Что такое ЭДС — объяснение простыми словами

Прежде чем перейти к основной части статьи, отметим, что ЭДС и напряжение очень похожи по смыслу, но немного отличаются. Короче говоря, ЭДС в блоке питания без нагрузки, а при подключении нагрузки — это напряжение. Это связано с тем, что количество вольт на блоке питания под нагрузкой почти всегда немного меньше, чем без нагрузки. Это связано с внутренним сопротивлением источников питания, таких как трансформаторы и гальванические элементы.

  • Электромагнитная индукция (самоиндукция)
  • Электродвигатели и генераторы
  • Больше теории
  • Электродвижущая сила дома и единицы измерения
  • Предложение

Электромагнитная индукция (самоиндукция)

Начнем с электромагнитной индукции. Это явление описывается законом электромагнитной индукции Фарадея. Физическое значение этого явления — способность электромагнитного поля наводить ЭДС в соседнем проводнике. Либо поле должно изменяться, например, по величине и направлению векторов, либо перемещаться относительно проводника, либо проводник должен перемещаться относительно этого поля. В этом случае на концах проводника возникает разность потенциалов.

Есть еще одно не менее важное явление — взаимная индукция. Он основан на том факте, что изменение направления и тока одной катушки индуцирует ЭДС на выводах соседней катушки, и широко используется в различных областях техники, включая электротехнику и электронику. Он лежит в основе работы трансформаторов, в которых магнитный поток одной обмотки индуцирует ток и напряжение в другой обмотке.

В электричестве физический эффект, называемый ЭДС, используется для создания специальных преобразователей переменного тока, которые обеспечивают желаемые эффективные значения (ток и напряжение). В результате явления индукции и самоиндукции инженерам удалось разработать множество электрических устройств, от простого индуктора до трансформатора.

Понятие взаимной индукции относится только к переменному току, который изменяет магнитный поток в цепи или проводнике.

Другие проявления этой силы, такие как разность потенциалов на полюсах гальванического элемента, характерны для электрического тока постоянной ориентации, как мы обсудим ниже.

Электродвигатели и генераторы

Такой же электромагнитный эффект наблюдается в конструкции асинхронного или синхронного электродвигателя, основным элементом которого являются индукторы. Его работа объясняется простым языком во многих учебниках, относящихся к предмету «Электротехника». Чтобы понять суть происходящих процессов, достаточно вспомнить, что индуктивная ЭДС возникает при движении проводника в другом поле.

Согласно вышеупомянутому закону электромагнитной индукции противо-ЭДС, часто называемая «противо-ЭДС», индуцируется в якоре двигателя во время работы, поскольку она следует направлению приложенного напряжения. Это также объясняет внезапное увеличение тока, потребляемого двигателем, при повышенной нагрузке или заклинивании вала, а также пусковых токах. Для электродвигателя есть все условия для появления разности потенциалов — принудительное изменение магнитного поля его катушек приводит к появлению крутящего момента на оси ротора.

К сожалению, в рамках данной статьи мы не будем углубляться в эту тему — пишите в комментариях, если вам это интересно, и мы вам об этом расскажем.

В другом электрическом устройстве — генераторе все точно так же, но процессы, происходящие в нем, идут в обратном направлении. Электрический ток протекает через обмотки ротора, и вокруг них создается магнитное поле (можно использовать постоянные магниты). Когда ротор вращается, это поле, в свою очередь, индуцирует ЭДС в обмотках статора, от которой снимается ток нагрузки.

Еще немного теории

При проектировании таких схем учитывается распределение тока и падение напряжения на отдельных элементах. Распределение первого параметра рассчитывается с помощью второго известного из физики закона Кирхгофа — суммы падений напряжения (с учетом знака) на всех ветвях замкнутой цепи, равной алгебраическойсумма ЭДС ветвей этой цепи), а их величина определяется законом Ома для данного участка цепи или законом Ома для всей цепи, формула приведена ниже:

I = E / (R + r),

E = ЭДС, R = сопротивление нагрузки, r = сопротивление источника питания

Внутреннее сопротивление сети — это сопротивление обмоток генераторов и трансформаторов, которое зависит от сечения провода, которым они намотаны, и его длины, а также внутреннего сопротивления гальванических элементов, которое зависит от состояния анод, катод и электролит.

При расчетах необходимо учитывать внутреннее сопротивление источника питания, рассматриваемое как параллельное соединение со схемой. Более точный подход, учитывающий высокие рабочие токи, учитывает сопротивление каждого соединительного проводника.

ЭДС в быту и единицы измерения

Другие примеры можно найти в практической жизни каждого обычного человека. В эту категорию входят такие привычные вещи, как батарейки и прочие миниатюрные батарейки. В этом случае рабочая ЭДС создается химическими процессами, происходящими внутри источников постоянного напряжения.

Когда из-за внутренних изменений это происходит на выводах (полюсах) аккумулятора, то элемент полностью исправен. Со временем значение ЭДС немного уменьшается, а внутреннее сопротивление значительно увеличивается.

В результате, если вы измеряете напряжение мертвой ячейки, вы увидите нормальное значение 1,5 В (или что-то в этом роде), но когда батарея подключена к нагрузке, скажем, вы вставили ее в устройство, она не работает.

Почему? Потому что, если мы предположим, что вольтметр имеет внутреннее сопротивление во много раз больше, чем внутреннее сопротивление батареи — тогда вы измерили его ЭДС. Когда аккумулятор начинает подавать ток на нагрузку на своих выводах не 1,5 В, а скажем 1,2 В — устройству не хватает напряжения или тока для нормальной работы. Именно эти 0,3В попали на внутреннее сопротивление гальванического элемента. Если батарея очень старая и ее электроды повреждены, на клеммах батареи может отсутствовать движущая сила или напряжение, т. Е. Ноль.

Этот пример наглядно показывает разницу между ЭДС и напряжением. Автор объясняет то же самое в конце видео, которое вы видите ниже.

Подробнее о том, как создается ЭДС из гальванических элементов и как ее измеряют, вы можете узнать из видео ниже:

В антенне приемника также индуцируется очень небольшая электродвижущая сила, которая затем усиливается специальными каскадами, и мы получаем сигнал телевидения, радио и даже Wi-Fi.

Заключение

Подведем итоги и вкратце напомним, что такое ЭДС и в каких единицах СИ это значение выражается.

  1. ЭДС описывает работу внешних сил (химических или физических) неэлектрического происхождения в электрической цепи. Эта сила выполняет работу по передаче электрических зарядов через него.
  2. ЭДС, как и напряжение, измеряется в вольтах.
  3. Разница между ЭДС и напряжением состоит в том, что первое измеряется без нагрузки, а второе — с нагрузкой, с учетом внутреннего сопротивления источника питания и влияющего на него.

Наконец, чтобы закрепить усвоенный вами материал, предлагаю посмотреть еще одно хорошее видео на эту тему: