Johtimen ja siten virran päissä tarvitaan ei-sähköisiä ulkoisia voimia, joiden avulla sähkövaraukset erottuvat.

Ulkopuolisten voimien toimesta ovat mitä tahansa voimia, jotka vaikuttavat sähköisesti varautuneisiin hiukkasiin piirissä, lukuun ottamatta sähköstaattisia voimia (eli Coulomb).

Kolmannen osapuolen voimat saavat liikkeelle varautuneita hiukkasia kaikissa virtalähteissä: generaattoreissa, voimalaitoksissa, galvaanikennoissa, akuissa jne.

Kun piiri on suljettu, kaikkiin piirin johtimiin syntyy sähkökenttä. Virtalähteen sisällä varaukset liikkuvat ulkoisten voimien vaikutuksesta Coulombin voimia vastaan ​​(elektronit siirtyvät positiivisesti varautuneesta elektrodista negatiiviseen), ja koko muualla piirissä niitä ohjaa sähkökenttä (katso kuva yllä).

Virtalähteissä varautuneiden hiukkasten erotteluprosessissa erityyppiset energiat muunnetaan sähköenergiaksi. Muunnetun energian tyypin perusteella erotetaan seuraavat sähkömotoriset voimatyypit:

- sähköstaattinen- elektroforikoneessa, jossa mekaaninen energia muunnetaan sähköenergiaksi kitkan avulla;

-termosähköinen- lämpöelementissä - kahden eri metalleista valmistetun johtimen lämmitetyn liitoksen sisäinen energia muunnetaan sähköenergiaksi;

- aurinkosähkö- valokennossa. Tässä tapahtuu valoenergian muuntaminen sähköenergiaksi: kun tiettyjä aineita valaistaan, esimerkiksi seleeniä, kupari(I)oksidia, piitä, havaitaan negatiivisen sähkövarauksen häviäminen;

-kemiallinen- galvaanisissa kennoissa, akuissa ja muissa lähteissä, joissa kemiallinen energia muunnetaan sähköenergiaksi.

Sähkömotorinen voima (EMF)— virtalähteiden ominaisuudet. EMF-käsitteen esitteli G. Ohm vuonna 1827 tasavirtapiireille. Vuonna 1857 Kirchhoff määritteli EMF:n ulkoisten voimien työksi yksikkösähkövarauksen siirron aikana suljettua piiriä pitkin:

ɛ = A st /q,

Missä ɛ — nykyisen lähteen EMF, A st- ulkopuolisten voimien työ, q- siirretyn maksun määrä.

Sähkömoottorivoima ilmaistaan ​​voltteina.

Voimme puhua sähkömoottorivoimasta missä tahansa piirin osassa. Tämä on ulkoisten voimien erityistyö (työ yhden latauksen siirtämiseksi) ei koko piirissä, vaan vain tietyllä alueella.

Virtalähteen sisäinen vastus.

Olkoon yksinkertainen suljettu piiri, joka koostuu virtalähteestä (esim. galvaaninen kenno, akku tai generaattori) ja vastuksesta, jossa on vastus R. Suljetun piirin virta ei katkea missään, joten se on olemassa myös virtalähteen sisällä. Mikä tahansa lähde edustaa jonkin verran vastusta virralle. Sitä kutsutaan virtalähteen sisäinen vastus ja se on merkitty kirjaimella r.

Generaattorissa r- tämä on käämitysvastus galvaanisessa kennossa - elektrolyyttiliuoksen ja elektrodien vastus.

Siksi virtalähteelle on ominaista EMF-arvot ja sisäinen vastus, jotka määrittävät sen laadun. Esimerkiksi sähköstaattisilla koneilla on erittäin korkea EMF (jopa kymmeniä tuhansia voltteja), mutta samalla niiden sisäinen vastus on valtava (jopa satoja megaohmeja). Siksi ne eivät sovellu suurten virtojen tuottamiseen. Galvaanisten kennojen EMF on vain noin 1 V, mutta myös sisäinen vastus on pieni (noin 1 ohm tai vähemmän). Tämä antaa heille mahdollisuuden saada virrat mitattuna ampeereina.

Sähkömotorinen voima (EMF)- positiivisten ja negatiivisten varausten erottamiseen pakottavassa laitteessa (generaattori) mitataan voltteina arvo, joka on numeerisesti yhtä suuri kuin generaattorin napojen välinen potentiaaliero, kun sen piirissä ei ole virtaa.

Sähkömagneettisen energian lähteet (generaattorit)- laitteet, jotka muuttavat minkä tahansa ei-sähköisen tyyppisen energian sähköenergiaksi. Tällaisia ​​lähteitä ovat esimerkiksi:

voimalaitosten generaattorit (lämpö-, tuuli-, ydin-, vesivoimalat), jotka muuttavat mekaanista energiaa sähköenergiaksi;

kaikentyyppiset galvaaniset kennot (paristot) ja akut, jotka muuttavat kemiallista energiaa sähköenergiaksi jne.

EMF on numeerisesti yhtä suuri kuin ulkoisten voimien tekemä työ siirrettäessä yksikköpositiivista varausta lähteen sisällä tai itse lähteessä, joka johtaa yksikköpositiivisen varauksen suljetun piirin läpi.

Sähkömoottorivoima EMF E on skalaarisuure, joka kuvaa ulkoisen kentän ja indusoidun sähkökentän kykyä aiheuttaa sähkövirtaa. EMF E on numeerisesti yhtä suuri kuin tämän kentän käyttämä työ (energia) W jouleina (J) siirtää varausyksikköä (1 C) kentän pisteestä toiseen.

EMF:n yksikkö on voltti (V). Siten emf on yhtä suuri kuin 1 V, jos siirrettäessä 1 C:n varausta suljettua piiriä pitkin, suoritetaan 1 J:n työ: [E] = I J/1 C = 1 V.

Panosten liikkumiseen alueen poikki liittyy energiankulutusta.

Arvoa, joka on numeerisesti yhtä suuri kuin työ, jonka lähde suorittaa johtamalla yksittäinen positiivinen varaus piirin tietyn osan läpi, kutsutaan jännitteeksi U. Koska piiri koostuu ulkoisista ja sisäisistä osista, jännitteiden käsitteet ulkoisessa Uvsh:ssä ja sisäisessä Uvt:ssä osat erotetaan toisistaan.

Sen perusteella, mitä on sanottu, on selvää Lähteen emf on yhtä suuri kuin piirin ulkoisten U- ja sisäisten U-osien jännitteiden summa:

E = Uin + Uin.

Tämä kaava ilmaisee sähköpiirin energian säilymisen lain.

On mahdollista mitata jännitteitä piirin eri osissa vain, kun piiri on suljettu. EMF mitataan lähdeliittimien välistä avoimella piirillä.

EMF:n suunta on positiivisten varausten pakotetun liikkeen suunta generaattorin sisällä miinuksesta plussaan muun luonteen kuin sähköisen vaikutuksen alaisena.

Generaattorin sisäinen vastus on sen sisällä olevien rakenneosien vastus.

Ihanteellinen EMF-lähde- generaattori, jonka arvo on nolla ja jännite sen liittimissä ei riipu kuormasta. Ihanteellisen EMF-lähteen teho on ääretön.

Tavanomainen kuva (sähkökaavio) ihanteellisesta EMF-generaattorista, jonka suuruus on E esitetty kuvassa. 1, a.

Todellinen EMF-lähde, toisin kuin ihanteellinen, sisältää sisäisen resistanssin Ri ja sen jännite riippuu kuormasta (kuva 1, b), ja lähteen teho on rajallinen. Todellisen EMF-generaattorin sähköpiiri on sarjakytkentä ihanteelliseen EMF-generaattoriin E ja sen sisäiseen resistanssiin Ri.

Käytännössä todellisen EMF-generaattorin toimintatilan saattamiseksi lähemmäksi ihanteellisen käyttötilaa, todellisen generaattorin Ri sisäinen vastus pyritään tekemään mahdollisimman pieneksi ja kuormitusvastus Rн on kytkettävä jonka arvo on vähintään 10 kertaa suurempi kuin generaattorin sisäinen vastus , eli seuraavan ehdon on täytyttävä: Rн >> Ri

Jotta todellisen EMF-generaattorin lähtöjännite olisi riippumaton kuormasta, se stabiloidaan erityisillä elektronisilla jännitteen stabilointipiireillä.

Koska todellisen EMF-generaattorin sisäistä vastusta ei voida tehdä äärettömän pieneksi, se on minimoitu ja tehty standardiksi mahdollisuudesta yhdistää energiankuluttajat siihen. Radiotekniikassa EMF-generaattoreiden vakiolähtövastus on 50 ohmia (teollisuusstandardi) ja 75 ohmia (kotitalousstandardi).

Esimerkiksi kaikkien televisiovastaanottimien tuloimpedanssi on 75 ohmia ja ne on kytketty antenneihin koaksiaalikaapelilla, jolla on täsmälleen tämä impedanssi.

Jotta päästään lähemmäksi ihanteellisia EMF-generaattoreita, kaikissa teollisuus- ja kkäytettävät syöttöjännitelähteet valmistetaan erityisillä elektronisilla lähtöjännitteen stabilointipiireillä, jotka mahdollistavat virtalähteen lähes vakion lähtöjännitteen ylläpitämisen tietyllä virta-alueella. kulutetaan EMF-lähteestä (joskus sitä kutsutaan jännitelähteeksi).

Sähkökaavioissa EMF-lähteet on kuvattu seuraavasti: E - jatkuvan EMF:n lähde, e(t) - harmonisen (muuttuvan) EMF:n lähde ajan funktiona.

Sarjaan kytketyn identtisten elementtien akun sähkömoottorivoima E on yhtä suuri kuin yhden elementin E sähkömoottorivoima kerrottuna akun elementtien lukumäärällä n: E = nE.

Kolmannen osapuolen (ei-potentiaaliset) voimat postilähteissä. tai vuorotellen nykyinen; suljetussa johtavassa silmukassa on yhtä suuri kuin näiden voimien työ yksikköaseman siirtämiseksi. lataa koko piirin ajan. Jos käytämme Esgr:llä ulkoisten voimien kentänvoimakkuutta, niin emf? suljetussa silmukassa L on yhtä suuri kuin

missä dl on ääriviivan pituuselementti.

Voimakas. sähköstaattiset voimat kentät eivät voi tukea postausta. näistä voimista suljetulla polulla on nolla. Virran kulkemiseen johtimien läpi liittyy energian vapautuminen - johtimien lämmitys. Ulkopuoliset voimat johtavat lataukseen. osat generaattoreiden sisällä, galvaaniset. elementtejä, akkuja ja muita virtalähteitä. Ulkoisten voimien alkuperä voi olla erilainen: generaattoreissa nämä ovat voimia pyörteestä sähköstä. kenttä, joka syntyy, kun magneettikenttä muuttuu. kentät ajan kanssa tai Lorentz, joka toimii magneettiselta puolelta. elektronien kentät liikkuvassa johtimessa; galvaanisessa elementit ja akut ovat kemiallisia. voima jne. Lähteen emf on yhtä suuri kuin sähköjännite sen navoissa, kun piiri on auki. Emf määrittää virran voimakkuuden piirissä tietyllä resistanssilla (katso OMA LAW). Se mitataan kuten sähköenergia. , voltteina.

Fyysinen tietosanakirja. - M.: Neuvostoliiton tietosanakirja. . 1983 .

SÄHKÖMOOTiivinen VOIMA

(emf) - nykyisten lähteiden fenomenologinen ominaisuus. G. Ohm esitteli sen vuonna 1827 tasavirtapiireille. G. Kirchhoff määritteli sen vuonna 1857 "ulkoisten" voimien työksi yhden sähkövirran siirron aikana. ladata suljetussa kierrossa. Sitten käsite emf alettiin tulkita laajemmin - mittana ominaisista (virran siirtämä yksikkövaraus) energiamuunnokset, jotka suoritetaan kvasistaationaarisesti [katso. Kvasistationaarinen (kvasistaattinen) approksimaatio]sähköinen piirit paitsi "kolmannen osapuolen" lähteistä (galvaaniset paristot, akut, generaattorit jne.), vaan myös "kuormituselementeillä" (sähkömoottorit, akut lataustilassa, kuristimet, muuntajat jne.).

Koko nimi suuruus - E. s - liittyy mekaaniseen. sähkön prosessien analogioita. ketjut ja sitä käytetään harvoin; Yleisin lyhenne on emf. SI:ssä emf mitataan voltteina (V); Gaussin järjestelmässä (SGSE) yksikkö emf special. ei ole nimeä (1 SGSE 300 V).

Kvasilineaarisen postin tapauksessa. virta suljetussa (ilman haaroja) sähkömagneetin kokonaisvirtauspiirissä. Lähteiden tuottama energia kuluu kokonaan lämmöntuotantoon (katso. Joule-tappiot):

missä on emf johtavassa piirissä, minä- nykyinen, R- vastus (emf:n merkki, kuten virran merkki, riippuu kulkusuunnan valinnasta piiriä pitkin).

Kun kuvataan kvasistationaarisia prosesseja sähköalalla piirit energiatasolla. tasapaino (*) on tarpeen ottaa huomioon muutokset kertyneessä magneettisessa Wm ja sähkö Me energiat:

Kun vaihdat magneettia kentässä ajassa syntyy sähköpyörre. E s, jonka kiertoa johtavaa piiriä pitkin kutsutaan yleensä nimellä emf elektromagneettinen induktio:

Sähkömuutokset energiat ovat yleensä merkittäviä tapauksissa, joissa piiri sisältää suuren sähkön kapasiteetti esimerkiksi kondensaattorit. Sitten dW e /dt = D U. minä, missä D U- potentiaaliero kondensaattorin levyjen välillä.

Kuitenkin myös muut energiatulkinnat ovat hyväksyttäviä. muunnoksia sähköksi ketjut. Joten esimerkiksi AC-piirissä. harmoninen induktanssiin kytketty virta L, sitten sähkön keskinäiset muunnokset. ja mag. energiat siinä voidaan luonnehtia emf el.-magn. induktio ja jännitehäviö tehollisen reaktanssin yli Z l(cm. Impedanssi): Liikkuessa magneettisesti kenttä kappaleissa (esimerkiksi unipolaarisen induktorin ankkurissa), jopa vastusvoimien työ voi edistää emf:ää.

Kvasilineaaristen virtojen haaroittuneissa piireissä emf:n ja jännitehäviöiden välisen suhteen piirin osissa, jotka muodostavat suljetun piirin, määrittää toinen Kirchhoffin sääntö.

Emf on suljetun silmukan olennainen ominaisuus, ja yleensä on mahdotonta osoittaa tiukasti sen "sovelluskohtaa". Kuitenkin melko usein emf:n voidaan katsoa olevan likimäärin paikallinen tiettyihin laitteisiin tai piirielementteihin. Tällaisissa tapauksissa sitä pidetään yleensä laitteen ominaisuutena (galvaaninen paristo, akku, dynamo jne.) ja se määräytyy sen avointen napojen välisen potentiaalieron perusteella. Näiden laitteiden energianmuuntotyypin perusteella erotetaan seuraavat emf-tyypit: x ja m sekä h e emf galvaaniseksi emf:ksi. paristot, kylpyammeet, akut, korroosioprosessien aikana (galvaaniset vaikutukset), valosähköinen emf (valojännite) ulkoisella. ja sisäinen valosähköinen vaikutus (valokennot, valodiodit); e le c t r o m a g n i t e emf - e.m.f. induktio (dynamot, muuntajat, kuristimet, sähkömoottorit jne.); sähköinen emf, joka syntyy esimerkiksi mekaanisen toiminnan aikana kitka (elektroforiset koneet, ukkospilvien sähköistys jne.); pietsosähköinen emf - puristettaessa tai venyttäessä pietsosähköisiä laitteita (pietsosähköisiä antureita, hydrofoneja, taajuuden stabiloijia jne.); Lämpö-emf, joka liittyy varauksen lämpösäteilyyn. hiukkaset lämmitettyjen elektrodien pinnalta; Lämpösähköinen emf ( lämpövoima) - erilaisten johtimien kosketuksissa ( Seebeck-efekti Ja Peltier-efekti)tai ketjun osissa, joiden lämpötilajakauma on epätasainen ( Thomson-ilmiö). Lämpövoimaa käytetään termopareissa, pyrometreissä ja jäähdytyskoneissa.

M. A. Miller, G. V. Permitin.

Fyysinen tietosanakirja. 5 osassa. - M.: Neuvostoliiton tietosanakirja. Päätoimittaja A. M. Prokhorov. 1988 .

Katso mitä "ELECTRICAL MOTOR FORCE" on muissa sanakirjoissa:

sähkömotorinen voima- Skalaarisuure, joka kuvaa ulkoisen kentän ja indusoidun sähkökentän kykyä aiheuttaa sähkövirtaa. Huomautus - Sähkömotorinen voima on yhtä suuri kuin ulkoisen kentänvoimakkuuden ja indusoidun... ... Teknisen kääntäjän opas Moderni tietosanakirja - skalaarisuure, joka kuvaa ulkoisen kentän ja indusoidun sähkökentän kykyä aiheuttaa sähkövirtaa...

Sisältö:

Kun käsite "elektroni" syntyi, ihmiset yhdistävät sen välittömästi tiettyyn työhön. Elektroni on kreikankielinen sana meripihkasta. Se, että kreikkalaisten piti löytääkseen tämän hyödyttömän, yleensä maagisen kiven, matkustaa melko kauas pohjoiseen - tällaisia ​​ponnisteluja ei yleensä lasketa tässä. Mutta kannatti tehdä työtä - hieroa kiviä käsin kuivalla villakankaalla - ja se sai uusia ominaisuuksia. Kaikki tiesivät tämän. Hiero sitä juuri niin, puhtaasti välinpitämättömän kiinnostuksen vuoksi, jotta voit tarkkailla, kuinka pieniä roskia alkaa nyt vetää "elektroniin": pölypilkkuja, karvoja, lankoja, höyheniä. Myöhemmin, kun ilmestyi kokonainen ilmiöluokka, joka myöhemmin yhdistettiin "sähkön" käsitteen alle, työ, joka oli välttämättä käytettävä, ei antanut ihmisille rauhaa. Koska sinun täytyy käyttää rahaa saadaksesi tempun pölyhiukkasilla, se tarkoittaa, että olisi hyvä jotenkin säästää tämä työ, kerätä se ja saada se sitten takaisin.

Niinpä opimme keräämään tämän maagisen voiman purkkiin yhä monimutkaisempien temppujen avulla erilaisilla materiaaleilla ja filosofisella päättelyllä. Ja tee se sitten niin, että se vapautuu vähitellen purkista aiheuttaen toimia, jotka voidaan jo tuntea ja hyvin pian mitata. Ja he mittasivat sen niin taitavasti, sillä heillä oli vain pari silkkipalloa tai -puikkoa ja jousivääntövaa'at, että jo nytkin käytämme aivan tosissaan samoja kaavoja laskettaessa sähköpiirejä, jotka ovat nyt läpäisseet koko planeetan, äärettömän monimutkaisia ​​noihin ensimmäisiin laitteisiin verrattuna. .

Ja tämän purkissa istuvan mahtavan henkinen nimi sisältää edelleen pitkäaikaisten löytäjien ilon: "Sähkömotorinen voima". Mutta tämä voima ei ole ollenkaan sähköinen. Päinvastoin, se on ulkopuolinen, kauhea voima, joka pakottaa sähkövaraukset liikkumaan "vastasesti tahtoaan" eli voittamaan keskinäisen vastenmielisyyden ja kerääntymään jonnekin toiselle puolelle. Tämä johtaa potentiaalieroon. Sitä voidaan käyttää vapauttamalla latauksia eri tavalla. Missä heitä ei "vartioi" tämä kauhea EMF. Ja siten pakottaa heidät tekemään työtä.

Toimintaperiaate

EMF on luonteeltaan hyvin erilainen voima, vaikka se mitataan voltteina:

• Kemiallinen. Syntyy prosesseissa, joissa joidenkin metallien ionit korvataan kemiallisesti toisten (aktiivisempien) ioneilla. Tämän seurauksena muodostuu ylimääräisiä elektroneja, jotka yrittävät "paeta" lähimmän johtimen reunalla. Tämä prosessi voi olla palautuva tai peruuttamaton. Käännettävä - paristoissa. Ne voidaan ladata palauttamalla varattuja ioneja takaisin liuokseen, jolloin se muuttuu happamemmaksi esimerkiksi (happoakuissa). Elektrolyytin happamuus johtuu akun emf:stä. Se toimii jatkuvasti, kunnes liuos muuttuu kemiallisesti täysin neutraaliksi.

• Magnetodynaaminen. Tapahtuu, kun jollain tavalla avaruudessa orientoitunut johdin altistuu muuttuvalle magneettikentälle. Joko johtimeen nähden liikkuvasta magneetista tai johtimen liikkeestä suhteessa magneettikenttään. Tällöin elektroneilla on myös taipumus liikkua johtimessa, mikä mahdollistaa niiden sieppaamisen ja sijoittamisen laitteen lähtökoskettimiin, jolloin syntyy potentiaaliero.

• Sähkömagneettinen. Vaihteleva magneettikenttä syntyy magneettiseen materiaaliin ensiökäämin vaihtuvan sähköjännitteen vaikutuksesta. Toisiokäämissä tapahtuu elektronien liikettä ja siten ensiökäämin jännitteeseen verrannollista jännitettä. Muuntajat voidaan merkitä EMF-symbolilla vastaavissa vastaavissa piireissä.

• Aurinkosähkö. Joihinkin johtaviin materiaaleihin osuva valo voi tyrmätä elektroneja eli vapauttaa ne. Näitä hiukkasia syntyy ylimäärä, jolloin ylimääräiset hiukkaset työntyvät kohti yhtä elektrodeista (anodia). Syntyy jännite, joka voi tuottaa sähkövirtaa. Tällaisia ​​laitteita kutsutaan valokennoiksi. Aluksi keksittiin tyhjiövalokennot, joissa elektrodit asennettiin pulloon tyhjiöllä. Tässä tapauksessa elektronit työnnettiin metallilevyn (katodi) ulkopuolelle ja ne vangittiin toisella elektrodilla (anodilla). Tällaiset valokennot ovat löytäneet sovelluksen valoantureissa. Käytännöllisempien puolijohdevalokennojen keksimisen myötä niistä tuli mahdolliseksi luoda tehokkaita akkuja merkittävän jännitteen tuottamiseksi summaamalla kunkin niistä sähkömotoriset voimat.

• Lämpösähköinen. Jos yhteen kohtaan juotetaan kahta eri metallia tai puolijohdetta ja sitten tähän pisteeseen johdetaan lämpöä, esimerkiksi kynttilä, niin metalliparin (termoparien) vastakkaisiin päihin ilmestyy ero elektronikaasun tiheyksissä. . Tämä ero voi kasaantua, jos termoparit kytketään sarjaan, samalla tavalla kuin akun galvaaniset kennot tai aurinkopaneelin yksittäiset aurinkokennot. ThermoEMF:ää käytetään erittäin tarkoissa lämpötila-antureissa. Tähän ilmiöön liittyy useita vaikutuksia (Peltier, Thomson, Seebeck), joita tutkitaan menestyksekkäästi. On tosiasia, että lämpö voidaan muuntaa suoraan sähkömoottorivoimaksi eli jännitteeksi.

• Sähköstaattinen. Tällaiset EMF-lähteet keksittiin melkein samanaikaisesti galvaanisten elementtien kanssa tai jopa aikaisemmin (jos ajatellaan meripihkan hankausta silkillä normaalina EMF:n tuotantona). Niitä kutsutaan myös elektroforisiksi koneiksi tai keksijän nimen mukaan Wimshurst-generaattoreiksi. Vaikka Wimshurst loi selkeän teknisen ratkaisun, joka mahdollistaa poistetun potentiaalin keräämisen Leydenin purkkiin - ensimmäiseen (ja hyvän kapasiteetin) kondensaattoriin. Ensimmäistä elektroforista konetta voidaan pitää valtavana akselille asennettuna rikkipallona - Magdeburgin porvarin Otto von Guericken laitteistona 1600-luvun puolivälissä. Toimintaperiaate on hankaavat materiaalit, jotka sähköistyvät helposti kitkan vaikutuksesta. Totta, von Guericken edistystä voidaan sanoa, kuten sanonta kuuluu, laiskuuden vetämäksi, kun ei ole halua hieroa meripihkaa tai mitään muuta käsin. Vaikka tällä uteliaalla poliitikolla oli tietysti runsaasti mielikuvitusta ja aktiivisuutta. Muistakaamme ainakin hänen tunnettu kokeilunsa kahdella aasin (tai muulin) nauhalla, jotka repivät pallon ilman ilmaa ketjuilla kahdeksi pallonpuoliskoksi.

Sähköistyminen, kuten alun perin oletettiin, tapahtuu juuri "kitkasta", eli hankaamalla meripihkaa rievulla "revimme" elektroneja sen pinnalta. Tutkimukset ovat kuitenkin osoittaneet, että asia ei ole niin yksinkertainen. Osoittautuu, että eristeiden pinnalla on aina varausepäsäännöllisyyksiä, ja ilmasta tulevat ionit houkuttelevat näitä epäsäännöllisyyksiä. Muodostuu ilma-ioninen kerros, jonka vaurioitamme hankaamalla pintaa.

• Thermonic. Kun metalleja kuumennetaan, elektronit irtoavat niiden pinnasta. Tyhjiössä ne saavuttavat toisen elektrodin ja indusoivat siellä negatiivisen potentiaalin. Tämä on tällä hetkellä erittäin lupaava suunta. Kuvassa on kaavio hypersonic lentokoneen suojaamiseksi kehon osien ylikuumenemiselta ilmavirran vastavirtauksella ja katodin lähettämiltä termoelektroneilta (joka jäähdytetään samaan aikaan - Peltierin ja/tai Thomsonin samanaikainen toiminta vaikutukset) saavuttavat anodin aiheuttaen siihen varauksen. Varausta tai pikemminkin jännitettä, joka on yhtä suuri kuin tuloksena oleva EMF, voidaan käyttää laitteen sisällä olevassa kulutuspiirissä.

1 - katodi, 2 - anodi, 3, 4 - katodi- ja anodiliittimet, 5 - kuluttaja

• Pietsosähköinen. Monet kiteiset eristeet, kun ne kokevat mekaanista painetta itseensä mihin tahansa suuntaan, reagoivat siihen indusoimalla potentiaalieron pintojensa välille. Tämä ero riippuu käytetystä paineesta, joten sitä käytetään jo paineantureissa. Pietsosähköiset kaasuliesien sytyttimet eivät vaadi muuta energianlähdettä - riittää, kun painat nappia sormella. Tiedossa on yrityksiä luoda pietsosähköinen sytytysjärjestelmä autoihin, jotka perustuvat pietsokeramiikkaan, joka saa paineen moottorin pääakseliin liitetystä nokkajärjestelmästä. "Hyvät" pietsosähköiset materiaalit - joissa EMF:n suhteellisuus paineeseen on erittäin tarkka - ovat erittäin kovia (esimerkiksi kvartsi), eivätkä ne melkein deformoidu mekaanisen paineen vaikutuksesta.

• Pitkäaikainen altistuminen paineelle aiheuttaa kuitenkin niiden tuhoutumisen. Luonnossa myös paksut kivikerrokset ovat pietsosähköisiä, ja maakerrosten paineet aiheuttavat valtavia varauksia niiden pinnoille, mikä aiheuttaa maan syvyyksissä titaanisia myrskyjä ja ukkosmyrskyjä. Kaikki ei kuitenkaan ole niin pelottavaa, että elastisia pietsosähköjä on jo kehitetty, ja jopa niihin perustuvien (ja nanoteknologiaan perustuvien) tuotteiden tuotanto on jo alkanut.

On selvää, että EMF:n mittayksikkö on sähköjännitteen yksikkö. Koska monimuotoisimmat mekanismit, jotka luovat virtalähteen sähkömotorisen voiman, kaikki muuttavat energiatyyppinsä elektronien liikkeeksi ja kerääntymiseksi, ja tämä johtaa lopulta tällaisen jännitteen esiintymiseen.

EMF:stä peräisin oleva virta

Virtalähteen sähkömotorinen voima on käyttövoima, koska siitä tulevat elektronit alkavat liikkua, jos sähköpiiri suljetaan. EMF pakottaa heidät tekemään tämän käyttämällä sen ei-sähköistä "puolta" luonnosta, joka ei loppujen lopuksi riipu elektroneihin liittyvästä puoliskosta. Koska uskotaan, että virtapiirissä virtaa plussasta miinukseen (tämä suunnan määritys tehtiin ennen kuin kaikki tiesivät, että elektroni on negatiivinen hiukkanen), niin EMF-laitteen sisällä virta tekee viimeisen liikkeen - miinuksesta miinukseen. plus. Ja he piirtävät aina EMF-merkkiä, johon nuoli on suunnattu – +. Vain molemmissa tapauksissa - sekä virtalähteen EMF:n sisällä että sen ulkopuolella, eli kuluttavassa piirissä - käsittelemme sähkövirtaa kaikilla sen pakollisilla ominaisuuksilla. Johtimissa virta kohtaa vastuksen. Ja täällä, syklin ensimmäisellä puoliskolla, meillä on kuormitusvastus, toisessa, sisäinen, meillä on lähteen vastus tai sisäinen vastus.

Sisäinen prosessi ei toimi heti (vaikkakin hyvin nopeasti), vaan tietyllä intensiteetillä. Se toimii siirtääkseen latauksia miinuksesta plussaan, ja tämä kohtaa myös vastustusta...

Resistanssi on kahdenlaista.

1. Sisäinen vastus toimii latauksia erottavia voimia vastaan, sillä se on "lähellä" näitä erottavia voimia. Ainakin se toimii niiden kanssa yhdessä mekanismissa. Esimerkiksi happo, joka ottaa happea lyijydioksidista ja korvaa sen SO 4 -ioneilla, kokee ehdottomasti jonkin verran kemiallista kestävyyttä. Ja juuri tämä ilmenee akun sisäisen vastuksen työnä.
2. Kun piirin ulompi (lähtö)puolikas ei ole suljettu, elektronien ilmaantuminen yhteen navoista (ja niiden väheneminen toisesta navasta) lisää sähköstaattisen kentän voimakkuutta akun navoissa ja lisää torjunnassa elektronien välillä. Tämä sallii järjestelmän "ei mennä hulluksi" ja pysähtyä tiettyyn kyllästymistilaan. Akusta ulos ei hyväksytä enää elektroneja. Ja tämä näyttää ulospäin jatkuvalta sähköjännitteeltä akun napojen välillä, jota kutsutaan U xx, avoimen piirin jännitteeksi. Ja se on numeerisesti yhtä suuri kuin EMF - sähkömotorinen voima. Siksi EMF:n mittayksikkö on voltti (SI-järjestelmässä).

Mutta jos liität akkuun vain kuorman johtimia, joiden resistanssi ei ole nolla, virta kulkee välittömästi, jonka voimakkuus määräytyy Ohmin lain mukaan.

Vaikuttaa siltä, ​​​​että on mahdollista mitata EMF-lähteen sisäinen vastus. Piiriin kannattaa kytkeä ampeerimittari ja ulkoista vastusta shuntaa (oikosulku). Sisäinen vastus on kuitenkin niin alhainen, että akku alkaa purkautua katastrofaalisesti ja tuottaa valtavia määriä lämpöä sekä ulkoisiin oikosulkujohtimiin että lähteen sisäiseen tilaan.

Voit kuitenkin tehdä sen toisin:

1. Mittaa E (muista, avoimen piirin jännite, mittayksikkö - voltti).
2. Kytke vastus kuormitukseksi ja mittaa jännitehäviö sen yli. Laske virta I 1.
3. Voit laskea EMF-lähteen sisäisen vastuksen arvon käyttämällä lauseketta r

Tyypillisesti akun kyky tuottaa sähköä mitataan sen energian "kapasiteetilla" ampeeritunteina. Mutta olisi mielenkiintoista nähdä minkä maksimivirran se pystyy tuottamaan. Huolimatta siitä, että ehkä nykyisen lähteen sähkömotorinen voima saa sen räjähtämään. Koska ajatus oikosulun järjestämisestä siihen ei tuntunut kovin houkuttelevalta, voimme laskea tämän arvon puhtaasti teoreettisesti. emf on yhtä suuri kuin U xx. Sinun tarvitsee vain piirtää kaavio jännitehäviöstä vastuksen yli virtaa (ja siten kuormitusvastusta) vastaan ​​pisteeseen, jossa kuormitusvastus on nolla. Tämä on pointti minäoikosulku, punaisen viivan leikkauspiste koordinaattiviivan kanssa minä , jossa jännitteestä U on tullut nolla ja lähteen koko jännite E putoaa sisäisen resistanssin yli.

Usein näennäisesti yksinkertaisia ​​peruskäsitteitä ei aina voida ymmärtää ilman esimerkkejä ja analogioita. Mikä sähkömotorinen voima on ja miten se toimii, voidaan vain kuvitella ottamalla huomioon sen monet ilmenemismuodot. Mutta kannattaa harkita EMF:n määritelmää, sellaisena kuin sen ovat antaneet hyvämaineiset lähteet käyttämällä älykkäitä akateemisia sanoja - ja aloita kaikki alusta: virtalähteen sähkömotorinen voima. Tai kirjoita se seinälle kultaisin kirjaimin:

>>Fysiikka: Sähkömotorinen voima

Kaikille virtalähteille on ominaista sähkömotorinen voima tai lyhyesti sanottuna EMF. Joten pyöreässä taskulampun paristossa lukee: 1,5 V. Mitä tämä tarkoittaa?
Yhdistä kaksi metallipalloa, joissa on vastakkaisten merkkien varauksia, johtimella. Näiden varausten sähkökentän vaikutuksesta johtimeen syntyy sähkövirta ( Kuva 15.7). Mutta tämä virta on hyvin lyhytikäinen. Varaukset neutraloivat nopeasti toisensa, pallojen potentiaalit muuttuvat samaksi ja sähkökenttä katoaa.
Ulkopuoliset voimat. Jotta virta olisi vakio, on välttämätöntä ylläpitää vakiojännite pallojen välillä. Tätä varten tarvitset laitteen ( nykyinen lähde), joka siirtäisi varauksia pallosta toiseen vastakkaiseen suuntaan kuin pallojen sähkökentästä näihin varauksiin vaikuttavien voimien suunta. Tällaisessa laitteessa sähkövoimien lisäksi varauksiin on vaikutettava voimia, jotka eivät ole sähköstaattista alkuperää ( Kuva 15.8). Pelkästään varautuneiden hiukkasten sähkökenttä ( Coulombin kenttä) ei pysty ylläpitämään vakiovirtaa piirissä.

Mitä tahansa sähköisesti varautuneisiin hiukkasiin vaikuttavia voimia, lukuun ottamatta sähköstaattista alkuperää olevia voimia (eli Coulombin voimia), kutsutaan nimellä ulkopuolisten voimien toimesta.
Päätelmä ulkoisten voimien tarpeesta ylläpitää vakiovirtaa piirissä tulee vieläkin ilmeisemmäksi, jos käännymme energian säilymisen lakiin. Sähköstaattinen kenttä on potentiaalinen. Tämän kentän työ, kun varatut hiukkaset liikkuvat siinä suljettua sähköpiiriä pitkin, on nolla. Virran kulkemiseen johtimien läpi liittyy energian vapautuminen - johdin lämpenee. Siksi sen piiriin syöttävässä piirissä täytyy olla jokin energialähde. Coulombin joukkojen lisäksi siinä on toimittava kolmannen osapuolen, ei-potentiaalisten voimien. Näiden voimien työn suljetussa silmukassa on oltava erilainen kuin nolla. Juuri näiden voimien työskentelyn aikana varautuneet hiukkaset hankkivat energiaa virtalähteen sisällä ja antavat sen sitten sähköpiirin johtimille.
Kolmannen osapuolen voimat saavat liikkeelle varautuneita hiukkasia kaikissa virtalähteissä: voimalaitosten generaattoreissa, galvaanisissa kennoissa, akuissa jne.
Kun piiri on suljettu, kaikkiin piirin johtimiin syntyy sähkökenttä. Virtalähteen sisällä lataukset liikkuvat vaikutuksen alaisena ulkoiset voimat Coulombin voimia vastaan(elektroneja positiivisesti varautuneesta elektrodista negatiiviseen), ja ulkoisessa piirissä niitä ohjaa sähkökenttä (katso. Kuva 15.8).
Ulkoisten voimien luonne. Ulkoisten voimien luonne voi vaihdella. Voimalaitosgeneraattoreissa ulkoiset voimat ovat voimia, jotka vaikuttavat magneettikentästä liikkuvan johtimen elektroneihin.
Galvaanisessa kennossa, kuten Volta-kennossa, vaikuttavat kemialliset voimat. Volta-kenno koostuu sinkki- ja kuparielektrodeista, jotka on sijoitettu rikkihappoliuokseen. Kemialliset voimat saavat sinkin liukenemaan happoon. Positiivisesti varautuneet sinkki-ionit siirtyvät liuokseen ja itse sinkkielektrodi varautuu negatiivisesti. (Kupari liukenee rikkihappoon hyvin vähän.) Sinkki- ja kuparielektrodin välille syntyy potentiaaliero, joka määrää suljetun sähköpiirin virran.
Ulkoisten voimien toiminnalle on ominaista tärkeä fysikaalinen suure, ns sähkömotorinen voima(lyhennetty EMF).
Virtalähteen sähkömotorinen voima on yhtä suuri kuin ulkoisten voimien työn suhde, kun varaus siirretään suljettua piiriä pitkin, tämän varauksen suuruuteen:

Sähkömotorinen voima, kuten jännite, ilmaistaan ​​voltteina.
Voimme myös puhua sähkömotorisesta voimasta missä tahansa piirin osassa. Tämä on ulkoisten voimien erityistyö (työ yhden latauksen siirtämiseksi) ei koko piirissä, vaan vain tietyllä alueella. Galvaanisen kennon sähkömotorinen voima on määrä, joka on numeerisesti yhtä suuri kuin ulkoisten voimien työ, kun yksittäinen positiivinen varaus siirretään elementin sisällä napasta toiseen. Ulkoisten voimien työtä ei voida ilmaista potentiaalierolla, koska ulkoiset voimat ovat ei-potentiaalisia ja niiden toiminta riippuu varausten liikeradan muodosta. Joten esimerkiksi ulkoisten voimien työ siirrettäessä varausta virtalähteen napojen välillä itse lähteen ulkopuolella on nolla.
Nyt tiedät mitä EMF on. Jos akussa lukee 1,5 V, tämä tarkoittaa, että ulkoiset voimat (tässä tapauksessa kemialliset) tekevät 1,5 J työtä siirrettäessä 1 C:n varausta akun napasta toiseen. Tasavirtaa ei voi olla suljetussa piirissä, jos siihen ei vaikuta ulkoisia voimia, eli ei ole EMF:ää.

???
1. Miksi varautuneiden hiukkasten sähkökenttä (Coulombin kenttä) ei pysty ylläpitämään tasaista sähkövirtaa piirissä?
2. Mitä voimia yleensä kutsutaan kolmanneksi osapuolelle?
3. Mitä kutsutaan sähkömoottorivoimaksi?

G.Ja.Mjakišev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotski, fysiikka 10. luokka

Verkkokirjasto, jossa on fysiikan oppikirjoja ja kirjoja, tuntisuunnitelmat kaikille aineille, fysiikan tehtäviä luokalle 10

Oppitunnin sisältö oppituntimuistiinpanot tukevat kehystunnin esityksen kiihdytysmenetelmiä interaktiivisia tekniikoita Harjoitella tehtävät ja harjoitukset itsetestaus työpajat, koulutukset, tapaukset, tehtävät kotitehtävät keskustelukysymykset retoriset kysymykset opiskelijoilta Kuvituksia ääni, videoleikkeet ja multimedia valokuvat, kuvat, grafiikat, taulukot, kaaviot, huumori, anekdootit, vitsit, sarjakuvat, vertaukset, sanonnat, ristisanatehtävät, lainaukset Lisäosat abstrakteja artikkelit temppuja uteliaille pinnasängyt oppikirjat perus- ja lisäsanakirja muut Oppikirjojen ja oppituntien parantaminenkorjata oppikirjan virheet fragmentin päivittäminen oppikirjaan, innovaatioelementit oppitunnilla, vanhentuneen tiedon korvaaminen uudella Vain opettajille täydellisiä oppitunteja kalenterisuunnitelma vuodelle; Integroidut oppitunnit

Jos sinulla on korjauksia tai ehdotuksia tälle oppitunnille,