Què és EMF: explicació en paraules senzilles
Abans d’avançar a la part principal de l’article, observem que l’EMF i la tensió tenen un significat molt proper, però són lleugerament diferents. En definitiva, l’EMF es troba a la font d’energia sense càrrega i, quan la càrrega hi està connectada, és tensió. Com que el nombre de volts a la FE sota càrrega és gairebé sempre menor que sense ell. Això es deu a la presència de resistència interna de fonts d’energia com a transformadors i cèl·lules galvàniques.
Inducció electromagnètica (autoinducció)
Comencem per la inducció electromagnètica. Aquest fenomen descriu la llei. inducció electromagnètica faraday. El significat físic d’aquest fenomen és la capacitat d’un camp electromagnètic d’induir un EMF en un conductor proper. En aquest cas, el camp hauria de canviar, per exemple, en la magnitud i la direcció dels vectors, o bé moure's en relació amb el conductor, o bé el conductor s'ha de desplaçar en relació amb aquest camp. En els extrems del conductor en aquest cas, es produeix una diferència de potencial.
Hi ha un altre fenomen que és similar en el significat: la inducció mútua. Consisteix en el fet que un canvi en la direcció i la intensitat actual d’una bobina indueix un EMF als terminals d’una bobina propera, que s’utilitza àmpliament en diversos camps de la tecnologia, inclosos els elèctrics i l’electrònica. Sota el funcionament dels transformadors, on el flux magnètic d'una bobinada indueix corrent i tensió al segon.
En electricitat, un efecte físic anomenat EMF s'utilitza en la fabricació de convertidors de CA especials que proporcionin els valors desitjats de valors efectius (corrent i tensió). Gràcies als fenòmens d’inducció i autoinducció els enginyers van poder desenvolupar molts aparells elèctrics: des convencionals inductor (accelerador) i fins al transformador.
El concepte d’inducció mútua es refereix només a corrent altern, durant el pas del qual el flux magnètic canvia en el circuit o conductor.
Per a un corrent elèctric de corrent directe, són característiques altres manifestacions d’aquesta força, com, per exemple, la diferència de potencial als pols d’una cèl·lula galvànica, de la qual parlarem més endavant.
Motors i generadors elèctrics
El mateix efecte electromagnètic s’observa en el disseny asíncron o motor elèctric síncronl'element principal del qual són les bobines inductives. Sobre els seus treballs en un idioma accessible es descriu a molts llibres de text relacionats amb l’assignatura anomenada "Enginyeria elèctrica". Per entendre l’essència dels processos, n’hi ha prou de recordar que la inducció emf s’indueix quan el conductor es mou dins d’un altre camp.
Segons la llei de la inducció electromagnètica esmentada anteriorment, un comptador EMF sol ser induït en el bobinat de l'armadura del motor durant el funcionament, que sovint s'anomena "contraemf", ja que quan el motor funciona, es dirigeix cap al voltatge aplicat. Això explica també l’augment intens del corrent que consumeix el motor amb l’augment de la càrrega o l’embús de l’eix, així com els corrents d’introducció. Per a un motor elèctric, totes les condicions per a l’aparició d’una diferència de potencial són evidents: un canvi forçat del camp magnètic de les seves bobines condueix a l’aparició de parell a l’eix del rotor.
Malauradament, no aprofundirem en aquest tema en aquest article: escriviu els comentaris si esteu interessats i en parlarem.
En un altre dispositiu elèctric, un generador, tot és exactament igual, però els processos que s’hi produeixen tenen la direcció contrària. Un corrent elèctric es passa pels enrotllaments del rotor, sorgeix un camp magnètic al seu voltant (es poden fer servir imants permanents). Quan el rotor gira, el camp, al seu torn, indueix un EMF als enrotllaments de l'estator, dels quals s'elimina el corrent de càrrega.
Alguna teoria més
A l’hora de dissenyar aquests circuits, es té en compte la distribució de corrents i la caiguda de tensió entre els elements individuals. Per calcular la distribució del primer paràmetre, una física coneguda segona llei de Kirchhoff - la suma de les caigudes de tensió (tenint en compte el signe) a totes les branques del bucle tancat és igual a la suma algebraica de l’EMF de les branques d’aquest bucle) i per determinar els seus valors d’ús Ohm's law per a una secció d'una cadena o la llei d'Ohm per a una cadena completa, la fórmula de la qual es mostra a continuació:
I = E / (R + r),
on E - EMF, R és la resistència de càrrega r és la resistència de la font d’energia.
La resistència interna d’una font d’energia és la resistència dels enrotllaments dels generadors i transformadors, que depèn de la secció transversal del filferro amb què s’enrotllen i de la seva longitud, així com la resistència interna de les cèl·lules galvàniques, que depèn de l’estat de l’ànode, el càtode i l’electròlit.
Quan es realitzen els càlculs, s’ha de tenir en compte la resistència interna de la font d’energia, considerada com a connexió paral·lela al circuit. Amb un enfocament més precís, tenint en compte els grans valors dels corrents de funcionament, es té en compte la resistència de cada conductor de connexió.
EMF a casa i unitats
Altres exemples es troben a la vida pràctica de qualsevol persona corrent. Aquestes coses tan familiars com les bateries de mida petita i altres bateries en miniatura entren en aquesta categoria. En aquest cas, l'emf de treball es forma a causa dels processos químics que es produeixen a l'interior de les fonts de tensió constant.
Quan es produeix als terminals (pols) de la bateria a causa de canvis interns - l’element està completament preparat per funcionar. Amb el pas del temps, la magnitud de l’EMF disminueix lleugerament i la resistència interna augmenta notablement.
Com a resultat, si mesureu el voltatge en una bateria sense dit que no està connectada a res, veieu 1,5V normal per a això (o més), però quan la càrrega està connectada a la bateria, diguem que l’heu instal·lada en algun dispositiu, no funciona.
Per què? Perquè si assumeix que la resistència interna del voltímetre és moltes vegades superior a la resistència interna de la bateria, llavors vas mesurar el seu EMF. Quan la bateria va començar a donar corrent a la càrrega als seus terminals, no es va convertir en 1,5V, però, per exemple, 1,2 V, ni la tensió ni el corrent eren suficients per al funcionament normal del dispositiu. Aquests 0,3V van caure sobre la resistència interna de la cèl·lula galvànica. Si la bateria és completament antiga i els seus elèctrodes es destrueixen, pot ser que no hi hagi cap força o tensió electromotriu als terminals de la bateria, és a dir. zero.
Aquest exemple demostra clarament la diferència entre EMF i tensió. L’autor explica el mateix al final del vídeo, que veieu a continuació.
Podeu obtenir més informació sobre com sorgeix l'emf d'una cèl·lula galvànica i sobre com es mesura al vídeo següent:
També s’indueix una força electromotriu molt petita dins de l’antena del receptor, que després s’amplifica per etapes especials, i obtenim el nostre senyal de televisió, ràdio i fins i tot wifi.
Conclusió
Resumim i tornem a recordar breument què és EMF i en quines unitats SI s’expressa aquest valor.
- EMF caracteritza el treball de forces externes (químiques o físiques) d'origen no elèctric en un circuit elèctric. Aquesta força realitza el treball de transferència de càrregues elèctriques a aquesta.
- L'EMF, igual que el voltatge, es mesura en volts.
- Les diferències entre l’EMF i la tensió són que el primer es mesura sense càrrega, i el segon amb càrrega, i es té en compte la resistència interna de la font d’energia.
I, finalment, per consolidar el material tractat, us aconsello que mireu un altre bon vídeo sobre aquest tema:
Materials relacionats:
Carregant ...
