Что такое эдс в электротехнике: суть и принцип для начинающих чайников

Содержание

Что такое ЭДС (электродвижущая сила): определение простыми словами

Под ЭДС понимается удельная работа сторонних сил по перемещению единичного заряда в контуре электрической цепи. Это понятие в электричестве предполагает множество физических толкований, относящихся к различным областям технических знаний. В электротехнике — это удельная работа сторонних сил, появляющаяся в индуктивных обмотках при наведении в них переменного поля. В химии она означает разность потенциалов, возникающее при электролизе, а также при реакциях, сопровождающихся разделением электрических зарядов. В физике она соответствует электродвижущей силе, создаваемой на концах электрической термопары, например. Чтобы объяснить суть ЭДС простыми словами – потребуется рассмотреть каждый из вариантов ее трактовки.

Прежде чем перейти к основной части статьи отметим, что ЭДС и напряжение очень близкие по смыслу понятия, но всё же несколько отличаются. Если сказать кратко, то ЭДС — на источнике питания без нагрузки, а когда к нему подключают нагрузку — это уже напряжение. Потому что количество вольт на ИП под нагрузкой почти всегда несколько меньше, чем без неё. Это связано с наличием внутреннего сопротивления таких источников питания, как трансформаторы и гальванические элементы.

Электромагнитная индукция (самоиндукция)

Начнем с электромагнитной индукции. Это явление описывает закон электромагнитной индукции Фарадея. Физический смысл этого явления состоит в способности электромагнитного поля наводить ЭДС в находящемся рядом проводнике. При этом или поле должно изменяться, например, по величине и направлению векторов, или перемещаться относительно проводника, или должен двигаться проводник относительно этого поля. На концах проводника в этом случае возникает разность потенциалов.

Опыт демонстрирует появление ЭДС в катушке при воздействии изменяющегося магнитного поля постоянного магнита

Есть и другое похожее по смыслу явление — взаимоиндукция. Оно заключается в том, что изменение направления и силы тока одной катушки индуцирует ЭДС на выводах расположенной рядом катушки, широко применяется в различных областях техники, включая электрику и электронику. Оно лежит в основе работы трансформаторов, где магнитный поток одной обмотки наводит ток и напряжение во второй.

Принцип работы трансформатора

В электрике физический эффект под названием ЭДС используется при изготовлении специальных преобразователей переменного тока, обеспечивающих получение нужных значений действующих величин (тока и напряжения). Благодаря явлениям индукции и самоиндукции инженерам удалось разработать множество электротехнических устройств: от обычной катушки индуктивности (дросселя) и вплоть до трансформатора.

Понятие взаимоиндукции касается только переменного тока, при протекании которого в контуре или проводнике меняется магнитный поток.

Для электрического тока постоянной направленности характерны другие проявления этой силы, такие, например, как разность потенциалов на полюсах гальванического элемента, о чем мы расскажем далее.

Электродвигатели и генераторы

Тот же электромагнитный эффект наблюдается в конструкции асинхронного или синхронного электродвигателя, основной элемент которых — это индуктивные катушки. О его работе доступным языком рассказывается во многих учебных пособиях, относящихся к предмету под названием «Электротехника». Для понимания сути происходящих процессов достаточно вспомнить, что ЭДС индукции наводится при перемещении проводника внутри другого поля.

По упомянутому выше закону электромагнитной индукции, в обмотке якоря двигателя во время работы наводится встречная ЭДС, которую часто называют «противо-ЭДС», потому что при работе двигателя она направлена навстречу приложенному напряжению. Это же объясняет резкое возрастание тока, потребляемого двигателем при повышении нагрузки или заклинивании вала, а также пусковые токи. Для электрического двигателя все условия появления разности потенциалов налицо – принудительное изменение магнитного поля ее катушек приводит к появлению вращающего момента на оси ротора.

К сожалению, в пределах этой статьи углубляться в эту тему мы не будем — пишите в комментариях, если она вам интересна, и мы расскажем об этом.

В другом электротехническом устройстве – генераторе, все обстоит точно так же, но происходящие в нем процессы имеют обратную направленность. Через обмотки ротора пропускают электрический ток, вокруг них возникает магнитное поле (могут использоваться постоянные магниты). При вращении ротора поле, в свою очередь, наводит ЭДС в обмотках статора — с которых снимают ток нагрузки.

Обобщенное устройство генератора

Еще немного теории

При проектировании таких схем учитываются распределение токов и падение напряжения на отдельных элементах. Для расчета распределения первого параметра применяется известный из физики второй закон Кирхгофа — сумма падений напряжений (с учетом знака) на всех ветвях замкнутого контура, равна алгебраической сумме ЭДС ветвей этого контура), а для определения их величин используют закон Ома для участка цепи или закон Ома для полной цепи, формула которого приведена ниже:

I=E/(R+r),

где E – ЭДС, R – сопротивление нагрузки, r – сопротивление источника питания.

Внутреннее сопротивление источника питания — это сопротивление обмоток генераторов и трансформаторов, которое зависит от сечения провода, которым они намотаны и его длины, а также внутреннее сопротивление гальванических элементов, которое зависит от состояния анода, катода и электролита.

При проведении расчетов обязательно учитывается внутреннее сопротивление источника питания, рассматриваемое как параллельное подключение к схеме. При более точном подходе, учитывающем большие значения рабочих токов, принимается во внимание сопротивление каждого соединительного проводника.

ЭДС в быту и единицы измерения

Другие примеры встречаются в практической жизни любого рядового человека. Под эту категорию попадают такие привычные вещи, как малогабаритные батарейки, а также другие миниатюрные элементы питания. В этом случае рабочая ЭДС формируется за счет химических процессов, протекающих внутри источников постоянного напряжения.

Когда оно возникает на клеммах (полюсах) батареи вследствие внутренних изменений – элемент полностью готов к работе. Со временем величина ЭДС несколько снижается, а внутреннее сопротивление заметно возрастает.
Измерение напряжения на батарейке

В результате если вы измеряете напряжение на не подключенной ни к чему пальчиковой батарейке вы видите нормальные для неё 1.5В (или около того), но когда к батарейке подключается нагрузка, допустим, вы установили её в какой-то прибор — он не работает.

Почему? Потому что если предположить, что у вольтметра внутреннее сопротивление во много раз выше, чем внутреннее сопротивлении батарейки — то вы измеряли её ЭДС. Когда батарейка начала отдавать ток в нагрузке на её выводах стало не 1.5В, а, допустим, 1.2В — прибору недостаточно ни напряжения, ни тока для нормальной работы. Как раз вот эти 0.3В и упали на внутреннем сопротивлении гальванического элемента. Если батарейка совсем старая и её электроды разрушены, то на клеммах батареи может не быть вообще никакой электродвижущей силы или напряжения — т.е. ноль.

Этот пример наглядно демонстрирует в чем отличие ЭДС и напряжения. То же рассказывает автор в конце видеоролика, который вы видите ниже.

Подробнее о том, как возникает ЭДС гальванического элемента и в чем оно измеряется вы можете узнать в следующем ролике:

Совсем небольшая по величине электродвижущая сила наводится и в рамках антенны приемника, которая усиливается затем специальными каскадами, и мы получаем наш телевизионный, радио и даже Wi-Fi сигнал.

Заключение

Давайте подведем итоги и еще раз кратко напомним, что такое ЭДС и в каких единицах СИ выражается эта величина.

  1. ЭДС характеризует работу сторонних сил (химических или физических) неэлектрического происхождения в электрической цепи. Эта сила выполняет работу по переносу электрических зарядов ней.
  2. ЭДС, как и напряжение измеряется в Вольтах.
  3. Отличия ЭДС от напряжения состоят в том, что первое измеряется без нагрузки, а второе с нагрузкой, при этом учитывается и оказывает влияние внутреннее сопротивление источника питания.

И наконец, для закрепления пройденного материала, советую посмотреть еще одно хорошее видео на эту тему:

Материалы по теме:

Что такое эдс — формула и применение

В электротехнике источники питания электрических цепей характеризуются электродвижущей силой (ЭДС).

Что такое ЭДС

Во внешней цепи электрического контура электрические заряды двигаются от плюса источника к минусу и создают электрический ток. Для поддержания его непрерывности в цепи источник должен обладать силой, которая смогла бы перемещать заряды от более низкого к более высокому потенциалу. Такой силой неэлектрического происхождения и является ЭДС источника. Например, ЭДС гальванического элемента.

В соответствии с этим, ЭДС (E) можно вычислить как:

E=A/q, где:

  • A –работа в джоулях;
  • q — заряд в кулонах.

Величина ЭДС в системе СИ измеряется в вольтах (В).

Формулы и расчеты

ЭДС представляет собой работу, которую совершают сторонние силы для перемещения единичного заряда по электрической цепи

Схема замкнутой электрической цепи включает внешнюю часть, характеризуемую сопротивлением R, и внутреннюю часть с сопротивлением источника Rвн. Непрерывный ток (Iн) в цепи будет течь в результате действия ЭДС, которая преодолевает как внешнее, так и внутреннее сопротивление цепи.

Ток в цепи определяется по формуле (закон Ома):

Iн= E/(R+Rвн).

При этом напряжение на клеммах источника (U12) будет отличаться от ЭДС на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника.

U12 = E — Iн*Rвн.

Если цепь разомкнута и ток в ней равен 0, то ЭДС источника будет равна напряжению U12.

Разработчики источников питания стараются уменьшать внутренние сопротивление Rвн, так как это может позволить получить от источника больший ток.

Где применяется

В технике применяются различные виды ЭДС:

  • Химическая. Используется в батарейках и аккумуляторах.
  • Термоэлектрическая. Возникает при нагревании контактов разнородных металлов. Используется в холодильниках, термопарах.
  • Индукционная. Образуется при пересечении проводником магнитного поля. Эффект используется в электродвигателях, генераторах, трансформаторах.
  • Фотоэлектрическая. Применяется для создания фотоэлементов.
  • Пьезоэлектрическая. При растяжении или сжатии материала. Используется для изготовления датчиков, кварцевых генераторов.

Таким образом, ЭДС необходима для поддержания постоянного тока и находит применений в различных видах техники.

Основные термины и определения электротехники

Электрический ток

Электрический ток (I) это направленное движение свободных носителей электрического заряда. В металлах свободными носителями заряда являются электроны, в плазме, электролите — ионы.

Единица измерения силы тока – ампер (А). Условно за положительное направление тока во внешней цепи принимают направление от положительно заряженного электрода (+) к отрицательно заряженному (-). Если направление тока в ветви неизвестно, то его выбирают произвольно. Если в результате расчета режима цепи, ток будет иметь отрицательное значение, то действительное направление тока противоположно произвольно выбранному.

Электрическое напряжение

Электрическое напряжение (U) это характеристика работы сил поля по переносу электрических зарядов через внешние элементы цепи. При этом электрическая энергия преобразуется в другие виды. Единица измерения – вольт (В). За положительное направление напряжения приемника принимают направление, совпадающее с выбранным положительным направлением тока. В электрических цепях и энергетических системах напряжение может иметь значения в пределах от нескольких вольт до сотен тысяч вольт.

Электродвижущая сила

Электродвижущая сила Е (ЭДС) характеризует способность индуцированного поля вызывать электрический ток. Единица измерения – вольт (В). Источники энергии могут быть источниками ЭДС и тока. В данном пособии рассматриваются только источники ЭДС. Источник ЭДС характеризуется двумя параметрами: значениями ЭДС (Е) и внутреннего сопротивления (r0). Источник ЭДС, внутренним сопротивлением которого можно пренебречь, называют идеальным источником. Реальный источник ЭДС имеет определенное значение внутреннего сопротивления. У источника ЭДС внутренне сопротивление значительно меньше сопротивления нагрузки (RН) и электрический ток в цепи зависит главным образом от величины ЭДС и сопротивления нагрузки. Источник ЭДС имеет следующие графические обозначения.

Вольтамперная характеристика источника ЭДС имеет вид:

Рис. 1

Зависимость между напряжением на зажимах источника и его ЭДС имеет вид:

U = E — r0× I (для реального источника ЭДС)

U = E (для идеального источника).

Электрическое сопротивление R это величина, характеризующая противодействие проводящей среды движению свободных электрических зарядов (току). Единица измерения – Ом. Величина, обратная сопротивлению, называется электрической проводимостью G. Единица измерения – сименс (См).

Электрическое сопротивление

Электрическое сопротивление проводника определяется по формуле

R=ρl/S

где l – длина;
S – поперечное сечение;
ρ — удельное сопротивление.

По способности проводить электрический ток электротехнические материалы можно разделить на группы: проводники, диэлектрики и полупроводники.

Проводниковые материалы

Проводниковые материалы (алюминий, медь, золото, серебро и др.) обладают высокой электропроводностью. Наиболее часто в проводах и кабелях используется алюминий, как наиболее дешевый. Медь имеет большую электропроводимость, но она дороже.

Из проводников следует выделить группу материалов с большим удельным сопротивлением. К ним относятся сплавы ( нихром, фехраль и др.) они используются для изготовления обмоток нагревательных приборов и реостатов. Вольфрам используется в лампах накаливания. Константан и манганин используются в качестве сопротивлений в образцовых приборах.

Электроизоляционные материалы (диэлектрики)

Электроизоляционные материалы (диэлектрики) имеют очень малую удельную электрическую проводимость. Они бывают газообразные, жидкие и твердые. Особенно большим разнообразием отличаются твердые диэлектрики. К ним относятся резина, сухое дерево, керамические материалы, пластмассы, картон, пряжа и др. материалы. В качестве конструкционных материалов применяются текстолит и гетинакс. Текстолит это диэлектрический материал основой которого является ткань, пропитанная феноло-формальдегидной смолой. Гетинакс это бумага, пропитанная феноло-формальдегидной смолой.

Полупроводники

Полупроводники по электропроводимости занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Простые полупроводниковые вещества – германий, кремний, селен, сложные полупроводниковые материалы — арсенид галлия, фосфид галлия и др. В чистых полупроводниках концентрация носителей заряда – свободных электронов и дырок мала и эти материалы не проводят электрический ток.

Если в полупроводниковый материал ввести примесь (донорную или акцепторную), то есть произвести легирование, то полупроводник становится обладателем или электронной (n) проводимости (избыток электронов), или дырочной (р) проводимости (избыток положительных зарядов – дырок). Если соединить два полупроводника с различными видами проводимости, получим полупроводниковый прибор (диод), который используется для выпрямления переменного тока.

Мощность в электрической цепи характеризует интенсивность преобразования энергии из одного вида в другой в единицу времени. Единица измерения мощности – Ватт (Вт).

Для цепи постоянного тока мощность источника

Pист = E I.

Мощность приемника

Рпр = U × I = R × I2 = U2/R

Закон электромагнитной индукции

Закон электромагнитной индукции — устанавливает связь между электрическими и магнитными явлениями, был открыт в 1831 году М. Фарадеем, в 1873 году закон был обобщен и развит Д.Максвеллом:

Если магнитный поток Ф, проходящий сквозь поверхность, ограниченную некоторым контуром, изменяется во времени t, в контуре индуцируется ЭДС e, равная скорости изменения потока

Рис. 2

ЭДС и напряжение в электрической цепи

Многие люди (в то числе и некоторые электрики) путают понятие электродвижущей силы (ЭДС) и напряжения. Хотя эти понятия имеют отличия. Несмотря на то, что они незначительные, не специалисту сложно в них разобраться. Не маловажную роль в этом играет единица измерения. Напряжение и ЭДС измеряются в одних единицах – Вольтах. На этом отличия не заканчиваются, подробно обо всем мы рассказали в статье!

Что такое электродвижущая сила

Подробно этот вопрос мы рассмотрели в отдельной статье: https://samelectrik.ru/chto-takoe-eds-obyasnenie-prostymi-slovami.html

Под ЭДС понимается физическая величина, характеризующая работу каких-либо сторонних сил, находящихся в источниках питания постоянного или переменного тока. При этом, если имеется замкнутый контур, то можно сказать, что ЭДС равна работе сил по перемещению положительного заряда к отрицательному по замкнутой цепи. Или простыми словами, ЭДС источника тока представляет работу, необходимую для перемещения единичного заряда между полюсами.

 Идеальный и реальный источники

При этом если источник тока имеющего бесконечную мощность, а внутреннее сопротивление будет отсутствовать (позиция А на рисунке), то ЭДС можно рассчитать по закону Ома для участка цепи, т.к. напряжение и электродвижущая сила в этом случае равны.

I=U/R,

где U – напряжение, а в рассмотренном примере — ЭДС.

Однако, реальный источник питания имеет конечное внутреннее сопротивление. Поэтому такой расчет нельзя применять на практике. В этом случае для определения ЭДС пользуются формулой для полной цепи.

I=E/(R+r),

где E (также обозначается как «ԑ») — ЭДС; R – сопротивление нагрузки, r – внутреннее сопротивление источника электропитания, I – ток в цепи.

Однако, эта формула не учитывает сопротивление проводников цепи. При этом необходимо понимать, что внутри источника постоянного тока и во внешней цепи, ток течет в разных направлениях. Разница заключается в том, что внутри элемента он течет от минуса к плюсу, то во внешней цепи от плюса к минусу.

Это наглядно представлено на ниже приведенном рисунке:

Направление протекания тока в гальваническом элементе и в нагрузке

При этом электродвижущая сила измеряется вольтметром, в случае, когда нет нагрузки, т.е. источник питания работает в режиме холостого хода.

Чтобы найти ЭДС через напряжение и сопротивление нагрузки нужно найти внутреннее сопротивление источника питания, для этого измеряют напряжение дважды при разных токах нагрузки, после чего находят внутреннее сопротивление. Ниже приведен порядок вычисления по формулам, далее R1, R2 — сопротивление нагрузки для первого и второго измерения соответственно, остальные величины аналогично, U1, U2 – напряжения источника на его зажимах под нагрузкой.

Итак, нам известен ток, тогда он равен:

I1=E/(R1+r)

I2=E/(R2+r)

При этом:

R1=U1/I1

R2=U2/I2

Если подставить в первые уравнения, то:

I1=E/( (U1/I1)+r)

I2=E/( (U2/I2)+r)

Теперь разделим левые и правые части друг на друга:

(I1/I2)= [E/( (U1/I1)+r)]/[E/( (U2/I2)+r)]

После вычисления относительно сопротивления источника тока получим:

r=(U1-U2)/(I1-I2)

Внутреннее сопротивление r:

r= (U1+U2)/I,

где U1, U2 — напряжение на зажимах источника при разном токе нагрузки, I — ток в цепи.

Тогда ЭДС равно:

E=I*(R+r) или E=U1+I1*r

Что такое напряжение

Электрическое напряжение (обозначается как U) – это физическая величина, которая отражает количественную характеристику работы электрического поля по переносу заряда из точки А в точку В. Соответственно напряжение может быть между двумя точками цепи, но в отличии от ЭДС оно может быть между двумя выводами какого-то из элементов цепи. Напомним, что ЭДС характеризует работу, выполненную сторонними силами, то есть работу самого источника тока или ЭДС по переносу заряда через всю цепь, а не на конкретном элементе.

Это определение можно выразить простым языком. Напряжение источников постоянного тока – это сила, которая перемещает свободные электроны от одного атома к другому в определенном направлении.

Для переменного тока используют следующие понятия:

  • мгновенное напряжение — это разность потенциалов между точками в данный промежуток времени;
  • амплитудное значение – представляет максимальную величину по модулю мгновенного значения напряжения за промежуток времени;
  • среднее значение – постоянная составляющая напряжения;
  • среднеквадратичное и средневыпрямленное.

Напряжение участка цепи зависит от материала проводника, сопротивления нагрузки и температуры. Так же как и электродвижущая сила измеряется в Вольтах.

Часто для понимания физического смысла напряжения, его сравнивают с водонапорной башней. Столб воды отождествляют с напряжением, а поток с током.

При этом столб воды в башне постепенно уменьшается, что характеризует понижение напряжения и уменьшения силы тока.

Так в чем же отличие

Для лучшего понимания, в чем состоит разница электродвижущей силы от напряжения, рассмотрим пример. Имеется источник электрической энергии бесконечной мощности, в котором отсутствует внутреннее сопротивление. В электрической цепи смонтирована нагрузка. В этом случае будет справедливо утверждение, что ЭДС и напряжение тождественно равны, т.е между этими понятиями отсутствует разница.

Однако, это идеальные условия, которые в реальной жизни не встречаются. Эти условия используют исключительно при расчетах. В реальной жизни учитывается внутреннее сопротивление источника питания. В этом случае ЭДС и напряжение имеют отличия.

Внутреннее сопротивление гальванического элемента

На рисунке представлено, какая разница будет в значениях электродвижущей силы и напряжении в реальных условиях. Вышеприведенная формула закона Ома для полной цепи описывает все процессы. При разомкнутой цепи на клеммах батарейки будет значение 1,5 Вольта. Это значение ЭДС. Подключив нагрузку, в данном случае это лампочка, на ней будет напряжение 1 вольт.

Разница от идеального источника заключается в наличии внутреннего сопротивления источника питания. На этом сопротивлении и происходит падение напряжения. Эти процессы описывает закон Ома для полной цепи.

Если измерительный прибор на зажимах источника электроэнергии показывает значение 1,5 Вольта, это будет электродвижущая сила, но повторим, при условии отсутствия нагрузки.

При подключении нагрузки на клеммах будет заведомо меньшее значение. Это и есть напряжение.

Вывод

Из вышесказанного можно сделать вывод, что основная разница между ЭДС и напряжением состоит:

  1. Электродвижущая сила зависит от источника питания, а напряжение зависит от подключенной нагрузки и тока, протекающего по цепи.
  2. Электродвижущая сила это физическая величина, характеризующая работу сторонних сил неэлектрического происхождения, происходящих в цепях постоянного и переменного тока.
  3. Напряжение и ЭДС имеет единую единицу измерения – Вольт.
  4. U -величина физическая, равная работе эффективного электрического поля, производимой при переносе единичного пробного заряда из точки А в точку В.

Таким образом, кратко, если представить U в виде столба воды, то ЭДС можно представить что это насос, поддерживающий уровень воды на постоянном уровне. Надеемся, после прочтения статьи Вам стало понятно основное отличие!

Материалы по теме:

Чем отличается ЭДС от электрического напряжения

Рубрика: Статьи обо всем

Опубликовано 03.02.2020   ·  
Комментарии: 0
  ·  
На чтение: 3 мин
  ·  
Просмотры:

Post Views:
760

В чем разница между электродвижущей силой (ЭДС) и напряжением

Напряжение — это следствие прохождение электрического тока по цепи. Оно возникает на участках с сопротивлением на пути у электрического тока. Любая материя имеет сопротивление (кроме сверхпроводников), поэтому на всем участке есть напряжение. Где-то оно больше, где-то меньше, это зависит от сопротивления конкретного участка.


Сумма всех напряжений на цепи = ЭДС. Это второй закон Кирхгофа. Электродвижущая сила — это и есть причина движения электронов по цепи.

Почему тогда на батарейках или аккумуляторах, или в любом другом источнике указывается напряжение, а не ЭДС? Дело в том, что в идеальном источнике нет внутреннего сопротивления. В качестве внутреннего сопротивления могут быть контакты, материалы, химические реакции, реактивные сопротивления.

И так как они имеют сопротивление, то при прохождении через них электрического тока, на них появляется напряжение. Поэтому, в вольтах на клеммах источника тока указывается как напряжение, а не электродвижущая сила.

Практически нулевое сопротивление может быть только у сверхпроводников.

Эта путаница в понятиях часто вводит в заблуждение, такие как «Если напряжение — это следствие прохождение тока, то почему напряжение — это причина движения зарядов?». Причина прохождения электрического тока в цепи это ЭДС. Следствие прохождения тока по цепи на отельных участках — это возникновение напряжения. Напряжение всей цепи равно ЭДС. В бытовом плане не принято использовать термин ЭДС, в этом нет особой необходимости. Например, электродвижущая сила какого-нибудь аккумулятора равна 4,88 В, а напряжение на его клеммах 4,85 В. Стоит ли использовать значения электродвижущей силы, если несколько процентов вольт все равно останутся на клеммах источника?

Теория относительности и напряжение

Допустим, есть три шарика.

Один из них заряжен на +15В, второй на +5В, а третий — 0. Кто из них будет положительнее, а кто отрицательнее? Вся материя состоит из молекул. Молекулы в свою очередь состоят из атомов.

Атомы имеют различные свойства, но у каждого есть протон и электрон и почти у каждого в добавок к перечисленному — нейтрон. Что определяет заряд атома? Это компенсирование зарядов электронов и протонов. Электрон это минус, а протон — плюс. Если есть недостаток электронов, то атом положительно заряжен, если переизбыток — отрицательно. Почему так происходит? Это результат физических свойств атомов, окружающей среды и взаимодействия с другими материалами. Например, валентные электроны могут покидать атомы, тем самым делая его положительным.

Третий шарик, который нейтрален (у него протоны и электроны скомпенсированы) будет отрицательным по отношению к первым двум. Потому, что относительно тех шариков, у этого шарика больше электронов. Положительные стремятся заполучить их и притягиваются к нему. А что насчет двух положительных шариков? Тот, кто менее положительный — становится отрицательным. Если вычесть значение второго шарика из остальных, то получится следующая ситуация: у первого шарика +10В, у второго 0В, а у третьего -5В.

Относительно первого шарика остальные два стали отрицательными, и разница потенциалов увеличилась. Поэтому, если два каких-либо тела оба положительно (или отрицательно) заряжены с разницей, они могут быть относительно друг друга разноименными.

Это не противоречит закону Кулона. Два положительных (или отрицательных) шарика будут отталкиваться друг от друга, когда они одинаково заряжены. То есть, если есть два шарика +5В и +5В они начнут отталкиваться, но если они будут +4В и +5В — начнут притягиваться, пока не компенсируют заряды друг друга до одного значения (+4,5 В). Относительно 0 они все так же остаются положительно заряженными телами.

Post Views:
760

Уравнение ЭДС генератора переменного тока и генератора переменного тока

Уравнение ЭДС генератора переменного тока

Генератор переменного тока или генератор переменного тока (динамо) — это устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую. Когда мы подаем ток намагничивания от шунтирующего генератора постоянного тока через два контактных кольца (в современных генераторах переменного тока они используют электронную систему запуска вместо контактных колец и коммутаторов), потому что магниты поля вращаются. имейте в виду, что большинство генераторов переменного тока используют вращающееся магнитное поле со стационарным якорем.

Когда ротор вращается, проводники статора, которые статичны в случае отключения генератора из-за магнитного потока, они индуцировали ЭДС, возникающую в них (согласно закону Фарадея об электромагнитной индукции , который гласит, что если проводник или катушка соединяются с любым изменяя поток, в нем должна быть наведенная ЭДС.

Примечание: мы обсудим конструкцию, работу и работу. Типы генераторов более подробно в наших следующих сообщениях. EMF Equation of an Alternator and AC Generator EMF Equation of an Alternator and AC Generator

Эту наведенную ЭДС можно найти с помощью ЭДС уравнение генератора , которое выглядит следующим образом:

Lets,

P = No.количество полюсов

Z = количество проводников или сторон катушки в серии / фазе, т.е. Z = 2T … где T — количество катушек или витков на фазу (обратите внимание, что один виток или катушка имеет два конца или стороны)

f = частота наведенной ЭДС в Гц

Φ = поток на полюс (Weber)

N = скорость ротора (об / мин)

K d = коэффициент распределения = Kd= Distribution factor for emf equation of alternator and ac generator Kd= Distribution factor for emf equation of alternator and ac generator

Где коэффициент распределения = K d = distribution factor distribution factor

K c или K P = Cos α / 2

Если наведенная ЭДС предполагается синусоидальной, то

K f = Форм-фактор = 1.11

За один оборот ротора, т.е. за 60 / N секунд, каждый проводник перерезается магнитным потоком ΦP Webers.

d Φ = Φ P , а также d Φ = 60 / N секунд

затем наведенная ЭДС на проводник (средняя) = EMF EQUATION OF AN ALTERNATOR OR AC GENERATOR EMF EQUATION OF AN ALTERNATOR OR AC GENERATOR… .. (i )

Но мы знаем, что:

f = PN / 120 или N = 120 f / P

Подставляя значение N в Уравнение (i) , получаем,

Среднее значение ЭДС на проводник = EMF EQUATION OF AN ALTERNATOR EMF EQUATION OF AN ALTERNATOR ∴ (N = 120f / P)

Если имеется Z проводников, соединенных последовательно на фазу,

, тогда среднее значение e.m.f на фазу = 2 f Φ Z Вольт = 4 f Φ T Вольт … .. (Z = 2T)

Также мы знаем, что;

Форм-фактор = Среднеквадратичное значение / Среднее значение

= Среднеквадратичное значение = Форм-фактор x Среднее значение,

= 1,11 x 4 f ΦT = 4,44 f ΦT Вольт.

(Обратите внимание, что это точно то же уравнение, что и уравнение ЭДС трансформатора)

И фактическое доступное напряжение на фазу

= 4 K c K d f ΦT = 4 K f K c K d f ΦT Вольт.

Примечание. Если генератор переменного тока или генератор переменного тока подключены звездой, как обычно, то линейное напряжение в √3 раз больше фазного напряжения, как это вычислено по приведенной выше формуле.

Вы также можете прочитать:

.

разница между напряжением и ЭДС?

Принципиальная разница между ЭДС и напряжением?

Что такое напряжение?

Необходимое количество энергии для перемещения единичного заряда из одной точки в другую известно как напряжение. Другими словами, напряжение определяется как разница между электрическими потенциалами. Он обозначается заглавной буквой «V» и измеряется в вольтах, обозначается буквой «V» и измеряется вольтметром.

  • Один вольт — это разность электрического положения, равная одному амперу тока, который рассеивает один ватт мощности между двумя проводящими точками.

Или

  • Вольт — это разность потенциалов, которая перемещает один джоуль энергии на кулоновский заряд между двумя точками.

V = J / C = W / A… в вольт

Где:

  • V = напряжение в вольтах
  • J = энергия в джоулях
  • C = заряд в Колумбусе
  • W = работа, выполненная в джоулей
  • A = ток в амперах

Difference Between Voltage and EMF Difference Between Voltage and EMF

Что такое ЭДС?

ЭДС или электродвижущая сила — это подача энергии на заряд аккумуляторной батареей.Другими словами, ЭДС создает и поддерживает напряжение внутри активной ячейки и подает энергию в джоулях на каждую единицу кулоновского заряда. Он обозначается буквой «ε», а единица измерения такая же, как напряжение, то есть вольт.

ЭДС — максимальная разность потенциалов между двумя точками батареи при отсутствии тока от источника в случае обрыва цепи. Короче говоря, ЭДС является причиной, а напряжение или разность потенциалов — следствием.

E или ε = W / Q … в вольтах

Где:

  • E или ε = энергия электродвижущей силы в вольтах
  • W = выполненная работа в джоулях
  • Q = заряд в Колумбусе

Связанные Сообщение: Разница между реальной землей и виртуальной землей

Сравнительная таблица между напряжением и ЭДС.

Характеристики Напряжение ЭДС
Представленный символ В E или ε
Определение Напряжение — это разность потенциалов между двумя точками, которая вызывает ток течь. Это количество энергии на единицу заряда при перемещении между двумя точками. ЭДС или электродвижущая сила — это количество энергии, подаваемой на заряд аккумуляторным элементом.Он вырабатывает напряжение внутри активных источников батареи и подает энергию в джоулях на каждый кулон заряда.
Выражение Разность потенциалов или напряжение заставляет ток течь между двумя точками. ЭДС поддерживает разность потенциалов между двумя электродами.
Формулы V = IR

Где

V = напряжение в вольтах

I = ток в амперах

R = сопротивление в омах

E = I (R + r)

E = W / Q

Где:

E или ε = ЭДС в вольтах

W = энергия выполненной работы в джоулях

Q = заряд в кулонах

r = внутреннее сопротивление аккумуляторной ячейки в омах

Выполненная работа Работа, выполняемая при перемещении заряда из одной точки в другую по проводнику. В источнике действуют внешние силы, перемещающие заряд из одной точки в другую.
Источники Электрическое поле и магнитное поле. Активные устройства, такие как аккумуляторные батареи, солнечные элементы, трансформаторы, электрические генераторы и динамо-машины, фотодиоды и т. Д.
Интенсивность Интенсивность напряжения ниже ЭДС и непостоянна. ЭДС имеет постоянную интенсивность с большей величиной.
Сопротивление Напряжение зависит от сопротивления цепи. ЭДС не зависит от сопротивления цепи.
Силовая операция Напряжение не является кулоновской силовой операцией. ЭДС — это действие кулоновской силы.
Причина / следствие Напряжение — это эффект ЭДС. ЭДС является причиной напряжения.
Измерение Напряжение можно измерить между любыми двумя точками. Его можно измерить с помощью вольтметра. ЭДС можно измерить между концевыми выводами, когда через них не протекает ток.Его можно измерить с помощью измерителя ЭДС.

Основные различия между ЭДС и напряжением

Ниже приведены ключевые различия между напряжением и ЭДС.

  • Название «ЭДС» на первый взгляд подразумевает, что это сила, которая вызывает протекание тока. Но это неверно, потому что это не сила, а энергия, поставляемая для зарядки некоторым активным устройством, таким как аккумулятор.
  • ЭДС поддерживает разность потенциалов (P.D или напряжение), в то время как разность потенциалов вызывает протекание тока.
  • Когда мы говорим, что ЭДС устройства (например, элемента) составляет 2 В, это означает, что устройство передает энергию в 2 джоуля на каждый кулон заряда. Когда мы говорим, что разность потенциалов между точками A и B цепи (предположим, что точка A находится под более высоким потенциалом) составляет 2 В, это означает, что каждый кулон заряда будет отдавать энергию в 2 джоуля при перемещении из точки A в B.

Похожие сообщения:

.

Что такое электротехника? | Живая наука

Электротехника — одна из новейших отраслей машиностроения, возникшая в конце 19 века. Это отрасль техники, которая занимается технологиями электричества. Инженеры-электрики работают над широким спектром компонентов, устройств и систем, от крошечных микрочипов до огромных генераторов электростанций.

Ранние эксперименты с электричеством включали примитивные батареи и статические заряды. Однако фактическое проектирование, конструирование и производство полезных устройств и систем началось с реализации закона индукции Майкла Фарадея, который, по сути, гласит, что напряжение в цепи пропорционально скорости изменения магнитного поля в цепи.Этот закон применяется к основным принципам работы электрогенератора, электродвигателя и трансформатора. Наступление современной эпохи отмечено появлением электричества в домах, на предприятиях и в промышленности, что стало возможным благодаря инженерам-электрикам.

Некоторые из самых выдающихся пионеров в области электротехники включают Томаса Эдисона (электрическая лампочка), Джорджа Вестингауза (переменный ток), Николы Теслы (асинхронный двигатель), Гульельмо Маркони (радио) и Фило Т.Фарнсворт (телевидение). Эти новаторы превратили идеи и концепции об электричестве в практические устройства и системы, которые положили начало современности.

С момента своего зарождения область электротехники выросла и разветвлялась на ряд специализированных категорий, включая системы генерации и передачи электроэнергии, двигатели, аккумуляторы и системы управления. Электротехника также включает электронику, которая подразделяется на еще большее количество подкатегорий, таких как радиочастотные (РЧ) системы, телекоммуникации, дистанционное зондирование, обработка сигналов, цифровые схемы, приборы, аудио, видео и оптоэлектроника.

Область электроники родилась с изобретением в 1904 году Джоном Амброузом Флемингом термоэлектронной ламповой диодной лампы. Электронная лампа в основном действует как усилитель тока, выдавая ток, кратный входному. Он был основой всей электроники, включая радио, телевидение и радары, до середины 20 века. Он был в значительной степени вытеснен транзистором, который был разработан в 1947 году в лабораториях AT&T Bell Laboratories Уильямом Шокли, Джоном Бардином и Уолтером Браттейном, за что они получили Нобелевскую премию по физике 1956 года.

Чем занимается инженер-электрик?

«Инженеры-электрики проектируют, разрабатывают, тестируют и контролируют производство электрического оборудования, такого как электродвигатели, радары и навигационные системы, системы связи и оборудование для выработки электроэнергии, — заявляет Бюро статистики труда США.» Инженеры-электронщики проектируют и разрабатывают электронное оборудование оборудование, такое как системы вещания и связи — от портативных музыкальных плееров до систем глобального позиционирования (GPS) ».

Если это практическое, реальное устройство, которое производит, проводит или использует электричество, по всей вероятности, оно было разработано инженер-электрик.Кроме того, инженеры могут проводить или составлять спецификации для разрушающих или неразрушающих испытаний производительности, надежности и долговечности устройств и компонентов.

Современные инженеры-электрики проектируют электрические устройства и системы с использованием основных компонентов, таких как проводники, катушки, магниты, батареи, переключатели, резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, диоды и транзисторы. Почти все электрические и электронные устройства, от генераторов на электростанции до микропроцессоров в вашем телефоне, используют эти несколько основных компонентов.

Критические навыки, необходимые в электротехнике, включают глубокое понимание теории электричества и электроники, математики и материалов. Эти знания позволяют инженерам разрабатывать схемы для выполнения определенных функций и удовлетворения требований безопасности, надежности и энергоэффективности, а также прогнозировать их поведение до реализации проекта оборудования. Иногда, однако, схемы конструируются на «макетных платах» или прототипах печатных плат, изготовленных на станках с числовым программным управлением (ЧПУ), для тестирования перед запуском в производство.

Инженеры-электрики все больше полагаются на системы автоматизированного проектирования (САПР) для создания схем и компоновки схем. Они также используют компьютеры для моделирования работы электрических устройств и систем. Компьютерное моделирование можно использовать для моделирования национальной электросети или микропроцессора; поэтому для инженеров-электриков очень важно владеть компьютерами. Помимо ускорения процесса создания схем, макетов печатных плат (PCB) и чертежей электрических и электронных устройств, системы CAD позволяют быстро и легко изменять конструкции и создавать прототипы с помощью станков с ЧПУ.Полный список необходимых навыков и способностей для инженеров-электриков и электронщиков можно найти на MyMajors.com.

Работа и заработная плата в области электротехники

Инженеры-электрики и электронщики работают в основном в научно-исследовательских и опытно-конструкторских отраслях, компаниях, оказывающих инженерные услуги, на производстве и в федеральном правительстве, согласно BLS. Как правило, они работают в помещении или в офисах, но им, возможно, придется посетить места, чтобы увидеть проблему или сложное оборудование, сообщает BLS.

Обрабатывающие отрасли, в которых работают инженеры-электрики, включают автомобильную, морскую, железнодорожную, аэрокосмическую, оборонную, бытовую электронику, коммерческое строительство, освещение, компьютеры и компоненты, телекоммуникации и управление движением. Государственные учреждения, в которых работают инженеры-электрики, включают транспортные департаменты, национальные лаборатории и вооруженные силы.

Для большинства рабочих мест в области электротехники требуется как минимум степень бакалавра инженерных наук. Многие работодатели, особенно те, которые предлагают услуги инженерного консалтинга, также требуют государственной сертификации в качестве профессионального инженера.Кроме того, многие работодатели требуют сертификации Института инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) или Института инженерии и технологий (IET). Степень магистра часто требуется для продвижения к руководству, а постоянное образование и подготовка необходимы, чтобы идти в ногу с достижениями в области технологий, испытательного оборудования, компьютерного оборудования и программного обеспечения, а также государственных постановлений.

По состоянию на июль 2014 года, диапазон заработной платы для недавно получившего диплом инженера-электрика со степенью бакалавра составляет от 55 570 до 73 908 долларов, согласно Salary.ком. Диапазон для инженера среднего звена со степенью магистра и стажем от пяти до 10 лет составляет от 74 007 до 108 640 долларов, а для старшего инженера со степенью магистра или доктора и более 15 лет опыта — от 97 434 до 138 296 долларов. Многие опытные инженеры с учеными степенями продвигаются на руководящие должности или открывают собственный бизнес, где они могут заработать еще больше.

Будущее электротехники

Предполагается, что занятость инженеров-электриков и электронщиков вырастет на 4 процента в период с настоящего момента до 2022 года из-за «универсальности этих специалистов в разработке и применении новых технологий», говорится в сообщении BLS.

Применения этих новых технологий включают изучение красных электрических вспышек, называемых спрайтами, которые парят над некоторыми грозами. Виктор Пасько, инженер-электрик из Пенсильванского университета, и его коллеги разработали модель эволюции и исчезновения странных молний.

Другой инженер-электрик, Андреа Алу из Техасского университета в Остине, изучает звуковые волны и разработал одностороннюю звуковую машину. «Я могу слушать вас, но вы не можете обнаружить меня; вы не можете слышать мое присутствие», — сказал Алу LiveScience в статье 2014 года.

А Мишель Махарбиз, инженер-электрик из Калифорнийского университета в Беркли, изучает способы беспроводной связи с мозгом.

BLS заявляет: «Быстрые темпы технологических инноваций и разработок, вероятно, будут стимулировать спрос на инженеров-электриков и электронщиков в области исследований и разработок, области, в которой потребуется инженерный опыт для разработки систем распределения, связанных с новыми технологиями».

Дополнительные ресурсы

.

Основы электрических машин для студентов

Генератор постоянного тока

Электрические машины имеют дело с передачей энергии либо из механической формы в электрическую, либо из электрической в ​​механическую; этот процесс называется электромеханическим преобразованием энергии.

The Essentials Of Electrical Machines For Students Основы электрических машин для студентов (на фото: старый синхронный генератор бездействует на действующем заводе, а справа — продукты от GE, Westinghouse, A&B и Square D; кредит: Уильям Маклафлин через Flickr)

Электрическая машина, преобразующая механическую энергию в электрическую, называется электрическим генератором , а электрическая машина, преобразующая электрическую энергию в механическую энергию, называется электродвигателем .

Генератор постоянного тока построен на основе основного принципа, согласно которому в проводнике индуцируется ЭДС, когда он перерезает магнитные силовые линии. Двигатель постоянного тока работает по основному принципу: проводник с током, помещенный в магнитное поле, испытывает силу.

Принцип работы

Все генераторы работают по принципу динамически индуцированной ЭДС . Изменение потока, связанное с проводником, может существовать только тогда, когда существует относительное движение между проводником и потоком.Относительное движение может быть достигнуто путем вращения проводника относительно магнитного потока или вращением магнитного потока относительно проводника.

Итак, напряжение генерируется в проводнике, пока существует относительное движение между проводником и магнитным потоком. Такая наведенная ЭДС, которая возникает из-за физического движения катушки или проводника относительно потока или движения потока относительно катушки или проводника, называется динамически индуцированной ЭДС.

Всякий раз, когда проводник отсекает магнитный поток, в нем создается динамически индуцированная ЭДС в соответствии с законами электромагнитной индукции Фарадея .Эта ЭДС вызывает протекание тока, если цепь проводника замкнута.

Итак, генерирующее действие требует наличия следующих основных компонентов:

  1. Проводник или катушка
  2. Флюс
  3. Относительное движение между проводником и потоком.

В практическом генераторе проводники вращаются, чтобы отсечь магнитный поток, сохраняя постоянный поток. Чтобы на выходе было большое напряжение, несколько проводников соединяются вместе определенным образом, образуя обмотку.

Обмотка называется обмотка якоря машины постоянного тока, а часть, на которой держится эта обмотка, называется якорем машины постоянного тока .

Магнитное поле создается обмоткой с током, которая называется обмоткой возбуждения. Провода, размещенные на якоре, вращаются с помощью какого-либо внешнего устройства. Такое внешнее устройство называется тягачом. Обычно используемые первичные двигатели — это дизельные двигатели, паровые двигатели, паровые турбины, водяные турбины и т. Д.

The rectification in case of dc generator is done by device called as commutator Выпрямление в случае генератора постоянного тока выполняется устройством, называемым коммутатором.

Индуцированная ЭДС

Природа наведенной ЭДС для проводника, вращающегося в магнитном поле, переменная. Поскольку проводник вращается в магнитном поле, составляющая напряжения в различных положениях различна. Следовательно, основной характер наведенной ЭДС в обмотке якоря в случае генератора постоянного тока является переменным.

Чтобы получить однонаправленный выход постоянного тока, необходимо устранить переменную наведенную ЭДС.Устройство, которое используется в генераторе постоянного тока для преобразования переменной наведенной ЭДС в однонаправленную ЭДС постоянного тока, называется коммутатором .

,

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *