Elektromotorna sila

Iz Wikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na navigaciju Idi na pretragu
Klasična elektrodinamika
VFPt Solenoid correct2.svg
Električni magnetizam
Vidi također: Portal: Fizika

Elektromotorna sila (EMF) je skalarna fizička veličina koja karakterizira rad vanjskih sila (to jest, bilo koje sile osim elektrostatičkih i disipativnih) koje djeluju u kvazistacionarnim DC ili AC krugovima . U zatvorenom provodnom kolu, EMF je jednak radu ovih sila da pomaknu jedan pozitivan naboj duž cijelog kola [1] [2] .

Po analogiji sa intenzitetom električnog polja, uvodi se pojam intenziteta vanjskih sila , što se podrazumijeva kao vektorska fizička veličina jednaka odnosu vanjske sile koja djeluje na ispitni električni naboj i vrijednosti ovog naboja. Zatim u zatvorenoj petlji EMF će biti jednak:

,

gdje - konturni element.

Unatoč prisutnosti riječi "sila" u nazivu pojma, elektromotorna sila nije jedna od sila u fizici i nema dimenziju sile.

EMF, kao i napon , u Međunarodnom sistemu jedinica (SI) mjeri se u voltima . Možete govoriti o elektromotornoj sili na bilo kojem dijelu kola. To je specifičan rad vanjskih sila ne u cijelom krugu, već samo u ovoj oblasti. EMF galvanske ćelije je rad vanjskih sila kada se jedan pozitivan naboj kreće unutar ćelije 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. Tako je, na primjer, rad vanjskih sila kada se naboj kreće između terminala izvora struje izvan samog izvora jednak nuli.

EMF i Ohmov zakon

Elektromotorna sila izvora povezana je sa električnom strujom koja teče u kolu odnosom Ohmovog zakona . Ohmov zakon za nehomogenu sekciju kola ima oblik [1] :

gdje - razlika između vrijednosti potencijala na početku i na kraju dijela lanca, - jačina struje koja teče kroz lokaciju, i - otpor lokacije.

Ako se tačke 1 i 2 poklapaju (lanac je zatvoren), onda a prethodna formula se pretvara u formulu za Ohmov zakon za zatvoreni krug [1] :

gde sada To je ukupna impedansa cijelog kola.

U opštem slučaju, ukupni otpor kola je zbir otpora dela kola izvan izvora struje ( ) i unutrašnji otpor samog izvora struje ( ). Imajući to na umu, slijedi:

EMF trenutnog izvora

Ako vanjske sile ne djeluju na dio kola ( homogeni dio kola ) i, prema tome, na njemu nema izvora struje, tada je, kako slijedi iz Ohmovog zakona za nehomogeni dio kola, ispunjeno sljedeće:

To znači da ako odaberemo izvornu anodu kao tačku 1, a njenu katodu kao tačku 2, onda za razliku između anodnih potencijala i katoda možete napisati:

gde kao i ranije - otpor vanjskog dijela strujnog kola.

Iz ovog omjera i Ohmov zakon za zatvoreno kolo, napisan u obliku nije teško dobiti

i onda

Iz dobijenog omjera slijede dva zaključka:

  1. U svim slučajevima kada struja teče kroz kolo, razlika potencijala između terminala izvora struje manji od EMF izvora.
  2. U graničnom slučaju kada beskonačno (lanac prekinut), izvršeno

Dakle, EMF izvora struje jednak je razlici potencijala između njegovih terminala u stanju kada je izvor isključen iz kola [1] .

EMF indukcija

Razlog za pojavu elektromotorne sile u zatvorenoj petlji može biti promjena u fluksu magnetskog polja koji prodire u površinu ograničenu ovom petljom. Ova pojava se naziva elektromagnetna indukcija . Veličina indukcije EMF u strujnom kolu određena je izrazom

gdje - tok magnetnog polja kroz navedenu površinu. Znak "-" ispred izraza pokazuje da indukcijska struja stvorena indukcijskim EMF-om sprječava promjenu magnetskog fluksa u kolu (vidi Lenzovo pravilo ). Zauzvrat, razlog za promjenu magnetskog toka može biti i promjena magnetskog polja i kretanje kruga u cjelini ili njegovih pojedinačnih dijelova.

Neelektrostatski EMF

Unutar EMF izvora struja teče u smjeru suprotnom od normalnog. To je nemoguće bez dodatne sile neelektrostatičke prirode koja savladava silu električnog odbijanja.

Kao što je prikazano na slici, električna struja, čiji je normalni smjer od "plus" do "minus", unutar EMF izvora (na primjer, unutar galvanske ćelije) teče u suprotnom smjeru. Smjer od "plus" do "minus" poklapa se sa smjerom elektrostatičke sile koja djeluje na pozitivne naboje. Dakle, da bi se struja natjerala da teče u suprotnom smjeru, potrebna je dodatna sila neelektrostatičke prirode ( centrifugalna sila , Lorentzova sila , sile kemijske prirode, sila sa strane vrtložnog električnog polja) koja bi savladao silu sa strane elektrostatičkog polja. Disipativne sile, iako se suprotstavljaju elektrostatičkom polju, ne mogu učiniti da struja teče u suprotnom smjeru, stoga nisu dio vanjskih sila čiji se rad koristi pri određivanju EMF-a.

Spoljne sile

Vanjske sile nazivaju se sile koje uzrokuju kretanje električnih naboja unutar izvora jednosmjerne struje suprotno smjeru djelovanja sila elektrostatičkog polja. Na primjer, u galvanskoj ćeliji ili bateriji, vanjske sile nastaju kao rezultat elektrokemijskih procesa koji se odvijaju na granici između elektrode i elektrolita; u električnom generatoru jednosmjerne struje, vanjska sila je Lorentzova sila [3] .

vidi takođe

Bilješke (uredi)

  1. 1 2 3 4 Sivukhin D.V. Opći kurs fizike. - M .: Fizmatlit , MIPT , 2004. - T. III. Struja. - S. 193-194. - 656 str. - ISBN 5-9221-0227-3 .
  2. Kalašnjikov S.G. Opšti kurs fizike. - M .: Gostehteorizdat, 1956. - T. II. Struja. - S. 146, 153 .-- 664 str.
  3. Kabardin O. F. Fizika. - M., Prosvjeta , 1985. - Tiraž 754.000 primjeraka. - Sa. 131