ב- 2024/09/2 552

כוח אלקטרומוטיבי (EMF) והבדל פוטנציאלי (PD)

EMF ו- PD נמדדים שניהם בוולט אך הם אינם זהים.חשוב להבין את ההבדל ביניהם בעיצוב מעגלים חשמליים ואלקטרוניים.זה עוזר במניעת בלבול ומבטיח להשתמש במונחים הנכונים.מאמר זה בוחן מושגים בסיסיים אלה, ומסביר מה הופך אותם שונים, כיצד משתמשים בהם ואיך הם עובדים יחד ברכיבים חשמליים שונים.המאמר לא רק מסביר את התיאוריה שמאחורי EMF ו- PD, אלא גם מראה כיצד הם חלים בחיים האמיתיים, מסוללות פשוטות ועד מכשירים אלקטרוניים מורכבים.הכרת העקרונות הללו טובה לשיפור הטכנולוגיה והפכת מערכות החשמל ליעילות ויעילות יותר על ידי בקרת זרימת אלקטרונים ורמות מתח במדויק.

קָטָלוֹג

איור 1: כוח אלקטרומוטיבי (EMF) והבדל פוטנציאלי (PD)

הבנת כוח אלקטרומוטיבי (EMF)

כוח אלקטרומוטיבי או EMF, הוא רעיון בסיסי באלקטרומגנטיות הגורם לאלקטרונים לנוע במעגל חשמלי.EMF הוא האנרגיה שמקור כוח מספק לכל יחידת מטען חשמלי, ללא קשר לזרם שהוא יוצר.זה חשוב במכשירים כמו גנרטורים וסוללות, שם אנרגיה הופכת לחשמל.EMF נחשב לרוב כאשר המתח שמקור כוח נותן כאשר אף זרם אינו זורם, ומראה את תפקידו כנקודת המוצא של תנועת האנרגיה ולא כתוצאה ממנו.

במונחים יומיומיים, EMF היא הסיבה שסוללה יכולה לדחוף זרם דרך מעגל, אפילו נגד התנגדות, תוך שמירה על החשמל זורם.בפיזיקה, EMF היא העבודה הנדרשת כדי להזיז מטען לאורך כל הדרך במעגל, בהתחשב בהתנגדות חיצונית ובפנים.

איור 2: תא אלקטרוכימי

איור 3: עקרון העבודה של EMF

מה ההבדל הפוטנציאלי (מתח)?

ההבדל הפוטנציאלי, המכונה גם מתח, מודד את ההבדל באנרגיה החשמלית בין שתי נקודות במעגל, ומראה כמה אנרגיה מושגת או אבודה כאשר מטען נע בין נקודות אלה.הבדל זה הוא מה שהופך את הזרם החשמלי לזרם דרך חלקי מעגל כמו נגדים או קבלים, והופך לחום, אור או צורות אנרגיה אחרות.

מתח, המכונה גם הבדל פוטנציאלי, חשוב הן בתיאוריה והן בתרגול בהנדסת חשמל.היא מייצגת את האנרגיה שמעבירה אלקטרונים דרך מוליך וחלק מחוק אוהם, המחברת בין מתח, זרם והתנגדות.מתח טוב למכשירי הפעלה כמו טרנזיסטורים במיקרו -שבבים, הדלקת נוריות LED וניהול טעינה ופריקה של סוללות.מתחים גבוהים מועילים בהעברת חשמל כדי למזער את אובדן האנרגיה למרחקים ארוכים.

במעגלים אלקטרוניים, רמות המתח שולטות בהן מתנהגים מעגלים דיגיטליים, קבעו מתי מכשירי מוליכים למחצה מופעלים או כבים, ומשפיעים על הביצועים ועל תוחלת החיים של מנועים חשמליים.

איור 4: אנרגיה נמדדת ב- PD

איור 5: קוטביות מתח

כוח אלקטרומוטיבי (EMF) והשוואת ההבדל הפוטנציאלית (PD)

כדי להסביר את ההבדל בין EMF להבדל פוטנציאלי, חשוב על סוללה פשוטה במעגל.המתח שכותרתו על הסוללה, כמו 1.5 וולט, הוא ה- EMF שלו, כלומר הכוח המרבי שדוחף את הזרם דרך המעגל.עם זאת, כאשר הסוללה נמצאת בשימוש, תחת עומס כבד או ככל שהיא מתיישנת, מתח זה יורד בגלל התנגדות פנימית.

EMF (כוח אלקטרומוטיבי) הוא המתח כאשר הסוללה אינה מניחה דבר, נמדדת ללא עומס.זה הכוח הפנימי של הסוללה.ההבדל הפוטנציאלי, הוא המתח בפועל שאתה רואה כאשר הסוללה מפעילה מעגל.כאשר אין עומס, ההבדל הפוטנציאלי שווה ל- EMF.אך כאשר מחובר עומס, ההבדל הפוטנציאלי יורד למרות שה- EMF נשאר זהה.

הבדל פוטנציאלי (PD)	VS.	כוח אלקטרומוטיבי (EMF)
קורה כאשר הזרם זורם דרך התנגדות	הַגדָרָה	THE כוח חשמלי שנוצר על ידי תא או סוללה
PD הוא ההשפעה.	קֶשֶׁר	EMF היא הסיבה
אֶפֶס אם אף זרם לא זורם	נוכחות של זרם	קיים גם אם אף זרם לא זורם
ווֹלט	יְחִידָה	ווֹלט
שינויים מבוסס על המעגל	קְבִיעוּת	נשאר אוֹתוֹ הַדָבַר
V	סֵמֶל	ה
תלוי על ההתנגדות בין שתי נקודות	תלות בהתנגדות	כן לא לסמוך על התנגדות
V = IR	נוּסחָה	ה = I (r + r)
אוֹר נוּרָה	דוּגמָה	תָא, סוֹלְלָה

איור 6: תרשים מעגלים EMF ו- PD

בעיות דוגמה

בעיה 1: מצא את הזרם הזורם דרך סוללה עם 2 וולט ו -02 אוהם של התנגדות פנימית כאשר המסופים שלה מחוברים ישירות זה לזה.

כדי להבין זאת, אנו נשתמש בחוק האוהם, הנוסחה המתייחסת למתח, זרם והתנגדות.

ראשית, בואו נפרט את מה שאנחנו יודעים:

• מתח (v) = 2 וולט

• התנגדות פנימית (R) = 0.02 אוהם

• חוק אוהם = V = IR

אבל אנחנו רוצים למצוא את הזרם (i), כך שאנו מסדרים מחדש את הנוסחה ל:

לכן, אם תחבר את המסופים, 100 אמפר זרם יזרמו דרך הסוללה.

בעיה 2: מצא את הזרם הזורם דרך סוללה עם 10 וולט, 5 אוהם התנגדות פנימית ו -5 אוהם של התנגדות עומס המחוברת בסדרה.כמו כן, חשב את מתח המסוף של הסוללה.

שוב, החוק של אוהם יהיה המדריך שלנו אך הפעם אנו מתמודדים עם שתי התנגדות בסדרה: ההתנגדות הפנימית של הסוללה והתנגדות העומס.

הנה מה שאנחנו יודעים:

• EMF (מתח) = 10 וולט

• התנגדות לטעינה (ROLAY) = 5 אוהם

• התנגדות פנימית (R) = 5 אוהם

כדי למצוא את הזרם אנו משתמשים בנוסחה:

אז, מגבר זרם זורם במעגל.

כדי למצוא את מתח הטרמינל של הסוללה (שהוא המתח שתמדוד בפועל על פני המסופים שלה), אנו מפחירים את ירידת המתח על פני ההתנגדות הפנימית מה- EMF.

ניתן לחשב זאת כ:

אז מתח המסוף הוא 5 וולט.זה אומר לנו שהסוללה מאבדת חלק מהמתח המקורי שלה על פני ההתנגדות הפנימית שלה, ומותירה לך 5 וולט בטרמינלים.

מַסְקָנָה

הדיון על כוח אלקטרומוטיבי (EMF) והבדל פוטנציאלי (PD) מכסה רעיונות בסיסיים חשובים בחשמל צורך בתכנון ותפעול מעגלים.על ידי הסבר ההבדל בין EMF, זהו המתח במקור כוח כאשר הוא אינו מחובר לעומס, ו- PD, שהוא המתח כאשר המקור נמצא בשימוש, המאמר עוזר לנו להבין טוב יותר כיצד מכשירים חשמליים עובדים במצבים שוניםובעיות הדוגמא כללו מראות כיצד מושגים אלה חלים בחיים האמיתיים, ומבהירים מדוע הם חשובים.הבנה זו מסייעת ביצירת מערכות חשמל טובות יותר, חיבור בין מה שהם לומדים בתיאוריה להנדסה מעשית.בניתוח רעיונות אלה ביסודיות, אנו יכולים להמשיך לקידום האלקטרוניקה המודרנית, מה שהופך את הטכנולוגיה שלנו לא רק לחזקה יותר אלא גם אמין ובר קיימא יותר.

שאלות נפוצות [שאלות נפוצות]

1. מהי דוגמא לכוח אלקטרומוטיבי?

דוגמה לכוח אלקטרומוטיבי היא המתח הנוצר על ידי סוללה.לדוגמה, סוללת AA טיפוסית מייצרת EMF של בערך 1.5 וולט.כאשר הסוללה אינה מחוברת למעגל (כלומר, שום זרם אינו זורם) ניתן למדוד את ה- EMF לאורך המסופים שלו.מתח זה נובע מהתגובות הכימיות המתרחשות בתוך הסוללה, ויוצר הפרדת מטען וכתוצאה מכך מייצרות מתח.

2. מהי דוגמא להבדל פוטנציאלי?

דוגמה להבדל פוטנציאלי היא המתח על פני נורה במעגל.כאשר סוללה של 12 וולט מחוברת לנורה המיועדת ל 12 וולט, ההבדל הפוטנציאלי בין הטרמינלים של הנורה הוא 12 וולט בזמן שהנורה פועלת.ההבדל הפוטנציאלי הזה גורם לזרם זרם דרך הנורה, ולהדליק אותו.

3. מהי יחידת הכוח האלקטרומוטיבי של תא?

יחידת הכוח האלקטרומוטיבי היא הוולט (V), זהה להבדל פוטנציאלי.זה מכמת את הפוטנציאל החשמלי שנוצר על ידי התא, ללא תלות בזרם הזורם.

4. כיצד EMF גדול מההבדל הפוטנציאלי?

EMF יכול להיות גדול מההבדל הפוטנציאלי בתרחיש מעשי בו סוללה או גנרטור נמצאים תחת עומס.לדוגמה, שקול סוללה עם EMF של 9 וולט.כאשר הוא מחובר לזרם ציור מעגל, ההבדל הפוטנציאלי שנמדד על פני מסופי הסוללה עשוי לרדת, למשל, 8.5 וולט בגלל התנגדות פנימית.ה- 9 וולט המקורי הוא ה- EMF, ההבדל הפוטנציאלי המרבי כאשר אין זרם זורם, ואילו 8.5 וולט הוא ההבדל הפוטנציאלי בפועל בעומס.

5. האם הבדל פוטנציאלי הוא כוח או אנרגיה?

הבדל פוטנציאלי אינו כוח ולא אנרגיה.זו מדידה של פוטנציאל חשמלי בין שתי נקודות במעגל.זה מייצג את העבודה הנדרשת ליחידת מטען כדי להעביר מטען בין שתי הנקודות הללו ובא לידי ביטוי בוולט.

6. האם EMF ואנרגיה חשמלית זהים?

לא, EMF ואנרגיה חשמלית אינם זהים.EMF מתייחס לפוטנציאל שנוצר על ידי מקור להעברת מטענים חשמליים, המתבטאים בוולט.אנרגיה חשמלית, לעומת זאת, מתייחסת לעבודה בפועל שנעשתה או לאנרגיה שהועברה כאשר מטענים חשמליים עוברים במעגל שנמדד בג'ול.

7. האם EMF יכול להיות שלילי?

כן, EMF יכול להיות שלילי בהתאם לכיוון המדידה ואופי המקור.לדוגמה, במקרה של גנרטורים חשמליים, אם כיוון המדידה מנוגד לכיוון ה- EMF המושרה (לפי הכלל הימני בפיזיקה), ה- EMF המדוד יהיה שלילי.EMF שלילי זה מצביע על כך שכיוון המתח המושרה מנוגד לכיוון ההתייחסות שנבחר.