O que é EMF - explicação em palavras simples
Antes de passar para a parte principal do artigo, observamos que o CEM e a voltagem têm um significado muito próximo, mas ainda um pouco diferente. Em resumo, o EMF está na fonte de energia sem carga e, quando a carga está conectada, isso é tensão. Porque o número de volts no FE sob carga é quase sempre um pouco menor do que sem ele. Isso ocorre devido à presença de resistência interna de fontes de energia como transformadores e células galvânicas.
Indução eletromagnética (auto-indução)
Vamos começar com a indução eletromagnética. Este fenômeno descreve a lei. indução eletromagnética faraday. O significado físico desse fenômeno é a capacidade de um campo eletromagnético induzir uma EMF em um condutor próximo. Nesse caso, o campo deve mudar, por exemplo, na magnitude e na direção dos vetores, ou se mover em relação ao condutor, ou o condutor deve se mover em relação a esse campo. Nas extremidades do condutor, neste caso, ocorre uma diferença de potencial.
Há outro fenômeno com significado semelhante - indução mútua. Consiste no fato de que uma mudança na direção e na força atual de uma bobina induz um CEM nos terminais de uma bobina próxima; é amplamente utilizada em vários campos da tecnologia, incluindo elétrica e eletrônica. Está subjacente à operação de transformadores, onde o fluxo magnético de um enrolamento induz corrente e tensão no segundo.
Em elétrica, um efeito físico chamado EMF é usado na fabricação de conversores CA especiais que fornecem os valores desejados de valores efetivos (corrente e tensão). Graças aos fenômenos de indução e auto-indução Os engenheiros conseguiram desenvolver muitos dispositivos elétricos: dos convencionais indutor (acelerador) e até o transformador.
O conceito de indução mútua refere-se apenas a corrente alternada, durante a passagem da qual o fluxo magnético muda no circuito ou condutor.
Para uma corrente elétrica de corrente contínua, outras manifestações dessa força são características, como, por exemplo, a diferença de potencial nos pólos de uma célula galvânica, que discutiremos mais adiante.
Motores e geradores elétricos
O mesmo efeito eletromagnético é observado no projeto assíncrono ou motor elétrico síncronocujo elemento principal são as bobinas indutivas. Sobre seu trabalho em um idioma acessível é descrito em muitos livros didáticos relacionados ao assunto chamado "Engenharia Elétrica". Para entender a essência dos processos, basta lembrar que a fem de indução é induzida quando o condutor se move dentro de outro campo.
De acordo com a lei de indução eletromagnética mencionada acima, um contador EMF é frequentemente induzido no enrolamento da armadura do motor durante a operação, que é freqüentemente chamado de "contra-EMF", porque quando o motor está funcionando, ele é direcionado para a tensão aplicada. Isso também explica o aumento acentuado da corrente consumida pelo motor com o aumento da carga ou obstrução do eixo, bem como as correntes de irrupção. Para um motor elétrico, todas as condições para o aparecimento de uma diferença de potencial são óbvias - uma mudança forçada no campo magnético de suas bobinas leva ao aparecimento de torque no eixo do rotor.
Infelizmente, não vamos nos aprofundar neste tópico neste artigo - escreva nos comentários, se você estiver interessado, e falaremos sobre isso.
Em outro dispositivo elétrico - um gerador, tudo é exatamente o mesmo, mas os processos que ocorrem nele têm a direção oposta. Uma corrente elétrica é passada através dos enrolamentos do rotor, um campo magnético surge ao redor deles (ímãs permanentes podem ser usados). Quando o rotor gira, o campo, por sua vez, induz um CEM nos enrolamentos do estator - dos quais a corrente de carga é removida.
Um pouco mais de teoria
Ao projetar esses circuitos, a distribuição de correntes e a queda de tensão entre elementos individuais são levadas em consideração. Para calcular a distribuição do primeiro parâmetro, é utilizado um bem conhecido da física. segunda lei de Kirchhoff - a soma da queda de tensão (levando em consideração o sinal) em todas as ramificações do circuito fechado é igual à soma algébrica da EMF das ramificações deste circuito) e para determinar seus valores Lei de Ohm para uma seção de corrente ou a lei de Ohm para uma corrente completa, cuja fórmula é dada abaixo:
I = E / (R + r),
onde esta E - EMF, R é a resistência da carga r é a resistência da fonte de energia.
A resistência interna de uma fonte de energia é a resistência dos enrolamentos de geradores e transformadores, que depende da seção transversal do fio com o qual são enrolados e seu comprimento, bem como a resistência interna das células galvânicas, que depende do estado do ânodo, cátodo e eletrólito.
Ao realizar os cálculos, a resistência interna da fonte de energia, considerada como uma conexão paralela ao circuito, deve ser levada em consideração. Com uma abordagem mais precisa, levando em consideração os grandes valores das correntes operacionais, a resistência de cada condutor de conexão é levada em consideração.
CEM em casa e unidades
Outros exemplos são encontrados na vida prática de qualquer pessoa comum. Coisas conhecidas como baterias de tamanho pequeno, bem como outras baterias em miniatura, se enquadram nessa categoria. Nesse caso, a EMF de trabalho é formada devido a processos químicos que ocorrem dentro das fontes de tensão CC.
Quando ocorre nos terminais (pólos) da bateria devido a alterações internas - o elemento está completamente pronto para operação. Com o tempo, a magnitude do CEM diminui um pouco e a resistência interna aumenta acentuadamente.
Como resultado, se você medir a tensão em uma bateria sem dedos que não está conectada a nada, verá 1,5V normal (mais ou menos), mas quando a carga estiver conectada à bateria, digamos que você a instalou em algum dispositivo - ela não funciona.
Porque Porque se você pressupõe que a resistência interna do voltímetro é muitas vezes maior que a resistência interna da bateria, você mede seu CEM. Quando a bateria começou a fornecer corrente na carga em seus terminais, ela se tornou não 1,5V, mas, digamos, 1,2V - nem a tensão nem a corrente eram suficientes para a operação normal do dispositivo. Apenas estes 0,3V e caiu sobre a resistência interna da célula galvânica. Se a bateria estiver completamente velha e seus eletrodos forem destruídos, pode não haver força ou tensão eletromotriz nos terminais da bateria - ou seja, zero.
Este exemplo demonstra claramente a diferença entre EMF e tensão. O autor conta a mesma coisa no final do vídeo, que você vê abaixo.
Você pode aprender mais sobre como a fem de uma célula galvânica surge e como é medida no vídeo a seguir:
Uma força eletromotriz muito pequena também é induzida dentro da antena do receptor, que é amplificada por estágios especiais, e obtemos nosso sinal de televisão, rádio e até Wi-Fi.
Conclusão
Vamos resumir e mais uma vez relembrar brevemente o que é EMF e em quais unidades SI esse valor é expresso.
- A EMF caracteriza o trabalho de forças externas (químicas ou físicas) de origem não elétrica em um circuito elétrico. Essa força realiza o trabalho de transferir cargas elétricas para ela.
- A EMF, como a tensão, é medida em Volts.
- As diferenças entre o EMF e a tensão são que o primeiro é medido sem carga, e o segundo com carga, e a resistência interna da fonte de energia é levada em consideração e tem efeito.
E, finalmente, para consolidar o material abordado, aconselho a assistir outro bom vídeo sobre este tópico:
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