Sursă EMF cu circuit extern închis

Motivul pentru separarea sarcinilor și pentru a le face să se miște într-un circuit închis se numește forță electromotoare (emf, emf).

Valoarea EMF a oricărei surse în care are loc separarea sarcinii este estimată din munca depusă de câmp pentru a muta o unitate de sarcină de la un electrod cu potențial mai mic la un electrod cu potențial mai mare.

În conformitate cu definiția potențialului, această lucrare este egală cu diferența de potențial a sarcinilor separate, care, ca și cauza care separă sarcinile, se numește forta electromotoare.

Dacă clemele sursei sunt conectate la un corp conductor și creează astfel un circuit închis, atunci acesta va fi stabilit electricitate, a cărui direcție coincide în circuitul extern cu direcția EMF. În interiorul sursei, separarea sarcinii are loc tot timpul și diferența de potențial este menținută.

Mișcarea particulelor încărcate în prezența unui curent are aceeași direcție în întregul circuit închis, iar munca cheltuită de câmp pentru a deplasa o unitate de sarcină de-a lungul unui circuit închis poate fi estimată cu o valoare care este, de asemenea, egală cu munca de forțele din interiorul surselor care mută o sarcină unitară de la electrodul negativ la electrodul pozitiv în raport cu forțele câmp electric.

Într-un curent electric continuu, sarcinile concentrate pe electrozii sursei sunt restabilite continuu, iar câmpul din jurul electrozilor provocat de aceste sarcini are același caracter ca într-un circuit extern deschis: este potențial. Spre deosebire de câmpul electrostatic al sarcinilor regenerate continuu, acesta se numește câmp staționar.

Un câmp staționar diferă de un câmp electrostatic nu numai prin faptul că sarcina sursei acestui câmp este restabilită în mod constant, ci și prin faptul că un astfel de câmp este situat atât în ​​jurul corpurilor conductoare, cât și în interiorul acestor corpuri. Pentru un câmp staționar care are același caracter ca un câmp potențial, pentru orice buclă închisă care nu trece printr-o sursă EMF.

Referindu-ne la analogia hidrodinamică în cazul unui circuit extern închis al sursei EMF, trebuie să ne imaginăm funcționarea sistemului hidraulic cu o conductă de scurgere deschisă, în care, să zicem, există un anumit receptor (motor hidraulic). Pentru a menține o diferență constantă de nivel între rezervoare, pompa trebuie să umple cantitatea de lichid din rezervorul superior care curge prin conducta de scurgere.

Munca depusă de motor pentru a ridica această cantitate de lichid este proporțională cu diferența de niveluri și poate fi caracterizată prin valoarea acestei diferențe. Munca efectuată de fluxul de fluid în căderea de la nivelul superior la nivelul inferior este proporțională cu aceeași diferență de niveluri și, dacă nu se admite pierderi, este egală cu munca efectuată de motor.

Forța electromotoare dintr-un număr de surse este practic independentă de valoarea curentului electric din circuit, motiv pentru care se presupune adesea că rămâne aceeași atât în ​​timpul mersului în gol a sursei, cât și la sarcină maximă. Cu toate acestea, de regulă, EMF în timpul încărcării sursei este ușor diferită de valoarea EMF în timpul ralanti (de obicei, mai puțin).

Modificarea EMF în acest caz este explicată prin așa-numita reacție sursă. De exemplu, în surse chimice CEM scăderea acestuia se observă în legătură cu fenomenul de polarizare, în generatoarele de mașini electrice — datorită impunerii unui curent de sarcină direcționat în sens opus câmpului magnetic asupra câmpului magnetic.

Diferența de potențial dintre punctele individuale dintr-un circuit electric depinde de distribuția tensiunii de-a lungul circuitului. În special, diferența de potențial dintre bornele sursei depinde de raportul dintre rezistența externă și cea internă a sursei sau așa-numita cădere de tensiune internă.

Forța electromotoare poate fi concentrată pe o secțiune extrem de limitată a circuitului electric într-un salt (care, de exemplu, apare în galvanică, termoelectrică și, de asemenea, în alte surse în care EMF apare în punctele de contact ale diferitelor substanțe) sau distribuită. peste o parte a circuitului sursă intern.

Întâlnim acest din urmă caz ​​în generatoarele de mașini electrice, unde o fem este indusă pe o lungime considerabilă de fire în timp ce acestea se mișcă într-un câmp magnetic, iar fem total este suma electromotoarelor elementare induse în secțiuni individuale ale circuitului. Suma acestor valori este egală cu diferența de potențial dintre începutul și sfârșitul firelor.

În analiza și calculul circuitelor electrice care conțin EMF, se presupune adesea că EMF este concentrat în natură. Prezența rezistenței interne a sursei este luată în considerare prin introducerea unei rezistențe suplimentare la pornire.

Întrucât EMF caracterizează transformarea unuia sau altui tip de energie în energie electrică în timpul trecerii curentului, atunci când vorbim despre surse de EMF sau curent, se folosește și termenul de „sursă de energie (electrică)”. Toți acești termeni sunt sinonimi când vine vorba de sursele reale.

Uneori, atunci când calculează și analizează circuite electrice, fac diferența sursele curente și sursele EMF.

O sursă de EMF este înțeleasă ca o astfel de sursă de energie, a cărei EMF poate fi considerată independentă de valoarea rezistenței interne, iar EMF a unei astfel de surse trebuie să tindă spre infinit. Uneori acest lucru se realizează prin soluții schematice, utilizarea dispozitivelor de stabilizare etc.