Elektromos erő

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2020. december 2-án felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 5 szerkesztést igényelnek .

Az elektromotoros erő (EMF) egy skaláris fizikai mennyiség , amely a kvázi-stacionárius egyenáramú vagy váltakozó áramú áramkörökben fellépő külső erők (azaz az elektrosztatikus és disszipatív erők kivételével) működését jellemzi . Zárt vezető áramkörben az EMF egyenlő ezen erők munkájával , amikor egyetlen pozitív töltést mozgatnak a teljes áramkörben [1] [2] .

Az elektromos tér erősségével analóg módon bevezetjük a külső erők intenzitásának fogalmát , amely egy vektorfizikai mennyiségként értendő, amely egyenlő a vizsgált elektromos töltésre ható külső erő és a töltés nagyságának arányával. Ezután zárt körben az EMF egyenlő lesz: ${\vec E}_{{ex}}$ $L$

{\mathcal {E}}=\oint \limits _{L}{\vec {E}}_{ex}\cdot d{\vec {l}}

hol van a kontúrelem. $d{\vec {l))$

Annak ellenére, hogy a fogalom nevében szerepel az "erő" szó, az elektromotoros erő nem tartozik a fizika erői közé, és nem rendelkezik az erő dimenziójával.

Az EMF- et a feszültséghez hasonlóan a Nemzetközi Mértékegységrendszerben (SI) is voltban mérik . Az áramkör bármely részén beszélhetünk elektromotoros erőről. Ez a külső erők sajátos munkája nem az egész áramkörben, hanem csak ebben a szakaszban. A galvánelem EMF-je külső erők munkája, amikor egyetlen pozitív töltést mozgatnak a cellán belül az egyik pólusról a másikra. A külső erők munkája nem fejezhető ki potenciálkülönbséggel, mivel a külső erők nem potenciálisak, és munkájuk a pálya alakjától függ. Tehát például a külső erők munkája, amikor egy töltést a forráson kívüli áramforrás kivezetései között mozgatnak, nullával egyenlő.

EMF és Ohm törvénye

A forrás elektromotoros ereje az áramkörben folyó elektromos áramhoz kapcsolódik Ohm-törvény összefüggései alapján . Az Ohm-törvény a lánc inhomogén szakaszára a következő formában van : [1]

\varphi _{1}-\varphi _{2}+{\mathcal {E}}=IR,

ahol az áramköri szakasz elején és végén lévő potenciálértékek különbsége, a szakaszon átfolyó áram és a szakasz ellenállása . $\varphi _{1}-\varphi _{2}$ $én$ $R$

Ha az 1. és 2. pont egybeesik (az áramkör zárt), akkor az előző képlet bekerül az Ohm-törvény zárt körre vonatkozó képletébe [1] : $\varphi _{1}-\varphi _{2}=0$

{\mathcal {E}}=IR,

ahol a teljes áramkör teljes ellenállása. $R$

Általános esetben az áramköri impedancia az áramforráson kívüli áramkörszakasz ellenállásának ( ) és magának az áramforrásnak a belső ellenállásának ( ) összege . Ezt szem előtt tartva a következőket kell tennie: $Újra}$ $r$

{\mathcal {E}}=IR_{e}+Ir.

Az aktuális forrás EMF-je

Ha a külső erők nem hatnak az áramköri szakaszra (az áramkör homogén szakaszára ), és ezért nincs rajta áramforrás, akkor az Ohm-törvény szerint az áramkör inhomogén szakaszára a következő igaz:

\varphi _{1}-\varphi _{2}=IR.

Tehát, ha a forrás anódját 1-es pontnak, a katódját pedig 2-nek választjuk, akkor az anód és a katód potenciálja közötti különbségre felírhatjuk : $\varphi _{a}$ $\varphi_k$

\varphi _{a}-\varphi _{k}=IR_{e},

ahol az előzőhöz hasonlóan az áramkör külső szakaszának ellenállása. $Újra}$

Ebből a relációból és a zárt áramkör Ohm-törvényéből, a formába írva, könnyen beszerezhető ${\mathcal {E}}=IR_{e}+Ir$

{\frac {\varphi _{a}-\varphi _{k)){\mathcal {E))}={\frac {R_{e)){R_{e}+r))

és akkor

\varphi _{a}-\varphi _{k}={\frac {R_{e}}{R_{e}+r}}{\mathcal {E}}.

A kapott összefüggésből két következtetés következik:

Minden esetben, amikor áram folyik át az áramkörön, az áramforrás kivezetései közötti potenciálkülönbség kisebb, mint a forrás EMF-je. $\varphi _{a}-\varphi _{k}$
Határesetben, amikor végtelen (a lánc megszakadt), megvan $Újra}$ ${\mathcal {E}}=\varphi _{a}-\varphi _{k}.$

Így az áramforrás EMF-je megegyezik a kapcsai közötti potenciálkülönbséggel abban az állapotban, amikor a forrás le van választva az áramkörről [1] .

Az indukció EMF

Az elektromotoros erő fellépésének oka zárt körben az ezen áramkör által határolt felületen áthatoló mágneses tér fluxusának változása lehet. Ezt a jelenséget elektromágneses indukciónak nevezik . Az áramkörben az EMF indukció értékét a kifejezés határozza meg

{\mathcal {E}}=-{\frac {d\Phi }{dt)),

ahol a mágneses tér fluxusa a jelzett felületen keresztül. A "−" jel a kifejezés előtt azt mutatja, hogy az indukciós EMF által létrehozott indukciós áram megakadályozza az áramkör mágneses fluxusának változását (lásd Lenz szabályát ). A mágneses fluxus változásának oka viszont lehet mind a mágneses tér változása, mind az áramkör egészének vagy egyes részeinek mozgása. $\Phi$

Az EMF nem elektrosztatikus jellege

Amint az ábrán látható, egy elektromos áram, amelynek normál iránya "plusz"-tól "mínusz"-ig van, egy EMF-forráson belül (például egy galvánelem belsejében) az ellenkező irányba folyik. A "plusz" és a "mínusz" iránya egybeesik a pozitív töltésekre ható elektrosztatikus erő irányával. Ezért ahhoz, hogy az áramot ellentétes irányú áramlásra kényszerítsük, szükség van egy nem elektrosztatikus természetű járulékos erőre ( centrifugális erő , Lorentz-erő , kémiai természetű erők, az örvény elektromos mezőjéből származó erő). az elektrosztatikus mező. A disszipatív erők, bár ellentétesek az elektrosztatikus mezővel, nem kényszeríthetik az áramot ellentétes irányú áramlásra, így nem részei azoknak a külső erőknek, amelyek munkáját az EMF meghatározása során felhasználják.

Outside Forces

A külső erőket olyan erőknek nevezzük, amelyek az egyenáramú forráson belül az elektromos töltések mozgását okozzák az elektrosztatikus tér erőinek irányával ellentétes irányban. Például egy galvánelemben vagy akkumulátorban az elektróda és az elektrolit határfelületén fellépő elektrokémiai folyamatok eredményeként külső erők lépnek fel; elektromos egyenáramú generátorban a külső erő a Lorentz-erő [3] .

Lásd még

Kirchhoff szabályai

Jegyzetek

↑ 1 2 3 4 Sivukhin D.V. A fizika általános kurzusa. - M . : Fizmatlit , MIPT , 2004. - T. III. Elektromosság. - S. 193-194. — 656 p. — ISBN 5-9221-0227-3 .
↑ Kalasnyikov S. G. A fizika általános kurzusa. - M . : Gostekhteorizdat, 1956. - T. II. Elektromosság. - S. 146, 153. - 664 p.
↑ Kabardin O.F. fizika. - M., Enlightenment , 1985. - Példányszám 754 000 példány. - Val vel. 131