatorima.
4. Termoelektrik nastaje kada se kontakti različitih vrsta metala zagrijavaju. Našao je svoju primjenu u rashladnim uređajima i termoparovima.
5. Fotoelektrični se koristi za proizvodnju fotoćelija.