Qu'est-ce que EMF - explication en termes simples
Avant de passer à la partie principale de l'article, nous notons que l'EMF et la tension sont très proches dans le sens, mais toujours quelque peu différentes. En bref, l'EMF est à la source d'alimentation sans charge, et lorsque la charge y est connectée, c'est la tension. Parce que le nombre de volts sur le FE sous charge est presque toujours un peu moins que sans lui. Cela est dû à la présence de résistance interne de sources d'alimentation telles que les transformateurs et les cellules galvaniques.
Induction électromagnétique (auto-induction)
Commençons par l'induction électromagnétique. Ce phénomène décrit la loi. faraday à induction électromagnétique. La signification physique de ce phénomène est la capacité d'un champ électromagnétique à induire un CEM dans un conducteur proche. Dans ce cas, soit le champ doit changer, par exemple, dans la magnitude et la direction des vecteurs, soit se déplacer par rapport au conducteur, soit le conducteur doit se déplacer par rapport à ce champ. Aux extrémités du conducteur dans ce cas, une différence de potentiel se produit.
Il existe un autre phénomène de signification similaire - l'induction mutuelle. Il consiste dans le fait qu'un changement de direction et d'intensité de courant d'une bobine induit un champ électromagnétique aux bornes d'une bobine voisine; il est largement utilisé dans divers domaines technologiques, y compris l'électricité et l'électronique. Il sous-tend le fonctionnement des transformateurs, où le flux magnétique d'un enroulement induit du courant et de la tension dans le second.
Dans le secteur électrique, un effet physique appelé EMF est utilisé dans la fabrication de convertisseurs ca spéciaux qui fournissent les valeurs souhaitées de valeurs efficaces (courant et tension). Grâce aux phénomènes d'induction et auto-induction les ingénieurs ont pu développer de nombreux appareils électriques: du conventionnel inducteur (accélérateur) et jusqu'au transformateur.
Le concept d'induction mutuelle se réfère uniquement au courant alternatif, au cours duquel le flux magnétique change dans le circuit ou le conducteur.
Pour un courant électrique à courant continu, d'autres manifestations de cette force sont caractéristiques, comme par exemple la différence de potentiel aux pôles d'une cellule galvanique, dont nous parlerons plus loin.
Moteurs et générateurs électriques
Le même effet électromagnétique est observé dans la conception asynchrone ou moteur électrique synchronedont l'élément principal est les bobines inductives. À propos de son travail dans une langue accessible est décrit dans de nombreux manuels liés au sujet appelé "Génie électrique". Pour comprendre l'essence des processus, il suffit de rappeler que la FEM d'induction est induite lorsque le conducteur se déplace dans un autre champ.
Selon la loi d'induction électromagnétique mentionnée ci-dessus, un compteur EMF est souvent induit dans l'enroulement d'induit du moteur pendant le fonctionnement, ce qui est souvent appelé «contre-EMF», car lorsque le moteur tourne, il est dirigé vers la tension appliquée. Cela explique également la forte augmentation du courant consommé par le moteur avec l'augmentation de la charge ou du blocage de l'arbre, ainsi que les courants d'appel. Pour un moteur électrique, toutes les conditions d'apparition d'une différence de potentiel sont évidentes - un changement forcé du champ magnétique de ses bobines entraîne l'apparition d'un couple sur l'axe du rotor.
Malheureusement, nous ne nous pencherons pas sur ce sujet dans cet article - écrivez dans les commentaires si cela vous intéresse, et nous en parlerons.
Dans un autre appareil électrique - un générateur, tout est exactement le même, mais les processus qui s'y produisent ont la direction opposée. Un courant électrique traverse les enroulements du rotor, un champ magnétique se crée autour d'eux (des aimants permanents peuvent être utilisés). Lorsque le rotor tourne, le champ, à son tour, induit une EMF dans les enroulements du stator - dont le courant de charge est supprimé.
Un peu plus de théorie
Lors de la conception de tels circuits, la distribution des courants et la chute de tension entre les éléments individuels sont pris en compte. Pour calculer la distribution du premier paramètre, un paramètre bien connu de la physique est utilisé deuxième loi de Kirchhoff - la somme des chutes de tension (en tenant compte du signe) sur toutes les branches de la boucle fermée est égale à la somme algébrique de la FEM des branches de cette boucle), et pour déterminer leurs valeurs utiliser La loi d'Ohm pour une section d'une chaîne ou loi d'Ohm pour une chaîne complète, dont la formule est donnée ci-dessous:
I = E / (R + r),
où E - EMF, R est la résistance à la charge r est la résistance de la source d'alimentation.
La résistance interne d'une source d'alimentation est la résistance des enroulements des générateurs et transformateurs, qui dépend de la section du fil avec lequel ils sont enroulés et de sa longueur, ainsi que de la résistance interne des cellules galvaniques, qui dépend de l'état de l'anode, de la cathode et de l'électrolyte.
Lors des calculs, la résistance interne de la source d'alimentation, considérée comme une connexion parallèle au circuit, doit être prise en compte. Avec une approche plus précise, prenant en compte les grandes valeurs des courants de fonctionnement, la résistance de chaque conducteur de connexion est prise en compte.
EMF à la maison et les unités
D'autres exemples se trouvent dans la vie pratique de toute personne ordinaire. Des choses familières telles que les batteries de petite taille, ainsi que d'autres batteries miniatures, entrent dans cette catégorie. Dans ce cas, la FEM de travail est formée en raison de processus chimiques se produisant à l'intérieur des sources de tension constante.
Lorsqu'il se produit aux bornes (pôles) de la batterie en raison de changements internes - l'élément est complètement prêt à fonctionner. Au fil du temps, l'amplitude de l'EMF diminue légèrement et la résistance interne augmente nettement.
En conséquence, si vous mesurez la tension sur une batterie sans doigts qui n'est connectée à rien, vous voyez 1,5 V normal pour elle (ou ainsi), mais lorsque la charge est connectée à la batterie, disons que vous l'avez installée dans un appareil - cela ne fonctionne pas.
Pourquoi? Parce que si vous supposez que la résistance interne du voltmètre est plusieurs fois supérieure à la résistance interne de la batterie, vous avez mesuré sa FEM. Lorsque la batterie a commencé à donner du courant dans la charge à ses bornes, elle n'est pas devenue 1,5 V, mais, disons, 1,2 V - ni la tension ni le courant n'étaient suffisants pour le fonctionnement normal de l'appareil. Juste ces 0,3V et sont tombés sur la résistance interne de la cellule galvanique. Si la batterie est complètement vieille et ses électrodes sont détruites, il ne peut y avoir aucune force ou tension électromotrice aux bornes de la batterie - c.-à-d. zéro.
Cet exemple montre clairement la différence entre EMF et tension. L'auteur raconte la même chose à la fin de la vidéo, que vous voyez ci-dessous.
Vous pouvez en savoir plus sur la naissance de la FEM d'une cellule galvanique et comment elle est mesurée dans la vidéo suivante:
Une très petite force électromotrice est également induite dans l'antenne du récepteur, qui est ensuite amplifiée par des étages spéciaux, et nous obtenons notre signal de télévision, de radio et même de Wi-Fi.
Conclusion
Résumons et rappelons encore une fois ce qu'est EMF et dans quelles unités SI cette valeur est exprimée.
- L'EMF caractérise le travail des forces externes (chimiques ou physiques) d'origine non électrique dans un circuit électrique. Cette force effectue le travail de transfert des charges électriques vers elle.
- L'EMF, comme la tension, est mesurée en Volts.
- Les différences entre l'EMF et la tension sont que le premier est mesuré sans charge, et le second avec charge, et la résistance interne de la source d'alimentation est prise en compte et a un effet.
Et enfin, pour consolider le matériel couvert, je vous conseille de regarder une autre bonne vidéo sur ce sujet:
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