Siła elektromotoryczna (EMF) i różnica potencjałów (PD)

EMF i PD są mierzone w woltach, ale nie są takie same.Ważne jest, aby zrozumieć różnicę między nimi w projekcie obwodów elektrycznych i elektronicznych.Pomaga to zapobiec zamieszaniu i zapewnia stosowane prawidłowe warunki.W tym artykule bada te podstawowe pojęcia, wyjaśniając, co je wyróżnia, w jaki sposób są używane i jak współpracują w różnych elementach elektrycznych.Artykuł nie tylko wyjaśnia teorię EMF i PD, ale także pokazuje, jak mają zastosowanie w prawdziwym życiu, od prostych baterii po złożone urządzenia elektroniczne.Znajomość tych zasad jest dobra do ulepszania technologii i zwiększania wydajności systemów elektrycznych poprzez dokładne kontrolowanie przepływu elektronów i poziomów napięcia.

Katalog

Rysunek 1: Siła elektromotoryczna (EMF) i różnica potencjałów (PD)

Zrozumienie siły elektromotorycznej (EMF)

Siła elektromotoryczna lub EMF to podstawowy pomysł w elektromagnetyzmie, który powoduje, że elektrony poruszają się w obwodzie elektrycznym.EMF jest energią, którą źródło zasilania zapewnia każdą jednostkę ładunku elektrycznego, niezależnie od prądu, który tworzy.Jest to ważne w urządzeniach takich jak generatory i akumulatory, w których energia zamienia się w energię elektryczną.EMF jest często uważany za napięcie, które podaje źródło zasilania, gdy nie płynie żaden prąd, pokazując swoją rolę jako punkt początkowy ruchu energetycznego, a nie wynik.

W codziennym kategoriach EMF jest powodem, dla którego bateria może przepchnąć prąd przez obwód, nawet przed oporem, utrzymując przepływ energii elektrycznej.W fizyce EMF jest pracą wymaganą do przesunięcia ładunku dookoła obwodu, biorąc pod uwagę zarówno opór zewnętrzny, jak i wewnętrzny.

Rycina 2: Komórka elektrochemiczna

Rysunek 3: Zasada pracy EMF

Jaka jest różnica potencjałów (napięcie)?

Różnica potencjałów, znana również jako napięcie, mierzy różnicę energii elektrycznej między dwoma punktami w obwodzie, pokazując, ile energii jest uzyskiwane lub utracone, gdy ładunek przesuwa się między tymi punktami.Ta różnica sprawia, że ​​prąd elektryczny przepływa przez części obwodu, takie jak rezystory lub kondensatory, zamienia się w ciepło, światło lub inne formy energii.

Napięcie, znane również jako różnica potencjału, jest ważna zarówno w teorii, jak i praktyce w inżynierii elektrycznej.Reprezentuje energię, która przesuwa elektrony przez przewodnik i część prawa Ohma, która łączy napięcie, prąd i opór.Napięcie jest dobre dla urządzeń obsługi, takich jak tranzystory w mikroczipach, oświetlenie diod LED oraz zarządzanie ładowaniem i rozładowywaniem akumulatorów.Wysokie napięcia są przydatne w transmisji mocy, aby zminimalizować utratę energii na duże odległości.

W obwodach elektronicznych poziomy napięcia kontrolują sposób zachowania obwodów cyfrowych, określa, kiedy urządzenia półprzewodnikowe włączają się lub wyłączają, i wpływają na wydajność i żywotność silników elektrycznych.

Rycina 4: Energia mierzona w PD

Rysunek 5: Polaryzacja napięcia

Porównanie siły elektromotorycznej (EMF) i różnicy potencjałów (PD)

Aby wyjaśnić różnicę między EMF a różnicą potencjałową, pomyśl o prostej baterii w obwodzie.Napięcie oznaczone na akumulatorze, podobnie jak 1,5 woltów, jest jego emf, czyli maksymalna siła, która przesuwa prąd przez obwód.Jednak gdy akumulator jest używany, pod dużym obciążeniem lub w miarę starzenia się, napięcie to spada z powodu oporu wewnętrznego.

EMF (siła elektromotoryczna) to napięcie, gdy akumulator niczego nie zasila, mierzony bez obciążenia.To moc wewnętrzna baterii.Różnica potencjałów, to rzeczywiste napięcie, które widzisz, gdy akumulator zasila obwód.Gdy nie ma obciążenia, różnica potencjału równa się EMF.Ale gdy obciążenie jest podłączone, różnica potencjałów spada, mimo że EMF pozostaje taki sam.

Różnica potencjałów (PD)	Vs.	Siła elektromotoryczna (EMF)
Zdarza się Gdy prąd przepływa przez opór	Definicja	. siła elektryczna wytwarzana przez ogniwo lub akumulator
Pd jest efektem.	Relacja	Emf jest przyczyną
Zero Jeśli nie płynie żaden prąd	Obecność prądu	Istnieje Nawet jeśli nie płynie żaden prąd
Wolt	Jednostka	Wolt
Zmiany na podstawie obwodu	Stałość	Gorset ten sam
V	Symbol	mi
Zależy O oporze między dwoma punktami	Zależność od oporu	Robi nie polegać na oporze
V = Ir	Formuła	mi = I (r + r)
Światło żarówka	Przykład	Komórka, bateria

Rysunek 6: Schemat obwodu EMF i PD

Przykładowe problemy

Problem 1: Znajdź prąd, który przepływa przez akumulator z 2 woltami i 0,02 omem rezystancji wewnętrznej, gdy jego zaciski są podłączone bezpośrednio do siebie.

Aby to wymyślić, użyjemy prawa Ohma, formuły, które odnosi napięcie, prąd i opór.

Najpierw wymieńmy to, co wiemy:

• Napięcie (v) = 2 wolty

• Rezystancja wewnętrzna (R) = 0,02 omów

• Prawo Ohma = v = ir

Ale chcemy znaleźć prąd (i), więc zmieniamy formułę na:

Tak więc, jeśli podłączysz zaciski, 100 wzmacniaczy prądu przepłynie przez baterię.

Problem 2: Znajdź prąd, który przepływa przez akumulator z 10 woltami, 5 omami rezystancji wewnętrznej i 5 omów rezystancji obciążenia połączonego szeregowo.Ponadto oblicz napięcie zaciskowe akumulatora.

Ponownie, prawo Ohma będzie naszym przewodnikiem, ale tym razem mamy do czynienia z dwoma opornościami w szeregu: wewnętrznym oporem baterii i oporem obciążenia.

Oto, co wiemy:

• EMF (napięcie) = 10 woltów

• Rezystancja obciążenia (ROad) = 5 omów

• Opór wewnętrzny (R) = 5 omów

Aby znaleźć prąd, używamy wzoru:

Tak więc 1 wzmacniacz prądu przepływa przez obwód.

Aby znaleźć napięcie zaciskowe akumulatora (które jest napięciem, które faktycznie mielibyś na zaciskach), odejmujemy spadek napięcia na rezystancję wewnętrzną od EMF.

Można to obliczyć jako:

Tak więc napięcie zaciskowe wynosi 5 woltów.To mówi nam, że bateria traci część pierwotnego napięcia na własnym oporze wewnętrznym, pozostawiając 5 woltów na zaciskach.

Wniosek

Dyskusja na temat siły elektromotorycznej (EMF) i różnicy potencjałów (PD) obejmuje ważne podstawowe pomysły w zakresie zapotrzebowania na obwody projektowania i operacyjnego.Wyjaśniając różnicę między EMF, to jest napięcie w źródle zasilania, gdy nie jest ono podłączone do obciążenia, a PD, które jest napięciem, gdy źródło jest używane, artykuł pomaga nam lepiej zrozumieć, jak urządzenia elektryczne działają w różnych sytuacjach.Przykładowe problemy obejmowały pokazanie, w jaki sposób te pojęcia mają zastosowanie w prawdziwym życiu, wyjaśniając, dlaczego mają znaczenie.To zrozumienie pomaga tworzyć lepsze systemy elektryczne, łącząc to, czego uczą się w teorii z praktyczną inżynierią.Dokładnie analizując te pomysły, możemy rozwijać nowoczesną elektronikę, dzięki czemu nasza technologia nie tylko potężniejsza, ale także bardziej niezawodna i zrównoważona.

Często zadawane pytania [FAQ]

1. Jaki jest przykład siły elektromotorycznej?

Przykładem siły elektromotorycznej jest napięcie generowane przez akumulator.Na przykład typowa akumulator AA wytwarza emf około 1,5 wolta.Gdy akumulator nie jest podłączony do obwodu (tj. Żaden prąd nie płynie), EMF może być mierzone na jego zaciskach.Napięcie to wynika z reakcji chemicznych występujących wewnątrz baterii i powoduje oddzielenie ładunku, a tym samym generuje napięcie.

2. Jaki jest przykład różnicy potencjalnej?

Przykładem różnicy potencjałów jest napięcie na żarówce w obwodzie.Gdy bateria 12-woltowa jest podłączona do żarówki zaprojektowanej dla 12 woltów, różnica potencjałów na zaciskach żarówki wynosi 12 woltów podczas pracy.Ta potencjalna różnica powoduje przepływ prądu przez żarówkę, rozświetlając ją.

3. Jaka jest jednostka siły elektromotorycznej ogniwa?

Jednostką siły elektromotorycznej jest wolt (v), taki sam jak w przypadku różnicy potencjałów.Kwantyfikuje potencjał elektryczny utworzony przez komórkę, niezależnie od przepływu prądu.

4. Jak EMF jest większa niż różnica potencjałów?

EMF może być większa niż różnica potencjału w praktycznych scenariuszach, w którym bateria lub generator jest obciążony.Na przykład rozważ akumulator z emf 9 woltów.Po podłączeniu do prądu rysowania obwodu różnica potencjału zmierzona na zaciskach akumulatora może spaść do, powiedzmy, 8,5 wolta z powodu rezystancji wewnętrznej.Oryginalne 9 woltów to EMF, maksymalna różnica potencjału, gdy prąd nie przepływa, podczas gdy 8,5 wolta jest rzeczywistą różnicą potencjału pod obciążeniem.

5. Czy różnica potencjałów jest siłą lub energią?

Różnica potencjałów nie jest ani siłą, ani energią.Jest to pomiar potencjału elektrycznego między dwoma punktami w obwodzie.Reprezentuje pracę wymaganą na jednostkę ładunku w celu przeniesienia ładunku między tymi dwoma punktami i jest wyrażana w woltach.

6. Czy EMF i energia elektryczna są takie same?

Nie, emf i energia elektryczna nie są takie same.EMF odnosi się do potencjału stworzonego przez źródło do przenoszenia ładunków elektrycznych, wyrażonych w woltach.Z drugiej strony energia elektryczna odnosi się do faktycznej pracy wykonanej lub energii przeniesionej, gdy ładunki elektryczne przemieszczają się przez obwód mierzony w dżuli.

7. Czy EMF może być ujemne?

Tak, emf może być ujemny w zależności od kierunku pomiaru i charakteru źródła.Na przykład w przypadku generatorów elektrycznych, jeśli kierunek pomiaru jest przeciwny do kierunku indukowanego emf (zgodnie z prawą regułą fizyki), zmierzony emf będzie ujemny.Ten ujemny EMF wskazuje, że kierunek indukowanego napięcia jest przeciwny do wybranego kierunku odniesienia.