O que distingue EMF da tensão: uma explicação simples sobre o exemplo
O que é força eletromotriz
Examinamos essa questão em detalhes em um artigo separado:https://electro.tomathouse.com/pt/chto-takoe-eds-obyasnenie-prostymi-slovami.html
CEM é entendida como uma quantidade física que caracteriza a operação de quaisquer forças externas localizadas em fontes de energia corrente direta ou alternada. Além disso, se houver um circuito fechado, podemos dizer que o campo eletromagnético é igual ao trabalho das forças em mover uma carga positiva para uma negativa em um circuito fechado. Ou, em palavras simples, o CEM de uma fonte atual representa o trabalho necessário para mover uma carga unitária entre os pólos.
Além disso, se a fonte atual tiver potência infinita e não houver resistência interna (posição A na figura), o EMF pode ser calculado a partir de Lei de Ohm para a seção da cadeiaPorque tensão e força eletromotriz neste caso são iguais.
I = U / R,
onde U é a tensão e, no exemplo considerado, é a EMF.
No entanto, uma fonte de alimentação real tem uma resistência interna finita. Portanto, esse cálculo não pode ser aplicado na prática. Nesse caso, para determinar o EMF, use a fórmula para o circuito completo.
I = E / (R + r),
onde E (também conhecido como "ԑ") é o CEM; R é a resistência da carga, r é a resistência interna da fonte de energia, I é a corrente no circuito.
No entanto, esta fórmula não leva em consideração a resistência dos condutores do circuito. É necessário entender que, dentro da fonte DC e no circuito externo, a corrente flui em diferentes direções. A diferença está no fato de que dentro do elemento ele flui de menos para mais, depois no circuito externo de mais para menos.
Isso está claramente ilustrado na figura abaixo:
Neste caso, a força eletromotriz é medida com um voltímetro, no caso em que não há carga, ou seja, A fonte de energia está ociosa.
Para localizar o EMF através da tensão e da resistência de carga, é necessário encontrar a resistência interna da fonte de energia; para isso, medir a tensão duas vezes em diferentes correntes de carga e, em seguida, encontrar a resistência interna. Abaixo está o procedimento de cálculo por fórmulas, então R1, R2 são a resistência de carga para a primeira e a segunda medições, respectivamente, os valores restantes são semelhantes, U1, U2 são a tensão de fonte em seus terminais sob carga.
Então, sabemos a corrente, então é igual a:
I1 = E / (R1 + r)
I2 = E / (R2 + r)
Em que:
R1 = U1 / I1
R2 = U2 / I2
Se substituirmos nas primeiras equações, então:
I1 = E / ((U1 / I1) + r)
I2 = E / ((U2 / I2) + r)
Agora dividimos as partes esquerda e direita uma da outra:
(I1 / I2) = [E / ((U1 / I1) + r)] / [E / ((U2 / I2) + r)]
Depois de calcular a resistência da fonte atual, obtemos:
r = (U1-U2) / (I1-I2)
Resistência interna r:
r = (U1 + U2) / I,
onde U1, U2 é a tensão nos terminais da fonte em diferentes correntes de carga, I é a corrente no circuito.
Então o EMF é:
E = I * (R + r) ou E = U1 + I1 * r
O que é voltagem
A tensão elétrica (indicada como U) é uma quantidade física que reflete a característica quantitativa do campo elétrico na transferência de carga do ponto A para o ponto B. Portanto, a tensão pode estar entre dois pontos do circuito, mas, diferentemente da EMF, pode estar entre duas conclusões das quais um dos elementos da cadeia. Lembre-se de que o EMF caracteriza o trabalho realizado por forças de terceiros, ou seja, o trabalho da fonte atual ou EMF para transferir carga através de todo o circuito, e não em um elemento específico.
Esta definição pode ser expressa em linguagem simples. A voltagem das fontes de corrente contínua é a força que move elétrons livres de um átomo para outro em uma determinada direção.
Para corrente alternada, são utilizados os seguintes conceitos:
- tensão instantânea é a diferença potencial entre pontos em um determinado período de tempo;
- valor de amplitude - representa o valor máximo modulo o valor instantâneo da tensão durante um período de tempo;
- o valor médio é o componente constante da tensão;
- RMS e RMS.
A tensão do circuito depende do material do condutor, da resistência da carga e da temperatura. Como força eletromotriz é medida em Volts.
Muitas vezes, para entender o significado físico do estresse, ele é comparado a uma torre de água. A coluna de água é identificada com tensão e o fluxo com corrente.
Ao mesmo tempo, a coluna de água na torre diminui gradualmente, o que caracteriza uma diminuição na tensão e uma diminuição na força da corrente.
Então qual é a diferença
Para uma melhor compreensão de qual é a diferença entre força eletromotriz e tensão, considere um exemplo. Existe uma fonte de energia elétrica de poder infinito, na qual não há resistência interna. Uma carga é montada no circuito elétrico. Nesse caso, será verdade que a EMF e a tensão são identicamente iguais, ou seja, não há diferença entre esses conceitos.
No entanto, essas são condições ideais que não ocorrem na vida real. Essas condições são usadas exclusivamente nos cálculos. Na vida real, a resistência interna da fonte de energia é levada em consideração. Nesse caso, a EMF e a tensão são diferentes.
A figura mostra qual será a diferença nos valores da força eletromotriz e da tensão em condições reais. A fórmula acima para a lei de Ohm para uma cadeia completa descreve todos os processos. Com um circuito aberto, os terminais da bateria serão de 1,5 Volts. Este é o valor do EMF. Ao conectar a carga, neste caso, é uma lâmpada, ela terá uma voltagem de 1 volt.
A diferença de uma fonte ideal é a resistência interna da fonte de energia. Nesta resistência, ocorre uma queda de tensão. Esses processos são descritos pela lei de Ohm para uma cadeia completa.
Se o dispositivo de medição nos terminais da fonte de energia elétrica mostrar um valor de 1,5 Volts, será uma força eletromotriz, mas repetiremos, desde que não haja carga.
Ao conectar a carga, os terminais terão um valor claramente mais baixo. Essa é a tensão.
Conclusão
Pelo exposto, podemos concluir que a principal diferença entre a EMF e a tensão é:
- A força eletromotriz depende da fonte de energia e a tensão depende da carga conectada e da corrente que flui através do circuito.
- A força eletromotriz é uma quantidade física que caracteriza o trabalho de forças externas de origem não elétrica que ocorrem nos circuitos CC e CA.
- Tensão e EMF tem uma única unidade de medida - Volt.
- U é uma quantidade física igual ao trabalho do campo elétrico efetivo produzido quando uma carga de teste unitário é transferida do ponto A para o ponto B.
Assim, brevemente, se U é representado como uma coluna de água, pode-se imaginar que a EMF é uma bomba que mantém um nível constante de água. Esperamos que, depois de ler o artigo, você entenda a principal diferença!
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