emf ในฟิสิกส์คืออะไรในคำง่ายๆ วงจรไฟฟ้า

เพื่อรักษากระแสไฟฟ้าในตัวนำให้คงอยู่เป็นเวลานาน ประจุที่จ่ายจากกระแสนั้นจะต้องถูกกำจัดออกจากปลายตัวนำอย่างต่อเนื่องซึ่งมีศักยภาพต่ำกว่า (พิจารณาว่าพาหะปัจจุบันจะถือว่าเป็นประจุบวก) ในขณะที่ประจุจะถูกจ่ายอย่างต่อเนื่องจนถึงจุดสิ้นสุดด้วยศักยภาพที่สูงกว่า นั่นคือจำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีการหมุนเวียนของค่าธรรมเนียม ในรอบนี้ ค่าธรรมเนียมจะต้องเคลื่อนที่ไปตามเส้นทางปิด การเคลื่อนที่ของพาหะในปัจจุบันเกิดขึ้นได้โดยใช้แรงที่ไม่มีแหล่งกำเนิดไฟฟ้าสถิต กองกำลังดังกล่าวเรียกว่าบุคคลที่สาม ปรากฎว่าเพื่อรักษากระแส จำเป็นต้องใช้แรงภายนอกที่กระทำตามความยาวทั้งหมดของวงจรหรือในแต่ละส่วนของวงจร

ความหมายและสูตรของ EMF

คำนิยาม

ปริมาณทางกายภาพสเกลาร์ที่เท่ากับการทำงานของแรงภายนอกเพื่อเคลื่อนย้ายหน่วยประจุบวกเรียกว่า แรงเคลื่อนไฟฟ้า (EMF)ทำหน้าที่ในวงจรหรือส่วนของวงจร มีการระบุ EMF ในทางคณิตศาสตร์ เราเขียนคำจำกัดความของ EMF เป็น:

โดยที่ A คืองานที่ทำโดยแรงภายนอก q คือประจุที่งานนั้นถูกทำ

แรงเคลื่อนไฟฟ้าของแหล่งกำเนิดเป็นตัวเลขเท่ากับความต่างศักย์ที่ปลายองค์ประกอบหากเปิดอยู่ ซึ่งทำให้สามารถวัด EMF ด้วยแรงดันไฟฟ้าได้

EMF ที่ทำหน้าที่ในวงจรปิดสามารถกำหนดเป็นการไหลเวียนของเวกเตอร์แรงดึงของแรงภายนอก:

ความแรงของสนามของแรงภายนอกอยู่ที่ไหน หากความแรงของสนามของแรงภายนอกไม่เป็นศูนย์เฉพาะในบางส่วนของวงจรเท่านั้น เช่น ในส่วนที่ 1-2 ดังนั้นการรวมในนิพจน์ (2) สามารถทำได้เฉพาะในส่วนนี้เท่านั้น ดังนั้น EMF ที่กระทำต่อวงจรส่วนที่ 1-2 จึงถูกกำหนดเป็น:

สูตร (2) ให้คำจำกัดความทั่วไปที่สุดของ EMF ซึ่งสามารถใช้ได้กับทุกกรณี

กฎของโอห์มสำหรับส่วนใดก็ได้ของวงจร

ส่วนของโซ่ที่แรงภายนอกกระทำเรียกว่าต่างกัน เป็นไปตามความเท่าเทียมกันดังต่อไปนี้:

โดยที่ U 12 =IR 21 - แรงดันตก (หรือแรงดัน) ในวงจรส่วนที่ 1-2 (I-current)

– ความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างส่วนปลายของส่วน

– แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่มีอยู่ในส่วนของวงจร

เท่ากับผลรวมพีชคณิตของแรงเคลื่อนไฟฟ้าของแหล่งที่มาทั้งหมดที่อยู่ในพื้นที่ที่กำหนด

ควรคำนึงว่า EMF สามารถเป็นบวกและลบได้ EMF เรียกว่าเป็นบวกหากเพิ่มศักยภาพในทิศทางของกระแส (กระแสไหลจากลบไปยังบวกของแหล่งกำเนิด)

หน่วยวัด

มิติของ EMF เกิดขึ้นพร้อมกับมิติของศักยภาพ หน่วยพื้นฐานของการวัด EMF ในระบบ SI คือ: =Vตัวอย่างการแก้ปัญหา

ตัวอย่างออกกำลังกาย.

แรงเคลื่อนไฟฟ้าขององค์ประกอบคือ 10 V สร้างกระแสในวงจรเท่ากับ 0.4 A แรงภายนอกทำงานอะไรใน 1 นาที?

สารละลาย.

เราใช้สูตรคำนวณ EMF เป็นพื้นฐานในการแก้ปัญหา:

ประจุที่ผ่านวงจรที่กำลังพิจารณาใน 1 นาที สามารถพบได้เป็น:เราแสดงงานจาก (1.1) ใช้ (1.2) ในการคำนวณประจุเราได้รับ:

หน่วยวัด

มิติของ EMF เกิดขึ้นพร้อมกับมิติของศักยภาพ หน่วยพื้นฐานของการวัด EMF ในระบบ SI คือ: =Vลองแปลงเวลาที่กำหนดในเงื่อนไขของปัญหาเป็นวินาที (นาที=60 วินาที) แล้วทำการคำนวณ:

คำตอบ. A=240 เจแผ่นโลหะที่มีรัศมี a หมุนด้วยความเร็วเชิงมุมและเชื่อมต่อกับวงจรไฟฟ้าโดยใช้หน้าสัมผัสแบบเลื่อนที่สัมผัสแกนของดิสก์และเส้นรอบวง (รูปที่ 1) แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ปรากฏระหว่างแกนของดิสก์กับขอบด้านนอกจะเป็นอย่างไร? เกิดอะไรขึ้นแรงเคลื่อนไฟฟ้า (แรงเคลื่อนไฟฟ้า) ในวิชาฟิสิกส์? ไม่ใช่ทุกคนที่เข้าใจกระแสไฟฟ้า เช่นเดียวกับระยะห่างของจักรวาล เพียงอยู่ใต้จมูกของคุณเท่านั้น โดยทั่วไปแล้วแม้แต่นักวิทยาศาสตร์ก็ยังไม่เข้าใจเรื่องนี้อย่างถ่องแท้ ก็พอจำได้..

นิโคลา เทสลา

A=240 เจด้วยการทดลองอันโด่งดังของเขา ล้ำหน้าไปหลายศตวรรษและแม้กระทั่งทุกวันนี้ก็ยังคงอยู่ในรัศมีแห่งความลึกลับ วันนี้เราไม่ได้ไขปริศนาใหญ่ๆ แต่เรากำลังพยายามค้นหาคำตอบ EMF ในวิชาฟิสิกส์คืออะไร คำจำกัดความของ EMF ในวิชาฟิสิกส์

– แรงเคลื่อนไฟฟ้า แสดงด้วยจดหมาย- ปริมาณสเกลาร์ทางกายภาพที่แสดงลักษณะการทำงานของแรงภายนอก ( แรงที่เกิดจากแหล่งกำเนิดที่ไม่ใช่ไฟฟ้า) ทำงานในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับและไฟฟ้ากระแสตรง

A=240 เจเช่นเดียวกับ แรงดันไฟฟ้า e วัดเป็นโวลต์ อย่างไรก็ตาม EMF และแรงดันไฟฟ้าเป็นปรากฏการณ์ที่แตกต่างกัน

แรงดันไฟฟ้า(ระหว่างจุด A และ B) - ปริมาณทางกายภาพเท่ากับการทำงานของสนามไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพซึ่งดำเนินการเมื่อถ่ายโอนประจุทดสอบหนึ่งหน่วยจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง

เราอธิบายสาระสำคัญของ EMF "บนนิ้ว"

เพื่อให้เข้าใจว่าอะไรคืออะไร เราสามารถยกตัวอย่างการเปรียบเทียบได้ ลองจินตนาการว่าเรามีอ่างเก็บน้ำที่เต็มไปด้วยน้ำ ลองเปรียบเทียบหอคอยนี้กับแบตเตอรี่

น้ำจะออกแรงดันสูงสุดที่ด้านล่างของหอคอยเมื่อหอคอยเต็มแล้ว ดังนั้นยิ่งมีน้ำในหอคอยน้อยลง แรงดันและแรงดันของน้ำที่ไหลจากก๊อกน้ำก็จะยิ่งอ่อนลง หากคุณเปิดก๊อกน้ำ น้ำจะค่อยๆ ไหลออก แรกสุดภายใต้ความกดดันที่รุนแรง และไหลออกมาอย่างช้าๆ จนกระทั่งแรงดันอ่อนลงอย่างสมบูรณ์ ในที่นี้ ความตึงเครียดคือแรงดันที่น้ำออกที่ด้านล่าง ให้เราเอาส่วนล่างสุดของหอคอยเป็นระดับแรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์

มันเหมือนกันกับแบตเตอรี่ ขั้นแรกเราเชื่อมต่อแหล่งจ่ายปัจจุบัน (แบตเตอรี่) เข้ากับวงจรแล้วปิด ให้เป็นนาฬิกาหรือไฟฉาย ตราบใดที่ระดับแรงดันไฟฟ้าเพียงพอและแบตเตอรี่ยังไม่หมด ไฟฉายจะส่องสว่าง จากนั้นจึงค่อย ๆ ดับลงจนหมด

แต่จะแน่ใจได้อย่างไรว่าแรงดันไม่แห้ง? กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ วิธีรักษาระดับน้ำในหอคอยให้คงที่ และความต่างศักย์ไฟฟ้าคงที่ที่ขั้วของแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า ตามตัวอย่างของหอคอย EMF จะแสดงเป็นปั๊มที่รับรองว่ามีน้ำใหม่ไหลเข้าสู่หอคอย

ธรรมชาติของแรงเคลื่อนไฟฟ้า

สาเหตุของการเกิด EMF ในแหล่งกระแสต่าง ๆ นั้นแตกต่างกัน ตามลักษณะของเหตุการณ์ แบ่งประเภทได้ดังต่อไปนี้:

• แรงเคลื่อนไฟฟ้าเคมีเกิดขึ้นในแบตเตอรี่และตัวสะสมเนื่องจากปฏิกิริยาทางเคมี
• เทอร์โม EMFเกิดขึ้นเมื่อมีการเชื่อมต่อหน้าสัมผัสของตัวนำที่แตกต่างกันซึ่งมีอุณหภูมิต่างกัน
• แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำเกิดขึ้นในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเมื่อวางตัวนำหมุนไว้ในสนามแม่เหล็ก แรงเคลื่อนไฟฟ้าจะถูกเหนี่ยวนำในตัวนำเมื่อตัวนำข้ามเส้นแรงของสนามแม่เหล็กคงที่หรือเมื่อสนามแม่เหล็กเปลี่ยนขนาด
• แรงเคลื่อนไฟฟ้าโฟโตอิเล็กทริคการเกิดขึ้นของ EMF นี้เกิดจากการเกิดปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริคภายนอกหรือภายใน
• แรงเคลื่อนไฟฟ้าเพียโซอิเล็กทริก EMF เกิดขึ้นเมื่อสารถูกยืดหรือบีบอัด

เพื่อน ๆ ที่รัก วันนี้เรามาดูหัวข้อ “EMF สำหรับหุ่นจำลอง” ดังที่เราเห็น EMF – แรงที่ไม่ใช่ไฟฟ้าซึ่งรักษาการไหลของกระแสไฟฟ้าในวงจร หากคุณต้องการทราบวิธีแก้ไขปัญหา EMF เราขอแนะนำให้คุณติดต่อ ถึงผู้เขียนของเรา– ผู้เชี่ยวชาญที่ได้รับการคัดเลือกและตรวจสอบอย่างรอบคอบซึ่งจะอธิบายกระบวนการแก้ไขปัญหาเฉพาะเรื่องอย่างรวดเร็วและชัดเจน และตามธรรมเนียมแล้ว ในตอนท้ายเราขอเชิญคุณชมวิดีโอการฝึกอบรม สนุกกับการรับชมและขอให้โชคดีกับการเรียนของคุณ!

เนื้อหา:

เมื่อแนวคิดเรื่อง "อิเล็กตรอน" เกิดขึ้น ผู้คนจึงเชื่อมโยงแนวคิดนี้กับงานเฉพาะเจาะจงทันที อิเล็กตรอนเป็นภาษากรีกที่แปลว่าอำพัน ความจริงที่ว่าชาวกรีกโดยทั่วไปเพื่อค้นหาหินวิเศษที่ไร้ประโยชน์นี้ต้องเดินทางค่อนข้างไกลไปทางเหนือ - โดยทั่วไปแล้วความพยายามดังกล่าวไม่นับรวมที่นี่ แต่มันก็คุ้มค่าที่จะทำงานบ้าง - ใช้มือถูก้อนกรวดบนผ้าขนสัตว์แห้ง - และได้รับคุณสมบัติใหม่ ทุกคนรู้เรื่องนี้ ถูแบบนั้นเพื่อประโยชน์โดยไม่สนใจอย่างแท้จริงเพื่อสังเกตว่าเศษเล็กเศษน้อยเริ่มถูกดึงดูดเข้าสู่ "อิเล็กตรอน" ได้อย่างไร: จุดฝุ่น, ผม, ด้าย, ขนนก ต่อมาเมื่อปรากฏการณ์ทั้งระดับปรากฏขึ้น ต่อมารวมกันภายใต้แนวคิดเรื่อง "ไฟฟ้า" งานที่ต้องใช้จ่ายออกไปไม่ได้ทำให้ผู้คนมีความสงบสุข เนื่องจากคุณต้องเสียเงินเพื่อหลอกฝุ่นละออง จึงเป็นการดีที่จะบันทึกงานนี้ สะสมไว้ แล้วนำกลับคืนมา

ดังนั้น จากกลอุบายที่ซับซ้อนมากขึ้นเรื่อยๆ ด้วยวัสดุที่แตกต่างกันและการใช้เหตุผลเชิงปรัชญา เราจึงเรียนรู้ที่จะรวบรวมพลังวิเศษนี้ไว้ในขวดโหล แล้วจึงค่อย ๆ หลุดออกจากโถ ทำให้เกิดการกระทำที่สัมผัสได้อยู่แล้วและวัดผลได้ในไม่ช้า และพวกเขาวัดมันอย่างชาญฉลาด โดยมีลูกบอลไหมหรือแท่งไหมสองสามอันและสเกลสปริงบิด แม้กระทั่งตอนนี้เรายังใช้สูตรเดียวกันนี้อย่างจริงจังในการคำนวณวงจรไฟฟ้าที่ขณะนี้แผ่กระจายไปทั่วทั้งโลก ซึ่งซับซ้อนอย่างไร้ขอบเขตเมื่อเทียบกับอุปกรณ์แรกๆ เหล่านั้น .

และชื่อของมารผู้ยิ่งใหญ่ที่นั่งอยู่ในขวดโหลนี้ยังคงเต็มไปด้วยความยินดีของผู้ค้นพบมายาวนาน: “พลังไฟฟ้า” แต่แรงนี้ไม่ใช่พลังงานไฟฟ้าเลย ในทางตรงกันข้าม มันเป็นพลังภายนอกและน่ากลัวที่บังคับให้ประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ "ขัดกับความประสงค์" นั่นคือเอาชนะการผลักไสซึ่งกันและกัน และรวมตัวกันที่ไหนสักแห่งที่ด้านใดด้านหนึ่ง ซึ่งส่งผลให้เกิดความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้น สามารถใช้โดยการปล่อยประจุในลักษณะอื่น โดยที่พวกเขาไม่ได้รับการ "ปกป้อง" จาก EMF อันเลวร้ายนี้ และบังคับให้คุณทำงานบางอย่าง

หลักการทำงาน

EMF เป็นแรงที่มีลักษณะแตกต่างออกไปมาก แม้ว่าจะวัดเป็นโวลต์:

• เคมี. เกิดขึ้นจากกระบวนการเปลี่ยนทางเคมีของไอออนของโลหะบางชนิดด้วยไอออนของโลหะอื่น ๆ (มีฤทธิ์มากขึ้น) เป็นผลให้มีอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้นโดยพยายาม "หลบหนี" ที่ขอบของตัวนำที่ใกล้ที่สุด กระบวนการนี้สามารถย้อนกลับหรือย้อนกลับไม่ได้ กลับด้านได้ - ในแบตเตอรี่ สามารถชาร์จได้โดยการส่งไอออนที่มีประจุกลับเข้าไปในสารละลาย ซึ่งจะทำให้สารละลายมีความเป็นกรดมากขึ้น เช่น (ในแบตเตอรี่กรด) ความเป็นกรดของอิเล็กโทรไลต์เป็นสาเหตุของแรงเคลื่อนไฟฟ้าของแบตเตอรี่ และจะทำงานอย่างต่อเนื่องจนกว่าสารละลายจะเป็นกลางทางเคมีโดยสมบูรณ์

• แมกนีโตไดนามิกส์ เกิดขึ้นเมื่อตัวนำซึ่งอยู่ในอวกาศสัมผัสกับสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงไป ทั้งจากการเคลื่อนที่ของแม่เหล็กสัมพันธ์กับตัวนำ หรือจากการเคลื่อนที่ของตัวนำสัมพันธ์กับสนามแม่เหล็ก ในกรณีนี้ อิเล็กตรอนมีแนวโน้มที่จะเคลื่อนที่ในตัวนำ ซึ่งช่วยให้จับและวางบนหน้าสัมผัสเอาท์พุตของอุปกรณ์ได้ ทำให้เกิดความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้น

• แม่เหล็กไฟฟ้า สนามแม่เหล็กสลับถูกสร้างขึ้นในวัสดุแม่เหล็กโดยแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับในขดลวดปฐมภูมิ ในขดลวดทุติยภูมิ การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนจะเกิดขึ้น และด้วยเหตุนี้แรงดันไฟฟ้าจึงเป็นสัดส่วนกับแรงดันไฟฟ้าในขดลวดปฐมภูมิ หม้อแปลงไฟฟ้าสามารถกำหนดได้ด้วยสัญลักษณ์ EMF ในวงจรสมมูลที่เทียบเท่ากัน

• ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ แสงที่กระทบกับวัสดุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าอาจทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกมา ซึ่งก็คือทำให้พวกมันเป็นอิสระ อนุภาคส่วนเกินเหล่านี้ถูกสร้างขึ้น ส่งผลให้อนุภาคส่วนเกินถูกผลักไปยังขั้วไฟฟ้า (ขั้วบวก) อันใดอันหนึ่ง แรงดันไฟฟ้าเกิดขึ้นซึ่งสามารถสร้างกระแสไฟฟ้าได้ อุปกรณ์ดังกล่าวเรียกว่าโฟโตเซลล์ ในขั้นต้น โฟโตเซลล์สุญญากาศถูกประดิษฐ์ขึ้น โดยติดตั้งอิเล็กโทรดไว้ในขวดที่มีสุญญากาศ ในกรณีนี้ อิเล็กตรอนถูกผลักออกไปนอกแผ่นโลหะ (แคโทด) และถูกจับโดยอิเล็กโทรดอื่น (แอโนด) ตาแมวดังกล่าวพบการใช้งานในเซ็นเซอร์วัดแสง ด้วยการประดิษฐ์โฟโตเซลล์เซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้งานได้จริงมากขึ้น จึงเป็นไปได้ที่จะสร้างแบตเตอรี่ที่ทรงพลังจากพวกมันเพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้าที่สำคัญโดยการรวมแรงเคลื่อนไฟฟ้าของพวกมันแต่ละตัว

• เทอร์โมอิเล็กทริก หากโลหะหรือเซมิคอนดักเตอร์ที่แตกต่างกันสองชนิดถูกบัดกรีที่จุดหนึ่งแล้วส่งความร้อนไปยังจุดนี้ เช่น เทียน จากนั้นที่ปลายด้านตรงข้ามของโลหะคู่ (เทอร์โมคัปเปิล) ความแตกต่างในความหนาแน่นของก๊าซอิเล็กตรอนจะปรากฏขึ้น . ความแตกต่างนี้อาจสะสมได้หากเชื่อมต่อเทอร์โมคัปเปิลแบบอนุกรม คล้ายกับการเชื่อมต่อเซลล์กัลวานิกในแบตเตอรี่หรือเซลล์แสงอาทิตย์แต่ละเซลล์ในแผงโซลาร์เซลล์ ThermoEMF ใช้ในเซ็นเซอร์อุณหภูมิที่แม่นยำมาก ปรากฏการณ์นี้เกี่ยวข้องกับผลกระทบหลายประการ (Peltier, Thomson, Seebeck) ซึ่งกำลังได้รับการศึกษาอย่างประสบความสำเร็จ เป็นข้อเท็จจริงที่ว่าความร้อนสามารถเปลี่ยนเป็นแรงเคลื่อนไฟฟ้าได้โดยตรง ซึ่งก็คือแรงดันไฟฟ้า

• ไฟฟ้าสถิต. แหล่งที่มาของ EMF ดังกล่าวถูกประดิษฐ์ขึ้นเกือบจะพร้อมกันกับองค์ประกอบกัลวานิกหรือก่อนหน้านี้ด้วยซ้ำ (หากเราถือว่าการถูสีเหลืองอำพันด้วยไหมเป็นการผลิต EMF ปกติ) เรียกอีกอย่างว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบอิเล็กโทรฟอริก หรือตามชื่อของผู้ประดิษฐ์ นั่นคือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าวิมเฮิสต์ แม้ว่า Wimshurst จะสร้างโซลูชันทางเทคนิคที่ชัดเจนซึ่งช่วยให้สามารถสะสมศักยภาพที่ถูกลบออกไว้ในโถ Leyden ซึ่งเป็นตัวเก็บประจุตัวแรก (และมีความจุที่ดี) เครื่องอิเล็กโทรฟอร์เครื่องแรกถือได้ว่าเป็นลูกบอลกำมะถันขนาดใหญ่ที่ติดตั้งอยู่บนแกนซึ่งเป็นเครื่องมือของนายอำเภอเมืองมักเดบูร์ก Otto von Guericke ในช่วงกลางศตวรรษที่ 17 หลักการทำงานคือการถูวัสดุที่ถูกไฟฟ้าได้ง่ายจากแรงเสียดทาน จริงอยู่ที่ความก้าวหน้าของ von Guericke สามารถเรียกได้ว่าเป็นไปตามคำพูดที่ขับเคลื่อนด้วยความเกียจคร้านเมื่อไม่มีความปรารถนาที่จะถูอำพันหรือสิ่งอื่นใดด้วยมือ แม้ว่าแน่นอนว่านักการเมืองที่อยากรู้อยากเห็นคนนี้จะมีจินตนาการและกิจกรรมมากมาย อย่างน้อยให้เรานึกถึงการทดลองอันโด่งดังของเขากับสายลาสองสาย (หรือล่อ) ฉีกลูกบอลโดยไม่มีอากาศด้วยโซ่ออกเป็นสองซีกโลก

การใช้พลังงานไฟฟ้าตามที่คิดไว้แต่แรกนั้นเกิดขึ้นอย่างแม่นยำจาก "แรงเสียดทาน" กล่าวคือโดยการถูสีเหลืองอำพันด้วยผ้าขี้ริ้ว เราจะ "ฉีก" อิเล็กตรอนออกจากพื้นผิวของมัน อย่างไรก็ตามการวิจัยพบว่ามันไม่ง่ายอย่างนั้น ปรากฎว่ามีประจุผิดปกติบนพื้นผิวของไดอิเล็กทริกอยู่เสมอ และความผิดปกติเหล่านี้ดึงดูดไอออนจากอากาศ ชั้นเคลือบอากาศไอออนิกจะเกิดขึ้น ซึ่งเราสร้างความเสียหายโดยการถูพื้นผิว

• เทอร์โมโอนิค เมื่อโลหะได้รับความร้อน อิเล็กตรอนจะถูกดึงออกจากพื้นผิว ในสุญญากาศ พวกมันไปถึงอิเล็กโทรดอีกอันหนึ่งและเหนี่ยวนำให้เกิดศักย์ไฟฟ้าลบที่นั่น นี่เป็นทิศทางที่มีแนวโน้มมากในขณะนี้ รูปภาพนี้แสดงโครงร่างสำหรับการปกป้องเครื่องบินที่มีความเร็วเหนือเสียงจากความร้อนสูงเกินของส่วนต่างๆ ของร่างกายโดยการไหลของอากาศสวนทาง และอิเล็กตรอนความร้อนที่ปล่อยออกมาจากแคโทด (ซึ่งถูกทำให้เย็นลงในเวลาเดียวกัน - การกระทำพร้อมกันของ Peltier และ/หรือ Thomson ผลกระทบ) ไปถึงขั้วบวก ทำให้เกิดประจุบนขั้วบวก สามารถใช้ประจุหรือแรงดันไฟฟ้าซึ่งเท่ากับ EMF ที่เกิดขึ้นในวงจรการบริโภคภายในอุปกรณ์ได้

1 - แคโทด, 2 - แอโนด, 3, 4 - แคโทดและก๊อกแอโนด, 5 - ผู้บริโภค

• เพียโซอิเล็กทริก ไดอิเล็กตริกที่เป็นผลึกจำนวนมากเมื่อสัมผัสกับแรงกดดันทางกลต่อตัวเองในทิศทางใดก็ตาม จะตอบสนองต่อมันโดยกระตุ้นให้เกิดความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างพื้นผิวของพวกมัน ความแตกต่างนี้ขึ้นอยู่กับแรงกดที่ใช้ ดังนั้นจึงมีการใช้งานในเซ็นเซอร์แรงดันแล้ว ไฟแช็คเพียโซอิเล็กทริกสำหรับเตาแก๊สไม่จำเป็นต้องใช้แหล่งพลังงานอื่น - เพียงแค่กดปุ่มด้วยนิ้วของคุณ เป็นที่ทราบกันว่ามีความพยายามที่จะสร้างระบบจุดระเบิดเพียโซอิเล็กทริกในรถยนต์โดยใช้เพียโซเซรามิกส์ ซึ่งรับแรงดันจากระบบลูกเบี้ยวที่เชื่อมต่อกับเพลาหลักของเครื่องยนต์ เพียโซอิเล็กทริก "ดี" ซึ่งมีสัดส่วนของ EMF ต่อแรงดันมีความแม่นยำสูง มีความแข็งมาก (เช่น ควอตซ์) และแทบไม่เปลี่ยนรูปภายใต้แรงดันเชิงกล

• อย่างไรก็ตาม การได้รับแรงกดดันเป็นเวลานานจะทำให้เกิดการทำลายล้าง ในธรรมชาติ ชั้นหินหนาก็เป็นเพียโซอิเล็กทริกเช่นกัน ความกดดันของชั้นโลกทำให้เกิดประจุมหาศาลบนพื้นผิว ซึ่งก่อให้เกิดพายุไททานิคและพายุฝนฟ้าคะนองในส่วนลึกของโลก อย่างไรก็ตามไม่ใช่ทุกสิ่งที่น่ากลัวนัก เพียโซอิเล็กทริกแบบยืดหยุ่นได้รับการพัฒนาแล้วและแม้แต่การผลิตผลิตภัณฑ์ที่ใช้พวกมัน (และบนพื้นฐานของนาโนเทคโนโลยี) เพื่อขายก็ได้เริ่มขึ้นแล้ว

เป็นที่ชัดเจนว่าหน่วยวัด EMF คือหน่วยของแรงดันไฟฟ้า เนื่องจากกลไกที่หลากหลายที่สุดที่สร้างแรงเคลื่อนไฟฟ้าของแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าล้วนเปลี่ยนประเภทของพลังงานให้เป็นการเคลื่อนที่และการสะสมของอิเล็กตรอน และสิ่งนี้นำไปสู่การปรากฏตัวของแรงดันไฟฟ้าดังกล่าวในท้ายที่สุด

กระแสที่เกิดจาก EMF

แรงเคลื่อนไฟฟ้าของแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าเป็นแรงผลักดันเนื่องจากอิเล็กตรอนจากแหล่งกำเนิดเริ่มเคลื่อนที่หากวงจรไฟฟ้าปิดอยู่ พวกเขาถูกบังคับให้ทำเช่นนี้โดย EMF โดยใช้ธรรมชาติ "ครึ่งหนึ่ง" ที่ไม่ใช่ไฟฟ้า ซึ่งไม่ได้ขึ้นอยู่กับครึ่งหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับอิเล็กตรอน เนื่องจากเชื่อกันว่ากระแสในวงจรไหลจากบวกไปลบ (การกำหนดทิศทางนี้เกิดขึ้นก่อนที่ทุกคนจะรู้ว่าอิเล็กตรอนเป็นอนุภาคลบ) จากนั้นภายในอุปกรณ์ที่มี EMF กระแสจะทำการเคลื่อนไหวครั้งสุดท้าย - จากลบถึง บวก และมักจะวาดที่สัญญาณ EMF โดยที่ลูกศรชี้ไปที่ - + เฉพาะในทั้งสองกรณี - ทั้งภายใน EMF ของแหล่งกำเนิดปัจจุบันและภายนอกนั่นคือในวงจรการบริโภค - เรากำลังเผชิญกับกระแสไฟฟ้าที่มีคุณสมบัติบังคับทั้งหมด ในตัวนำ กระแสจะพบกับความต้านทาน และตรงนี้ ในครึ่งแรกของวงจร เรามีความต้านทานโหลด ในช่วงที่สอง ความต้านทานภายใน เรามีความต้านทานแหล่งที่มาหรือความต้านทานภายใน

กระบวนการภายในไม่ทำงานทันที (แม้ว่าจะเร็วมาก) แต่จะมีความเข้มข้นในระดับหนึ่ง มันทำงานเพื่อส่งประจุจากลบไปบวก และยังต้องเผชิญกับการต่อต้าน...

การต่อต้านมีสองประเภท

1. ความต้านทานภายในทำงานกับแรงที่แยกประจุออก โดยธรรมชาติจะ "ใกล้เคียง" กับแรงแยกเหล่านี้ อย่างน้อยมันก็ทำงานร่วมกับพวกเขาได้ในกลไกเดียว ตัวอย่างเช่น กรดที่รับออกซิเจนจากตะกั่วไดออกไซด์และแทนที่ด้วย SO 4 - ไอออนจะทนต่อสารเคมีได้อย่างแน่นอน และนี่คือสิ่งที่แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าเป็นงานของความต้านทานภายในของแบตเตอรี่
2. เมื่อครึ่งนอก (เอาต์พุต) ของวงจรไม่ได้ปิด การปรากฏตัวของอิเล็กตรอนมากขึ้นที่ขั้วใดขั้วหนึ่ง (และลดลงจากขั้วอีกขั้วหนึ่ง) จะทำให้ความแรงของสนามไฟฟ้าสถิตที่ขั้วแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นและเพิ่มขึ้น ในการผลักกันระหว่างอิเล็กตรอน สิ่งนี้ทำให้ระบบ "ไม่บ้า" และหยุดที่สถานะอิ่มตัว ไม่มีการรับอิเล็กตรอนจากแบตเตอรี่ออกสู่ภายนอกอีกต่อไป และภายนอกนี้ดูเหมือนมีแรงดันไฟฟ้าคงที่ระหว่างขั้วแบตเตอรี่ซึ่งเรียกว่า U xx ซึ่งเป็นแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด และมีค่าเท่ากับตัวเลข EMF - แรงเคลื่อนไฟฟ้า ดังนั้นหน่วยวัดของ EMF คือโวลต์ (ในระบบ SI)

แต่ถ้าคุณเพียงแค่เชื่อมต่อโหลดตัวนำที่มีความต้านทานที่ไม่เป็นศูนย์กับแบตเตอรี่กระแสไฟฟ้าจะไหลทันทีซึ่งความแรงจะถูกกำหนดโดยกฎของโอห์ม

ดูเหมือนว่าสามารถวัดความต้านทานภายในของแหล่งกำเนิด EMF ได้ มันคุ้มค่าที่จะเชื่อมต่อแอมป์มิเตอร์เข้ากับวงจรและแบ่ง (ลัดวงจร) ความต้านทานภายนอก อย่างไรก็ตาม ความต้านทานภายในต่ำมากจนแบตเตอรี่จะเริ่มคายประจุอย่างร้ายแรง ทำให้เกิดความร้อนจำนวนมหาศาล ทั้งบนตัวนำไฟฟ้าลัดวงจรภายนอกและในพื้นที่ภายในของแหล่งกำเนิด

อย่างไรก็ตาม คุณสามารถทำได้แตกต่างออกไป:

1. วัด E (จำไว้ว่า แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด หน่วยวัด - โวลต์)
2. เชื่อมต่อตัวต้านทานเป็นโหลดและวัดแรงดันตกคร่อมตัวต้านทานนั้น คำนวณกระแส I 1
3. คุณสามารถคำนวณค่าความต้านทานภายในของแหล่งกำเนิด EMF ได้โดยใช้นิพจน์สำหรับ r

โดยทั่วไป ความสามารถในการผลิตไฟฟ้าของแบตเตอรี่จะวัดจาก "ความจุ" พลังงานของแบตเตอรี่ในหน่วยแอมแปร์ชั่วโมง แต่เป็นเรื่องที่น่าสนใจที่จะเห็นว่ามันสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าสูงสุดได้เท่าใด แม้ว่าบางทีแรงเคลื่อนไฟฟ้าของแหล่งกำเนิดปัจจุบันอาจทำให้มันระเบิดได้ เนื่องจากแนวคิดในการจัดเรียงไฟฟ้าลัดวงจรนั้นดูไม่น่าดึงดูดนักเราจึงสามารถคำนวณค่านี้ได้ในทางทฤษฎีเท่านั้น แรงเคลื่อนไฟฟ้าเท่ากับ U xx คุณเพียงแค่ต้องวาดกราฟของแรงดันตกคร่อมตัวต้านทานกับกระแส (และความต้านทานโหลด) จนถึงจุดที่ความต้านทานโหลดเป็นศูนย์ นี่คือประเด็น ฉันไฟฟ้าลัดวงจร, จุดตัดของเส้นสีแดงกับเส้นพิกัด ฉัน โดยที่แรงดันไฟฟ้า U กลายเป็นศูนย์ และแรงดันไฟฟ้า E ทั้งหมดของแหล่งกำเนิดจะลดลงผ่านความต้านทานภายใน

แนวคิดพื้นฐานที่ดูเหมือนเรียบง่ายมักจะไม่สามารถเข้าใจได้เสมอไปหากไม่มีตัวอย่างและการเปรียบเทียบ แรงเคลื่อนไฟฟ้าคืออะไรและทำงานอย่างไรสามารถจินตนาการได้โดยพิจารณาจากอาการต่างๆ มากมายของมัน แต่มันก็คุ้มค่าที่จะพิจารณาคำจำกัดความของ EMF เนื่องจากได้รับจากแหล่งข้อมูลที่มีชื่อเสียงโดยใช้คำศัพท์ทางวิชาการที่ชาญฉลาด - และเริ่มต้นใหม่อีกครั้ง: แรงเคลื่อนไฟฟ้าของแหล่งกำเนิดปัจจุบัน หรือเพียงเขียนไว้บนผนังด้วยตัวอักษรสีทอง:

และความสัมพันธ์กับพารามิเตอร์อื่น ๆ คืออะไร ให้เราทราบทันทีว่าแม้ว่าในชีวิตประจำวันเราทุกคนใช้เครื่องใช้ไฟฟ้าได้สำเร็จ นี่คือสาเหตุหนึ่งที่ทำให้คำจำกัดความมีความซับซ้อนโดยไม่จำเป็น น่าเสียดายที่แม้แต่แรงเคลื่อนไฟฟ้าซึ่งเป็นพื้นฐานของวิศวกรรมไฟฟ้านี้ก็ยังได้รับการคุ้มครองในลักษณะที่ค่อนข้างยากสำหรับคนที่ไม่คุ้นเคยกับไฟฟ้าที่จะเข้าใจสิ่งใด ๆ เราจะอธิบายปัญหานี้โดยใช้คำศัพท์และตัวอย่างที่ทุกคนเข้าใจได้

ในตัวนำเรียกว่า "กระแสไฟฟ้า" ดังที่คุณทราบ วัตถุทั้งหมดในโลกวัตถุของเราประกอบด้วยอะตอม เพื่อให้เข้าใจง่ายขึ้น เราสามารถสรุปได้ว่าแต่ละอะตอมจะแสดงเป็นนิวเคลียสที่ลดลงหลายล้านเท่า นิวเคลียสตั้งอยู่ตรงกลาง และอิเล็กตรอนหมุนในวงโคจรเป็นวงกลมในระยะห่างที่ต่างกัน

ด้วยอิทธิพลภายนอกบางอย่าง แรงเคลื่อนไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นในตัวนำที่สร้างวงจรปิด และการกระแทก "ทำให้" เวเลนซ์อิเล็กตรอนหลุดออกจากวงโคจรในอะตอม ดังนั้นอิเล็กตรอนอิสระและไอออนที่มีประจุบวกจึงเกิดขึ้น

แรงเคลื่อนไฟฟ้าเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อที่จะ "บังคับ" ประจุให้เคลื่อนที่ไปตามตัวนำและองค์ประกอบของวงจรอย่างต่อเนื่องในทิศทางที่แน่นอน หากไม่มีมันกระแสก็จะหายไปเกือบจะในทันที การเปรียบเทียบไฟฟ้ากับน้ำจะช่วยให้คุณเข้าใจว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าคืออะไร ส่วนตรงของท่อเป็นตัวนำไฟฟ้า ทั้งสองด้านเปิดออกสู่แหล่งน้ำ ตราบใดที่ระดับน้ำในอ่างเก็บน้ำเท่ากันและไม่มีความลาดเอียง ของเหลวในท่อจะไม่นิ่ง

แน่นอนว่าคุณสามารถทำให้มันเคลื่อนที่ได้สามวิธี: สร้างความแตกต่างของความสูง (ตามความชันหรือปริมาณของของเหลวในอ่างเก็บน้ำ) หรือโดยแรงปั๊ม จุดสำคัญ: ถ้าเราพูดถึงความแตกต่างของความสูง นั่นหมายถึงความตึงเครียด สำหรับ EMF การเคลื่อนไหวนั้น "ถูกบังคับ" เนื่องจากแรงภายนอกที่ออกแรงมีอิทธิพลนั้นไม่มีศักยภาพ

แหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าใดๆ มี EMF ซึ่งเป็นแรงเดียวกับที่รักษาการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุ (ในการเปรียบเทียบข้างต้น จะทำให้น้ำเคลื่อนที่) วัดเป็นโวลต์ ชื่อนี้บ่งบอกได้ด้วยตัวมันเอง: EMF แสดงถึงลักษณะของการทำงานของแรงภายนอกที่กระทำกับส่วนของวงจร โดยจะย้ายแต่ละหน่วยประจุจากขั้วหนึ่งไปยังอีกขั้วหนึ่ง (ระหว่างขั้วปลายสาย) เป็นตัวเลขเท่ากับอัตราส่วนของงานของแรงภายนอกที่ใช้กับขนาดของประจุที่ถ่ายโอน

ความต้องการแหล่ง EMF ทางอ้อมสามารถได้มาจากกฎการอนุรักษ์พลังงานและคุณสมบัติของตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน ในวงจรปิด งานที่ทำโดยสนามเพื่อเคลื่อนย้ายประจุจะเป็นศูนย์ อย่างไรก็ตาม ตัวนำจะร้อนขึ้น (และยิ่งกระแสไหลผ่านมากขึ้นต่อหน่วยเวลา) สรุป: จะต้องมีส่วนแบ่งพลังงานของบุคคลที่สามในวงจร แรงภายนอกที่ระบุคือสนามแม่เหล็กในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซึ่งกระตุ้นอิเล็กตรอนอย่างต่อเนื่อง พลังงานปฏิกิริยาเคมีในแบตเตอรี่

แรงเคลื่อนไฟฟ้าของการเหนี่ยวนำถูกค้นพบครั้งแรกโดยการทดลองในปี พ.ศ. 2374 เขาพบว่ากระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นในตัวนำที่ถูกแทงด้วยเส้นความเข้มของสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลง อิทธิพลของสนามทำให้อิเล็กตรอนชั้นนอกในอะตอมขาดพลังงานซึ่งเป็นผลมาจากการที่พวกมันแตกตัวและเริ่มเคลื่อนที่ (กระแสปรากฏขึ้น) แน่นอนว่าไม่มีการเคลื่อนที่ของอนุภาคโดยตรง (เราจะจำสัมพัทธภาพของสัจพจน์ของวิศวกรรมไฟฟ้าได้อย่างไร) แต่มีการแลกเปลี่ยนอนุภาคระหว่างอะตอมใกล้เคียง

แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่พัฒนาขึ้นนั้นเป็นลักษณะภายในของแหล่งพลังงานใดๆ

ในเนื้อหานี้ เราจะเข้าใจแนวคิดเรื่องแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในสถานการณ์ที่เกิดขึ้น นอกจากนี้เรายังจะถือว่าการเหนี่ยวนำเป็นพารามิเตอร์สำคัญสำหรับการเกิดฟลักซ์แม่เหล็กเมื่อสนามไฟฟ้าปรากฏในตัวนำ

การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าคือการสร้างกระแสไฟฟ้าจากสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา ต้องขอบคุณการค้นพบของฟาราเดย์และเลนซ์ รูปแบบจึงถูกกำหนดให้เป็นกฎ ซึ่งนำความสมมาตรมาสู่ความเข้าใจเกี่ยวกับการไหลของแม่เหล็กไฟฟ้า ทฤษฎีของแมกซ์เวลล์รวบรวมความรู้เกี่ยวกับกระแสไฟฟ้าและฟลักซ์แม่เหล็ก ต้องขอบคุณการค้นพบของ Hertz มนุษยชาติจึงได้เรียนรู้เกี่ยวกับโทรคมนาคม

สนามแม่เหล็กไฟฟ้าจะปรากฏขึ้นรอบๆ ตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้า แต่ในทางกลับกัน ปรากฏการณ์ตรงกันข้ามก็เกิดขึ้นเช่นกัน นั่นคือ การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ลองพิจารณาฟลักซ์แม่เหล็กโดยใช้ตัวอย่าง: หากวางเฟรมที่ทำจากตัวนำไว้ในสนามไฟฟ้าที่มีการเหนี่ยวนำและเคลื่อนจากบนลงล่างตามแนวแรงแม่เหล็กหรือตั้งฉากซ้ายและขวากับพวกมันจากนั้นฟลักซ์แม่เหล็กจะผ่านกรอบ จะเป็นค่าคงที่

เมื่อเฟรมหมุนรอบแกน หลังจากนั้นครู่หนึ่ง ฟลักซ์แม่เหล็กก็จะเปลี่ยนไปตามจำนวนหนึ่ง เป็นผลให้แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำปรากฏขึ้นในเฟรมและกระแสไฟฟ้าปรากฏขึ้นซึ่งเรียกว่าการเหนี่ยวนำ

แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ

ให้เราเข้าใจรายละเอียดว่าแนวคิดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำคืออะไร เมื่อตัวนำวางอยู่ในสนามแม่เหล็กและเคลื่อนที่โดยมีจุดตัดของเส้นสนาม แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เรียกว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะปรากฏขึ้นในตัวนำ นอกจากนี้ยังเกิดขึ้นหากตัวนำยังคงนิ่งอยู่ และสนามแม่เหล็กเคลื่อนที่และตัดกับตัวนำด้วยเส้นแรง

เมื่อตัวนำที่เกิด EMF ถูกปิดกับวงจรภายนอก เนื่องจากการมีอยู่ของ EMF นี้ กระแสเหนี่ยวนำจะเริ่มไหลผ่านวงจร การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำ EMF ในตัวนำในขณะที่มันถูกข้ามโดยเส้นสนามแม่เหล็ก

การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นกระบวนการย้อนกลับของการเปลี่ยนพลังงานกลเป็นกระแสไฟฟ้า แนวคิดนี้และกฎหมายใช้กันอย่างแพร่หลายในวิศวกรรมไฟฟ้า เครื่องจักรไฟฟ้าส่วนใหญ่มีพื้นฐานมาจากปรากฏการณ์นี้

กฎของฟาราเดย์และเลนซ์

กฎของฟาราเดย์และเลนซ์สะท้อนถึงรูปแบบการเกิดขึ้นของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

ฟาราเดย์ค้นพบว่าผลกระทบทางแม่เหล็กเกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กเมื่อเวลาผ่านไป ในขณะนี้กระแสแม่เหล็กสลับข้ามตัวนำซึ่งมีแรงเคลื่อนไฟฟ้าเกิดขึ้นซึ่งนำไปสู่การสร้างกระแสไฟฟ้า ทั้งแม่เหล็กถาวรและแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถสร้างกระแสไฟฟ้าได้

นักวิทยาศาสตร์ระบุว่าความเข้มของกระแสเพิ่มขึ้นตามการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วของจำนวนเส้นแรงที่ตัดกับวงจร นั่นคือ EMF ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าจะขึ้นอยู่กับความเร็วของฟลักซ์แม่เหล็กโดยตรง

ตามกฎของฟาราเดย์ สูตรแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำมีดังต่อไปนี้:

เครื่องหมายลบบ่งบอกถึงความสัมพันธ์ระหว่างขั้วของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ ทิศทางการไหลและความเร็วที่เปลี่ยนแปลง

ตามกฎของเลนซ์ แรงเคลื่อนไฟฟ้าสามารถแสดงลักษณะได้ขึ้นอยู่กับทิศทางของมัน การเปลี่ยนแปลงใด ๆ ของฟลักซ์แม่เหล็กในขดลวดจะทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำและเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วจะสังเกตเห็นแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น

หากขดลวดที่มีแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำมีการลัดวงจรไปยังวงจรภายนอกจากนั้นกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะไหลผ่านซึ่งเป็นผลมาจากการที่สนามแม่เหล็กปรากฏรอบ ๆ ตัวนำและขดลวดจะได้รับคุณสมบัติของโซลินอยด์ เป็นผลให้สนามแม่เหล็กของมันเกิดขึ้นรอบขดลวด

อี.เอช. Lenz สร้างรูปแบบตามทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำในขดลวดและแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำถูกกำหนด กฎหมายระบุว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในขดลวด เมื่อฟลักซ์แม่เหล็กเปลี่ยนแปลง จะก่อให้เกิดกระแสในขดลวดในทิศทางที่ฟลักซ์แม่เหล็กของขดลวดทำให้สามารถหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กภายนอกได้

กฎของเลนซ์ใช้กับทุกสถานการณ์ของการเหนี่ยวนำกระแสไฟฟ้าในตัวนำ โดยไม่คำนึงถึงการกำหนดค่าและวิธีการเปลี่ยนสนามแม่เหล็กภายนอก

การเคลื่อนตัวของเส้นลวดในสนามแม่เหล็ก

ค่าของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำถูกกำหนดขึ้นอยู่กับความยาวของตัวนำที่ตัดผ่านเส้นสนาม เมื่อมีสายไฟจำนวนมากขึ้น ขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะเพิ่มขึ้น เมื่อสนามแม่เหล็กและการเหนี่ยวนำเพิ่มขึ้น ค่า EMF จะเกิดขึ้นในตัวนำมากขึ้น ดังนั้นค่าของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในตัวนำที่เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กจะขึ้นอยู่กับการเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็ก ความยาวของตัวนำ และความเร็วของการเคลื่อนที่โดยตรง

การพึ่งพาอาศัยกันนี้สะท้อนให้เห็นในสูตร E = Blv โดยที่ E คือแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ B คือค่าของการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ฉันคือความยาวของตัวนำ v คือความเร็วของการเคลื่อนที่

โปรดทราบว่าในตัวนำที่เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะปรากฏขึ้นเฉพาะเมื่อมันข้ามเส้นสนามแม่เหล็กเท่านั้น หากตัวนำเคลื่อนที่ตามแนวแรง จะไม่มีการเหนี่ยวนำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้า ด้วยเหตุนี้ สูตรจึงใช้เฉพาะในกรณีที่การเคลื่อนที่ของตัวนำตั้งฉากกับเส้นแรงเท่านั้น

ทิศทางของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำและกระแสไฟฟ้าในตัวนำจะถูกกำหนดโดยทิศทางการเคลื่อนที่ของตัวนำนั้นเอง เพื่อระบุทิศทางจึงมีการพัฒนากฎมือขวาขึ้น หากคุณจับฝ่ามือขวาของคุณในลักษณะที่เส้นสนามเข้าสู่ทิศทางของมันและนิ้วโป้งระบุทิศทางการเคลื่อนที่ของตัวนำดังนั้นอีกสี่นิ้วที่เหลือจะระบุทิศทางของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำและทิศทางของ กระแสไฟฟ้าในตัวนำ

รีลหมุน

การทำงานของเครื่องกำเนิดกระแสไฟฟ้าขึ้นอยู่กับการหมุนของขดลวดในฟลักซ์แม่เหล็กซึ่งมีจำนวนรอบที่แน่นอน EMF ถูกเหนี่ยวนำในวงจรไฟฟ้าทุกครั้งที่มีฟลักซ์แม่เหล็กตัดผ่าน ตามสูตรฟลักซ์แม่เหล็ก Ф = B x S x cos α (การเหนี่ยวนำแม่เหล็กคูณด้วยพื้นที่ผิวที่ฟลักซ์แม่เหล็กผ่านไปและโคไซน์ของมุมที่เกิดจาก เวกเตอร์ทิศทางและตั้งฉากกับเส้นระนาบ)

ตามสูตร F ได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงในสถานการณ์:

• เมื่อฟลักซ์แม่เหล็กเปลี่ยนแปลง เวกเตอร์ทิศทางจะเปลี่ยน
• พื้นที่ที่ล้อมรอบอยู่ในการเปลี่ยนแปลงรูปร่าง
• มุมเปลี่ยนไป

อนุญาตให้เหนี่ยวนำ EMF ด้วยแม่เหล็กที่อยู่กับที่หรือกระแสคงที่ แต่เพียงหมุนขดลวดรอบแกนภายในสนามแม่เหล็ก ในกรณีนี้ ฟลักซ์แม่เหล็กจะเปลี่ยนไปเมื่อค่ามุมเปลี่ยนแปลง ในระหว่างการหมุน ขดลวดจะตัดผ่านเส้นฟลักซ์แม่เหล็ก ส่งผลให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้า ด้วยการหมุนสม่ำเสมอจะเกิดการเปลี่ยนแปลงฟลักซ์แม่เหล็กเป็นระยะ นอกจากนี้จำนวนเส้นสนามที่ตัดกันทุกวินาทีจะเท่ากับค่าในช่วงเวลาที่เท่ากัน

ในทางปฏิบัติในเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ ขดลวดจะยังคงอยู่กับที่ และแม่เหล็กไฟฟ้าจะหมุนไปรอบๆ

แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดจากตนเอง

เมื่อกระแสไฟฟ้าสลับผ่านขดลวด จะเกิดสนามแม่เหล็กสลับขึ้น ซึ่งมีลักษณะเฉพาะคือฟลักซ์แม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงไปซึ่งเหนี่ยวนำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้า ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการเหนี่ยวนำตนเอง

เนื่องจากฟลักซ์แม่เหล็กเป็นสัดส่วนกับความเข้มของกระแสไฟฟ้า ดังนั้นสูตรของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองจึงมีลักษณะดังนี้:

Ф = L x I โดยที่ L คือตัวเหนี่ยวนำ ซึ่งวัดเป็น H ค่าของมันจะถูกกำหนดโดยจำนวนรอบต่อความยาวหน่วยและขนาดของหน้าตัด

การเหนี่ยวนำซึ่งกันและกัน

เมื่อวางขดลวดสองม้วนไว้เคียงข้างกัน จะสังเกตแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำร่วมกันซึ่งถูกกำหนดโดยการกำหนดค่าของทั้งสองวงจรและการวางแนวซึ่งกันและกัน เมื่อการแยกวงจรเพิ่มขึ้น ค่าของการเหนี่ยวนำซึ่งกันและกันจะลดลง เนื่องจากมีการลดลงของฟลักซ์แม่เหล็กรวมสำหรับขดลวดทั้งสอง

ให้เราพิจารณารายละเอียดเกี่ยวกับกระบวนการอุปนัยร่วมกัน มีขดลวดสองขดลวด กระแส I1 ไหลไปตามเส้นลวดของขดลวดหนึ่งที่มีการหมุน N1 ซึ่งสร้างฟลักซ์แม่เหล็กและไหลผ่านขดลวดที่สองโดยมีจำนวนรอบ N2

ค่าความเหนี่ยวนำร่วมของขดลวดที่สองสัมพันธ์กับขดลวดแรก:

M21 = (N2 x F21)/I1.

ค่าฟลักซ์แม่เหล็ก:

F21 = (M21/N2) x I1.

แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำคำนวณโดยสูตร:

E2 = - N2 x dФ21/dt = - M21x dI1/dt

ในขดลวดแรกค่าของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำคือ:

E1 = - M12 x dI2/dt

สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดจากการเหนี่ยวนำร่วมกันในขดลวดตัวใดตัวหนึ่งนั้นจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าในขดลวดอีกตัวหนึ่ง

จากนั้นความเหนี่ยวนำซึ่งกันและกันจะถือว่าเท่ากัน:

M12 = M21 = ม.

ด้วยเหตุนี้ E1 = - M x dI2/dt และ E2 = M x dI1/dt M = K √ (L1 x L2) โดยที่ K คือสัมประสิทธิ์การมีเพศสัมพันธ์ระหว่างค่าความเหนี่ยวนำสองค่า

การเหนี่ยวนำร่วมกันใช้กันอย่างแพร่หลายในหม้อแปลงซึ่งทำให้สามารถเปลี่ยนค่าของกระแสไฟฟ้าสลับได้ อุปกรณ์ประกอบด้วยขดลวดคู่หนึ่งที่พันอยู่บนแกนกลางทั่วไป กระแสในขดลวดแรกทำให้เกิดฟลักซ์แม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงในวงจรแม่เหล็กและกระแสในขดลวดที่สอง เมื่อขดลวดแรกน้อยกว่ารอบที่สองแรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นและด้วยจำนวนรอบที่มากขึ้นในการม้วนแรกแรงดันไฟฟ้าก็จะลดลง

นอกจากการสร้างและการเปลี่ยนแปลงพลังงานไฟฟ้าแล้ว อุปกรณ์อื่นๆ ยังใช้ปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กอีกด้วย ตัวอย่างเช่น ในรถไฟลอยด้วยแม่เหล็กที่เคลื่อนที่โดยไม่มีการสัมผัสโดยตรงกับกระแสในราง แต่สูงขึ้นสองสามเซนติเมตรเนื่องจากการผลักกันของแม่เหล็กไฟฟ้า