Forta electromotoare

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 2 decembrie 2020; verificările necesită 5 modificări .

Forța electromotoare (EMF) este o mărime fizică scalară care caracterizează munca forțelor externe (adică orice forțe altele decât cele electrostatice și disipative) care acționează în circuite cvasi-staționare DC sau AC . Într-un circuit conductor închis, EMF este egal cu munca acestor forțe în deplasarea unei singure sarcini pozitive de-a lungul întregului circuit [1] [2] .

Prin analogie cu puterea câmpului electric, se introduce conceptul de intensitate a forțelor externe , care este înțeles ca o mărime fizică vectorială egală cu raportul dintre forța externă care acționează asupra sarcinii electrice de testare și mărimea acestei sarcini. Apoi, într-o buclă închisă, EMF va fi egal cu: ${\vec E}_{{ex}}$ $L$

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

unde este elementul de contur. $d{\vec {l)}$

În ciuda prezenței cuvântului „forță” în numele conceptului, forța electromotoare nu este una dintre forțele din fizică și nu are dimensiunea forței.

EMF, ca și tensiunea , în Sistemul internațional de unități (SI) se măsoară în volți . Putem vorbi despre forța electromotoare în orice parte a circuitului. Aceasta este munca specifică a forțelor externe nu în întregul circuit, ci numai în această secțiune. EMF-ul unei celule galvanice este munca forțelor externe atunci când se deplasează o singură sarcină pozitivă în interiorul celulei de la un pol la altul. Lucrarea forțelor externe nu poate fi exprimată în termeni de diferență de potențial, deoarece forțele externe sunt nepotențiale și munca lor depinde de forma traiectoriei. Deci, de exemplu, munca forțelor externe atunci când se deplasează o sarcină între bornele unei surse de curent în afara sursei în sine este egală cu zero.

EMF și legea lui Ohm

Forța electromotoare a unei surse este legată de curentul electric care curge în circuit prin relațiile legii lui Ohm . Legea lui Ohm pentru o secțiune neomogenă a lanțului are forma [1]

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

unde este diferența dintre valorile potențialului la începutul și la sfârșitul secțiunii circuitului, este curentul care curge prin secțiune și este rezistența secțiunii. $\varphi _{1}-\varphi _{2}$ $eu$ $R$

Dacă punctele 1 și 2 coincid (circuitul este închis), atunci formula anterioară intră în formula legii lui Ohm pentru un circuit închis [1] : $\varphi _{1}-\varphi _{2}=0$

{\mathcal {E}}=IR,

unde este rezistența totală a întregului circuit. $R$

În cazul general, impedanța circuitului este suma rezistenței secțiunii circuitului exterioară sursei de curent ( ) și a rezistenței interne a sursei de curent în sine ( ). Având în vedere acest lucru, ar trebui să: $Re}$ $r$

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

EMF a sursei curente

Dacă forțele exterioare nu acționează asupra secțiunii circuitului (secțiunea omogenă a circuitului ) și, prin urmare, nu există nicio sursă de curent pe aceasta, atunci, după cum rezultă din legea lui Ohm pentru o secțiune neomogenă a circuitului, este adevărat:

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

Deci, dacă alegem anodul sursei ca punct 1 și catodul acestuia ca punct 2, atunci pentru diferența dintre potențialele anodului și catodului putem scrie: $\varphi _{a}$ $\varphi_k$

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

unde, ca mai înainte , este rezistența secțiunii externe a circuitului. $Re}$

Din această relație și legea lui Ohm pentru un circuit închis, scrisă sub formă, este ușor de obținut ${\mathcal {E}}=IR_{e}+Ir$

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

și apoi

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

Din relația obținută rezultă două concluzii:

În toate cazurile, atunci când curentul trece prin circuit, diferența de potențial dintre bornele sursei de curent este mai mică decât EMF-ul sursei. $\varphi _{a}-\varphi _{k}$
În cazul limitativ, când este infinit (lanțul este rupt), avem $Re}$ ${\mathcal {E}}=\varphi _{a}-\varphi _{k}.$

Astfel, EMF a sursei de curent este egală cu diferența de potențial dintre bornele sale în starea când sursa este deconectată de la circuit [1] .

EMF de inducție

Motivul apariției unei forțe electromotoare într-un circuit închis poate fi o modificare a fluxului câmpului magnetic care pătrunde pe suprafața delimitată de acest circuit. Acest fenomen se numește inducție electromagnetică . Valoarea inducției EMF în circuit este determinată de expresie

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

unde este fluxul câmpului magnetic prin suprafața specificată. Semnul „−” din fața expresiei arată că curentul de inducție creat de EMF de inducție previne o modificare a fluxului magnetic în circuit (vezi regula lui Lenz ). La rândul său, motivul schimbării fluxului magnetic poate fi atât o modificare a câmpului magnetic, cât și mișcarea circuitului în ansamblu sau a părților sale individuale. $\Phi$

Caracterul non-electrostatic al EMF

După cum se arată în figură, un curent electric, a cărui direcție normală este de la „plus” la „minus”, în interiorul unei surse EMF (de exemplu, în interiorul unei celule galvanice) curge în direcția opusă. Direcția de la „plus” la „minus” coincide cu direcția forței electrostatice care acționează asupra sarcinilor pozitive. Prin urmare, pentru a forța curentul să curgă în sens opus, este necesară o forță suplimentară de natură neelectrostatică ( forța centrifugă , forța Lorentz , forțe de natură chimică, forța din câmpul electric vortex) pentru a depăși forța de la câmpul electrostatic. Forțele disipative, deși se opun câmpului electrostatic, nu pot forța curentul să curgă în direcția opusă, deci nu fac parte din forțele externe a căror activitate este utilizată în determinarea EMF.

Forțele din afara

Forțele externe sunt numite forțe care provoacă mișcarea sarcinilor electrice în interiorul unei surse de curent continuu împotriva direcției forțelor câmpului electrostatic. De exemplu, într-o celulă galvanică sau o baterie, forțele externe apar ca urmare a proceselor electrochimice care au loc la interfața dintre electrod și electrolit; într-un generator electric de curent continuu, forța externă este forța Lorentz [3] .

Vezi și

Kirchhoff guvernează

Note

↑ 1 2 3 4 Sivukhin D.V. Curs general de fizică. - M . : Fizmatlit , MIPT , 2004. - T. III. Electricitate. - S. 193-194. — 656 p. — ISBN 5-9221-0227-3 .
↑ Kalashnikov S. G. Curs general de fizică. - M . : Gostekhteorizdat, 1956. - T. II. Electricitate. - S. 146, 153. - 664 p.
↑ Kabardin O.F. Fizica. - M., Iluminismul , 1985. - Tiraj 754.000 exemplare. - Cu. 131