Elektromotorisk kraft

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 2. december 2020; checks kræver 5 redigeringer .

Elektromotorisk kraft (EMF) er en skalar fysisk størrelse , der karakteriserer arbejdet af eksterne kræfter (det vil sige alle andre kræfter end elektrostatiske og dissipative), der virker i kvasistationære DC- eller AC-kredsløb . I et lukket ledende kredsløb er EMF lig med disse kræfters arbejde med at flytte en enkelt positiv ladning langs hele kredsløbet [1] [2] .

I analogi med styrken af det elektriske felt introduceres begrebet intensiteten af ydre kræfter , hvilket forstås som en vektorfysisk størrelse svarende til forholdet mellem den ydre kraft, der virker på den elektriske testladning, og størrelsen af denne ladning. Så i en lukket sløjfe vil EMF være lig med: ${\vec E}_{{ex}}$ $L$

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

hvor er konturelementet. $d{\vec {l))$

På trods af tilstedeværelsen af ordet "kraft" i begrebets navn, er den elektromotoriske kraft ikke en af kræfterne i fysikken og har ikke dimensionen kraft.

EMF, ligesom spænding , i International System of Units (SI) måles i volt . Vi kan tale om den elektromotoriske kraft i enhver del af kredsløbet. Dette er det specifikke arbejde af eksterne kræfter ikke i hele kredsløbet, men kun i dette afsnit. EMF af en galvanisk celle er værket af eksterne kræfter, når en enkelt positiv ladning flyttes inde i cellen fra en pol til en anden. Ydre kræfters arbejde kan ikke udtrykkes i form af den potentielle forskel, da ydre kræfter er ikke-potentielle, og deres arbejde afhænger af banens form. Så for eksempel er ydre kræfters arbejde, når en ladning flyttes mellem terminalerne på en strømkilde uden for selve kilden, lig med nul.

EMF og Ohms lov

Den elektromotoriske kraft af en kilde er relateret til den elektriske strøm , der flyder i kredsløbet ved Ohms lovforhold . Ohms lov for en inhomogen sektion af kæden har formen [1]

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

hvor er forskellen mellem de potentielle værdier ved begyndelsen og slutningen af kredsløbssektionen, er strømmen , der løber gennem sektionen, og er modstanden af sektionen. $\varphi _{1}-\varphi _{2}$ $jeg$ $R$

Hvis punkt 1 og 2 falder sammen (kredsløbet er lukket), så går den foregående formel ind i formlen for Ohms lov for et lukket kredsløb [1] : $\varphi _{1}-\varphi _{2}=0$

{\mathcal {E}}=IR,

hvor er den samlede modstand af hele kredsløbet. $R$

I det generelle tilfælde er kredsløbsimpedansen summen af modstanden af kredsløbssektionen uden for strømkilden ( ) og den indre modstand af strømkilden selv ( ). Med dette i tankerne bør du: $R_{e}$ $r$

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

EMF for den aktuelle kilde

Hvis ydre kræfter ikke virker på kredsløbssektionen ( homogen sektion af kredsløbet ), og der derfor ikke er nogen strømkilde på den, så, som følger af Ohms lov for en inhomogen sektion af kredsløbet, er følgende sandt:

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

Så hvis vi vælger kildens anode som punkt 1 og dens katode som punkt 2, så kan vi skrive for forskellen mellem potentialerne for anoden og katoden : $\varphi _{a}$ $\varphi_k$

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

hvor, som før , er modstanden af den eksterne sektion af kredsløbet. $R_{e}$

Ud fra denne relation og Ohms lov for et lukket kredsløb, skrevet i formen, er det let at opnå ${\mathcal {E}}=IR_{e}+Ir$

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

og så

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

To konklusioner følger af den opnåede relation:

I alle tilfælde, når strømmen løber gennem kredsløbet, er potentialforskellen mellem strømkildens terminaler mindre end kildens EMF. $\varphi _{a}-\varphi _{k}$
I det begrænsende tilfælde, når det er uendeligt (kæden er brudt), har vi $R_{e}$ ${\mathcal {E}}=\varphi _{a}-\varphi _{k}.$

Således er strømkildens EMF lig med potentialforskellen mellem dens terminaler i tilstanden, når kilden er afbrudt fra kredsløbet [1] .

EMF af induktion

Årsagen til forekomsten af en elektromotorisk kraft i et lukket kredsløb kan være en ændring i fluxen af det magnetiske felt, der penetrerer overfladen afgrænset af dette kredsløb. Dette fænomen kaldes elektromagnetisk induktion . Værdien af EMF-induktionen i kredsløbet bestemmes af udtrykket

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

hvor er magnetfeltfluxen gennem den specificerede overflade. Tegnet "−" foran udtrykket viser, at induktionsstrømmen skabt af induktions-EMF forhindrer en ændring i den magnetiske flux i kredsløbet (se Lenz's regel ). Til gengæld kan årsagen til ændringen i den magnetiske flux være både en ændring i magnetfeltet og bevægelsen af kredsløbet som helhed eller dets individuelle dele. $\Phi$

Ikke-elektrostatisk karakter af EMF

Som vist på figuren strømmer en elektrisk strøm, hvis normale retning er fra "plus" til "minus", inde i en EMF-kilde (for eksempel inde i en galvanisk celle) i den modsatte retning. Retningen fra "plus" til "minus" falder sammen med retningen af den elektrostatiske kraft, der virker på positive ladninger. Derfor, for at tvinge strømmen til at flyde i den modsatte retning, er der behov for en yderligere kraft af ikke-elektrostatisk karakter ( centrifugalkraft , Lorentz-kraft , kræfter af kemisk natur, kraft fra det elektriske hvirvelfelt) for at overvinde kraften fra det elektrostatiske felt. Dissipative kræfter, selvom de modarbejder det elektrostatiske felt, kan ikke tvinge strømmen til at flyde i den modsatte retning, så de er ikke en del af de eksterne kræfter, hvis arbejde bruges til at bestemme EMF.

Outside Forces

Ydre kræfter kaldes kræfter, der forårsager bevægelse af elektriske ladninger inde i en DC-kilde mod retningen af kræfterne i det elektrostatiske felt. For eksempel i en galvanisk celle eller batteri opstår eksterne kræfter som følge af elektrokemiske processer, der forekommer ved grænsefladen mellem elektroden og elektrolytten; i en elektrisk jævnstrømsgenerator er den ydre kraft Lorentz-kraften [3] .

Se også

Kirchhoff regerer

Noter

↑ 1 2 3 4 Sivukhin D.V. Almen kursus i fysik. - M . : Fizmatlit , MIPT , 2004. - T. III. Elektricitet. - S. 193-194. — 656 s. — ISBN 5-9221-0227-3 .
↑ Kalashnikov S. G. Almen kursus i fysik. - M . : Gostekhteorizdat, 1956. - T. II. Elektricitet. - S. 146, 153. - 664 s.
↑ Kabardin O.F. Fysik. - M., Oplysning , 1985. - Oplag 754.000 eksemplarer. - Med. 131