Физика формулы эдс: Формула ЭДС в физике - Санкт-Петербургское государственное бюджетное учреждение социального обслуживания населения

Содержание

Физика – 11

Из вышесказанного становится ясно, что возникающий в контуре собственный магнитный поток прямо пропорционален силе проходящего через контур тока – Ф~I или:

Ф = LI. (1)

Здесь L является коэффициентом пропорциональности (между Ф и I) и называется индуктивностью контура (катушки).

Индуктивность зависит от геометрических размеров контура (катушки), от магнитной проницаемости среды внутри него, от числа витков. Она не зависит от силы тока в контуре и магнитного потока.

Индуктивность — скалярная величина, единица ее измерения в СИ названа генри (1 Гн), в честь американского ученого Джозефа Генри:

[L] = [Ф]I
[ ] = 1 Вб
A = 1 Гн.

• 1 Гн – индуктивность такого контура (катушки), в которой при силе тока 1А через контур проходит собственный магнитный поток 1 Вб.

Если учесть выражение (1) в законе электромагнитной индукции, то получим, что ЭДС самоиндукции прямо пропорциональна скорости изменения силы тока, проходящего через контур:

ε_is = – ΔФt
Δ = – Δ(LI)
Δt = –L ΔI
Δt. (2)

Здесь ε_is — ЭДС самоиндукции, ΔI
Δt — скорость изменения силы тока в контуре.

Энергия магнитного поля. Согласно закону сохранения энергии, работа, совершенная при создании ЭДС индукции, будет равна энергии магнитного поля, создавшего его. Для определения этой энергии удобно воспользоваться схожестью явления самоиндукции с явлением инерции. Так, индуктивность

L играет такую же роль при изменениях силы тока I в электромагнитных процессах, какую играет масса m – при изменениях скорости υ в механических процессах. Тогда для энергии магнитного поля, создаваемого контуром в электромагнитных явлениях, можно принять выражение, аналогичное выражению кинетической энергии тела в механических явлениях:

W_m = LI²
2. (3)
Если в этом выражении учесть формулу (1), получим ещё две формулы для энергии магнитного поля:
W_m = Ф²L
2 = ФI
2. (4)
Из теоретических вычислений получено, что плотность энергии магнитного поля прямо пропорциональна квадрату магнитной индукции и обратно пропорциональна магнитным свойствам среды:
W_m = B² μ₀ μ
2 . (5)

Здесь μ₀ — магнитная постоянная: μ₀ = 4π • 10^-7 Гн
м.
Электродвижущая сила (ЭДС): формула расчета и определение
Например, все телевизионные приемники имеют входной импеданс 75 Ом и подключаются к антеннам коаксиальным кабелем именно с таким волновым сопротивлением. Чтобы приблизиться к идеальным генераторам ЭМП, источники питающего напряжения, используемые во всем промышленном и бытовом электронном оборудовании, изготавливаются со специальными электронными схемами стабилизации выходного напряжения, которые позволяют поддерживать практически постоянное напряжение питания в заданном диапазоне токов, потребляемых от источника ЭМП (иногда называемого источником напряжения).
Содержание
Что такое электродвижущая сила (ЭДС) и как ее рассчитать?
Электродвижущая сила, или сокращенно ЭДС, – это способность источника тока или элемента источника питания создавать разность потенциалов в электрической цепи. Источником питания является аккумулятор или перезаряжаемая батарея. Это скалярная физическая величина, равная работе внешних сил по перемещению одного положительного заряда. В этой статье мы рассмотрим теорию ЭМП, как оно возникает, для чего его можно использовать на практике и где оно применяется, и, прежде всего, как его рассчитать.
Электродвижущая сила – Электродвижущая сила; Э.Д.Ф. Скалярная величина, характеризующая способность внешнего и индуцированного электрических полей индуцировать электрический ток, равная линейному интегралу напряженности внешнего и индуцированного электрических полей,… … Политехнический терминологический словарь
ЭДС индукции
Электродвижущая сила может быть вызвана изменением магнитного поля в окружающем пространстве. Это явление называется электромагнитной индукцией. Величина индуктивной ЭДС в цепи задается выражением

где
– поток магнитного поля через замкнутую поверхность
ограниченный петлей. Знак “-” перед выражением указывает на то, что индукционный ток, создаваемый ЭДС индукции, препятствует изменению магнитного потока в контуре (см. правило Ленца).
Затем, благодаря Максвеллу и Фарадею, модели, объясняющие ток, получили новую теорию поля. Это позволило разработать концепцию энергии, связанной с полем, как для статических потенциалов, так и для электродвижущей силы. Ключевые даты в развитии концепции ЭМП:
Определение и физическое значение
Прикладывание определенной разности потенциалов между двумя концами проводника приводит к тому, что электроны перетекают с одного конца на другой. Однако этого недостаточно для поддержания потока заряда в проводнике. Дрейф электронов вызывает снижение потенциала до тех пор, пока он не уравновесится (ток прекратится). Поэтому для получения постоянного тока необходимы механизмы, постоянно возвращающие описанную систему в исходную конфигурацию, т.е. для предотвращения скопления грузов в результате их перемещения. Для этого используются специальные устройства, называемые источниками питания.
В качестве иллюстрации их работы удобно рассмотреть замкнутый контур из сопротивления и гальванического источника энергии (батареи). Если предположить, что внутри батареи нет тока, то описанная проблема объединения зарядов остается нерешенной. Но в цепи с реальным источником питания электроны постоянно движутся. Это связано с тем, что внутри батареи также происходит поток ионов от отрицательного электрода к положительному. Источником энергии, которая перемещает эти заряды в батарее, являются химические реакции. Эта энергия называется электродвижущей силой.
ЭДС – это характеристика любого источника энергии, способного управлять движением электрических зарядов в цепи. В аналогии с замкнутым гидравлическим контуром действие источника ЭДС соответствует действию насоса, создающего давление воды. Поэтому символ этих устройств неразличим на гидравлических и электрических схемах.
Несмотря на свое название, электродвижущая сила на самом деле не является силой и измеряется в вольтах. Его численное значение равно работе, совершаемой зарядом, движущимся в замкнутом контуре. Источник ЭДС выражается формулой E=A/q, в котором:
E – электродвижущая сила в вольтах;
A – работа внешних сил по перемещению заряда в джоулях;
q – смещенный заряд в кулонах.
Из этой формулы ЭДС следует, что электродвижущая сила не является свойством цепи или заряда, а представляет собой способность электрического генератора разделять заряды.
Единицей измерения ЭДС является вольт (В). Так, ЭДС равна 1 В, если при перемещении заряда массой 1 килотонна по замкнутому контуру совершается работа в 1 Дж: [E] = I Дж/1 K = 1 В.
Что такое электродвижущая сила EMF
Электродвижущая сила (ЭДС) – в устройстве, принудительно разделяющем положительные и отрицательные заряды (генератор), величина, численно равная разности потенциалов между клеммами генератора при отсутствии тока в его цепи, измеряемая в вольтах.
Источники электромагнитной энергии (генераторы) – это устройства, преобразующие энергию любого неэлектрического типа в электрическую. Такими источниками являются, например:
Генераторы на электростанциях (тепловых, ветряных, атомных, гидроэлектростанциях), преобразующие механическую энергию в электрическую;
Гальванические элементы (батареи) и всевозможные аккумуляторы, преобразующие химическую энергию в электрическую и т.д.
ЭДС численно равна работе, совершаемой внешней силой при перемещении единичного положительного заряда внутри источника или самим источником, проводящим единичный положительный заряд по замкнутой цепи.
Электродвижущая сила EMF E – это скалярная величина, которая описывает способность стороннего поля и индуцированного электрического поля вызывать электрический ток. ЭДС E численно равна работе (энергии) W в джоулях (Joules), затраченной полем на перемещение единицы заряда (1 Кл) из одной точки поля в другую.
Единицей измерения ЭДС является вольт (В). Таким образом, ЭДС равна 1 В, если при перемещении заряда 1 Кл в замкнутой цепи совершается работа в 1 Дж: [E] = I Дж/1 Кл = 1 В.
Движение зарядов по участку электрической цепи сопровождается затратой энергии.
Величина, численно равная работе, совершаемой источником для перемещения единичного положительного заряда по данному участку цепи, называется напряжением U. Поскольку цепь состоит из внешней и внутренней цепи, мы различаем понятия напряжения внешней цепи Uвш и напряжения внутренней цепи Uвт.
Из этого следует, что ЭДС источника равна сумме внешнего напряжения U и внутреннего напряжения U цепи:
Эта формула выражает закон сохранения энергии в электрической цепи.
Измерение напряжений в различных частях цепи возможно только при замкнутой цепи. ЭДС измеряется между клеммами в разомкнутой цепи.
Напряжение, ЭДС и падение напряжения для активного биполярного полюса
Направление ЭДС – это направление, в котором положительные заряды внутри генератора перемещаются от минусовой стороны к плюсовой, что обусловлено неэлектрической природой.
Внутреннее сопротивление генератора – это сопротивление структурных компонентов внутри генератора.
Идеальным источником ЭДС является генератор переменного тока, внутреннее сопротивление которого равно нулю, а напряжение на его клеммах не зависит от нагрузки. Мощность идеального источника ЭМП бесконечна.
Условное изображение (электрическая схема) идеального генератора ЭДС с Е показано на рис. 1, а.
Реальный источник ЭДС, в отличие от идеального, содержит внутреннее сопротивление Ri и его напряжение зависит от нагрузки (рис. 1, б), а мощность источника конечна. Схема идеального генератора ЭДС представляет собой последовательное соединение идеального генератора ЭДС E и его внутреннего сопротивления Ri.
Диаграммы источников электродвижущей силы: а – идеальные, б – реальные.
На практике, чтобы привести режим работы реального генератора ЭМП к режиму работы идеального генератора, внутреннее сопротивление Ri реального генератора стараются сделать как можно меньше, а сопротивление нагрузки Rн должно быть подключено на величину, по крайней мере, в 10 раз большую, чем внутреннее сопротивление генератора, т. е. необходимо выполнить условие: Rn >> Ri
Для того чтобы выходное напряжение генератора ЭДС не зависело от нагрузки, оно стабилизируется с помощью специальных электронных схем стабилизации напряжения.
Поскольку внутреннее сопротивление реального генератора ЭМП не может быть бесконечно малым, оно минимизируется и стандартизируется, чтобы потребители электроэнергии могли подключаться к нему согласованно. В радиотехнике стандартные значения выходного сопротивления генераторов ЭМП составляют 50 Ом (промышленный стандарт) и 75 Ом (домашний стандарт).
Например, все телевизионные приемники имеют входной импеданс 75 Ом и подключаются к своим антеннам с помощью коаксиального кабеля с таким волновым сопротивлением.
Для приближения к идеальным генераторам ЭМП источники питающего напряжения, используемые во всем промышленном и бытовом электронном оборудовании, изготавливаются со специальными электронными схемами стабилизации выходного напряжения, которые позволяют выходному напряжению оставаться практически постоянным в заданном диапазоне токов, потребляемых от источника ЭМП (иногда называемого источником напряжения).
На электрических схемах источники ЭДС представляются следующим образом: E – источник постоянной ЭДС, e( t) – источник гармонической (переменной) ЭДС как функция времени.
Электродвижущая сила E батареи из одинаковых элементов, соединенных последовательно, равна электродвижущей силе одного элемента E, умноженной на число n элементов в батарее: E = nE.
Если вам понравилась эта статья, пожалуйста, поделитесь ею в социальных сетях. Это поможет нашему сайту развиваться!
Однако это понятие имеет множество физических объяснений в различных отраслях технических знаний.
Понятие ЭМП: что это такое, простыми словами, объясняется во всех его вариантах
Проще говоря, ЭДС можно описать как результат действия внешних сил, при котором единичный заряд перемещается по цепи.
Однако это понятие имеет множество физических объяснений в различных отраслях технических знаний.
В химии, например, он относится к электролитической разности потенциалов и разделению электрических зарядов. В физике это электродвижущая сила, создаваемая на конце электрической термопары.
Для того чтобы определить истинное значение ЭМП, необходимо рассмотреть все различные толкования этого слова.
В целом, ЭДС очень похожа на напряжение, но разница в том, что ЭДС – это то же самое напряжение без нагрузки, подключенной к источнику питания.
Электромагнитная индукция была описана Фарадеем, который был создателем закона, объясняющего понятие и явление электромагнитной индукции.
Главной особенностью такой индукции является способность электромагнитного поля наводить ЭДС в близлежащем проводящем элементе.
При этом должна измениться величина поля или направление его векторов. Кроме того, поле должно перемещаться относительно проводников или, в качестве альтернативы, устройство должно перемещаться относительно поля. Это и вызывает разность потенциалов.
Межобмоточная индукция аналогична электромагнитной индукции и используется в трансформаторах, где магнитный поток одной обмотки влияет на напряжение другой.
Перекрестная индукция включает в себя изменение направления и силы тока в одной катушке и наведение такой же ЭДС на проводниках соседней катушки.
Эта концепция используется в электротехнике (для создания преобразователя переменного тока, который помогает получить необходимые значения эффективных величин) и электронике.
Свойства электромагнитной индукции используются в конструкции асинхронных и синхронных двигателей, в которых индукционные катушки являются основным компонентом.
Когда двигатель работает, в обмотке индуцируется противоположная ЭДС, которая передается обратно в существующее напряжение.
Это приводит к тому, что при увеличении нагрузки потребляемый двигателем ток быстро возрастает, и возникает так называемый пусковой ток.
В генераторах происходят те же процессы, что и в электродвигателе. Эти процессы также меняются на противоположные, и в устройстве создается магнитное поле.
При разработке таких устройств учитывается распределение тока и вероятность падения напряжения на отдельных участках цепи.
Обратите внимание на силу внутреннего сопротивления, которое действует как параллельное соединение с цепью.
Этот метод встречается в маленьких батарейках и других небольших энергетических установках, привычных для обычных людей.
В этом случае ЭМП является результатом протекания химических реакций. Когда на батарее есть напряжение, источник питания полностью готов к работе. Через некоторое время ЭДС там становится меньше, а сопротивление увеличивается.
Измерив напряжение на неподключенной батарейке, вы увидите обычные 1,5 В, но при подключении нагрузки к той же батарейке устройство, в которое вставлена батарейка, не работает.
Это происходит из-за недостатка напряжения и тока, так как батарея выдает 1,2 В при отдаче тока, что недостаточно для нормальной работы.
Источник электрической энергии производит определенную работу путем перемещения электрических зарядов в замкнутом контуре…
Электродвижущая сила (ЭДС) источника энергии
Для поддержания электрического тока в проводнике необходим внешний источник энергии, чтобы постоянно создавать разность потенциалов между концами проводника. Такие источники энергии называются источниками электрической энергии (или источниками тока).
Источники электроэнергии имеют определенную
электродвижущая сила (сокращение от ЭМП), который создает и поддерживает разность потенциалов между концами проводника в течение длительного времени. Иногда говорят, что ЭМП создает электрический ток в цепи. Обратите внимание, что это определение относительно, поскольку выше мы уже установили, что создание и существование электрического тока обусловлено электрическим полем.
Источник электричества производит определенную работу, перемещая электрические заряды в замкнутой цепи….
Определение: Работа, совершаемая источником электрической энергии при перемещении единицы положительного заряда в замкнутой цепи, называется ЭДС источника.

За единицу электродвижущей силы принят вольт (аббревиатура вольт обозначается буквой V или V – “ve” по-латыни).
ЭДС источника электричества равна одному вольту, если при перемещении одного кулона электричества по замкнутой цепи источник электричества совершает работу, равную одному джоулю:
На практике для измерения ЭМП используются как более крупные, так и более мелкие единицы измерения, а именно:
1 киловольт (кВ, kV), равный 1000 В;
1 милливольт (мВ, mV), равный одной тысячной части вольта (10-3 В)
1 микровольт (мкВ, μV), равный одной миллионной части вольта (10-6 В).

Очевидно, что 1 кВ = 1000 В; 1 В = 1000 мВ = 1 000 000 мкВ; 1 мВ = 1000 мкВ.
Сегодня существует несколько типов источников электроэнергии. Впервые в качестве источника электричества была использована гальваническая батарея, состоящая из нескольких цинковых и медных колец, между которыми была помещена кожа, смоченная в кислой воде. В гальванической батарее химическая энергия преобразуется в электрическую (подробнее см. главу XVI). Гальваническая батарея получила свое название от имени итальянского физиолога Луиджи Гальвани (1737-1798) – одного из основоположников электричества.
Многочисленные эксперименты по усовершенствованию и практическому использованию гальванических батарей были проведены русским ученым Василием Владимировичем Петровым. В начале прошлого века он создал самую большую в мире гальваническую батарею и использовал ее для многих блестящих экспериментов.

Источники электроэнергии, работающие за счет преобразования химической энергии в электрическую, называются химическими источниками электроэнергии.
Вторым основным источником электроэнергии, который широко используется в электро- и радиотехнике, является генератор. Генераторы преобразуют механическую энергию в электрическую.

На электрических схемах источники и генераторы электроэнергии обозначаются, как показано на рисунке 1.
Рисунок 1. Символы для обозначения источников электрической энергии: a – источник ЭМП, общее обозначение, b – источник тока, общее обозначение; c – химический источник электроэнергии; d – батарея химических источников; e – источник тока; f – источник переменного напряжения; g – генератор.
В химических источниках электроэнергии и в генераторах электродвижущая сила проявляется одинаково, создавая разность потенциалов на клеммах источника и поддерживая ее в течение длительного времени. Эти терминалы называются полюса источника электроэнергии
. Один полюс источника электрической энергии имеет положительный потенциал (без электронов), он называется положительным (+) полюсом. Другой полюс имеет отрицательный потенциал (избыток электронов), который обозначается знаком минус (-) и называется отрицательным полюсом.
Источники электроэнергии передают электроэнергию по проводам ее потребителям (электрические лампочки, электродвигатели, электрические дуги, электронагреватели и т.д.).
Определение Совокупность источника электричества, его приемника и соединительных проводов называется электрической цепью.

Простая электрическая цепь показана на рисунке 2.
Рисунок 2. Простая электрическая цепь: B – источник электроэнергии; SA – выключатель; EL – приемник электроэнергии (лампа).
Чтобы электрическая цепь проводила электричество, она должна быть замкнутой. В замкнутой цепи непрерывно течет ток, потому что между полюсами источника электричества существует определенная разность потенциалов. Эта разность потенциалов называется напряжение источника и обозначается буквой U. Единицей измерения напряжения является вольт. Как и ЭДС, напряжение может измеряться в киловольтах, милливольтах и микровольтах.

Для измерения ЭДС и напряжения используется прибор, называемый вольтметром. вольтметр. Если вольтметр подключить непосредственно к полюсам источника электроэнергии, он покажет ЭДС источника электроэнергии при разомкнутой цепи и напряжение на его клеммах при замкнутой цепи: (Рисунок 3).
Рисунок 3. Измерение ЭДС и напряжения источника электроэнергии: a – измерение ЭДС источника электроэнергии; b – измерение напряжения на клеммах источника электроэнергии…
Обратите внимание, что напряжение на клеммах источника электроэнергии всегда меньше его ЭДС.

ПОНРАВИЛАСЬ ЛИ ВАМ ЭТА СТАТЬЯ? ПОДЕЛИТЕСЬ ИМ СО СВОИМИ ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!
Читайте далее:
1 Понятие электромагнитного поля и его различные проявления. Материальность – Работа в школе.
Значение слова ЭЛЕКТРОТЕХНИКАЦИЯ. Что такое ЭЛЕКТРОТЕХНИКА?.
Значение слова ИНДУКЦИЯ. Что такое индукция?.
Урок 7 Свободные и вынужденные электромагнитные колебания. колебательный контур – физика – 11 класс – Русская электронная школа.
Разность потенциалов – это разность потенциалов. Что такое разность потенциалов?.
Электричество. Сила электричества.
Электротехника: основы, концепции, термины и определения.
23.9 Индуктивность – Колледж физики
Резюме
Рассчитать индуктивность катушки индуктивности.
Рассчитайте энергию, запасенную в катушке индуктивности.
Рассчитайте ЭДС, создаваемую катушкой индуктивности.
Индукция – это процесс, при котором ЭДС индуцируется изменением магнитного потока. До сих пор обсуждалось множество примеров, некоторые из которых более эффективны, чем другие. Трансформаторы, например, спроектированы таким образом, чтобы быть особенно эффективными при наведении желаемого напряжения и тока с очень небольшой потерей энергии в другие формы. Существует ли полезная физическая величина, связанная с тем, насколько «эффективно» данное устройство? Ответ положительный, и эта физическая величина называется 9.0013 индуктивность .
Взаимная индуктивность — это действие закона индукции Фарадея для одного устройства на другое, например, первичная катушка при передаче энергии вторичной обмотке в трансформаторе. См. рис. 1, где простые катушки наводят друг в друге ЭДС.
Рисунок 1. Эти катушки могут индуцировать ЭДС друг в друге, как неэффективный трансформатор. Их взаимная индуктивность М указывает на эффективность связи между ними. Здесь видно, что изменение тока в катушке 1 индуцирует ЭДС в катушке 2. (Обратите внимание, что « E ₂ индуцируется» представляет ЭДС индукции в катушке 2.)
Во многих случаях, когда геометрия устройств фиксирована, поток изменяется при изменении тока. Поэтому мы сосредоточимся на скорости изменения тока, [латекс]\жирныйсимвол{\Delta I / \Delta t}[/латекс], как на причине индукции. Изменение тока [latex]\boldsymbol{I_1}[/latex] в одном устройстве, катушка 1 на рисунке, индуцирует [latex]\boldsymbol{\textbf{emf}_2}[/latex] в другом. Выразим это в виде уравнения как
[латекс]\boldsymbol{\textbf{emf}_2 = -M}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{\frac{\Delta I_1}{\Delta t}}[/латекс],
, где [латекс]\boldsymbol{M}[/латекс] определяется как взаимная индуктивность между двумя устройствами. Знак минус является выражением закона Ленца. Чем больше взаимная индуктивность [латекс]\boldsymbol{M}[/латекс], тем эффективнее связь. Например, катушки на рисунке 1 имеют маленький [латекс]\жирный символ{M}[/латекс] по сравнению с катушками трансформатора в главе 23.7. Рисунок 3. Единицы для [латекс]\жирныйсимвол{М}[/латекс]: латекс]\boldsymbol{(\textbf{V} \cdot \;\textbf{s})/ \textbf{A} = \Omega \cdot \;\textbf{s}}[/latex], который называется Генри (H), в честь Джозефа Генри. То есть [латекс]\boldsymbol{1 \;\textbf{H} = 1 \Omega \cdot \;\textbf{s}}[/latex].
Природа здесь симметрична. Если мы изменим ток [latex]\boldsymbol{I_2}[/latex] в катушке 2, мы индуцируем [latex]\boldsymbol{\textbf{emf}_1}[/latex] в катушке 1, которая определяется как
[латекс]\boldsymbol{\textbf{emf}_1 = -M}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{\frac{\Delta I_2}{\Delta t}}[/латекс],
, где [латекс]\жирный символ{М}[/латекс] — то же, что и для обратного процесса. Трансформаторы работают в обратном направлении с той же эффективностью или взаимной индуктивностью [латекс]\boldsymbol{M}[/латекс] .
Большая взаимная индуктивность [латекс]\boldsymbol{M}[/латекс] может быть или не быть желательной. Мы хотим, чтобы трансформатор имел большую взаимную индуктивность. Но такой прибор, как электрическая сушилка для белья, может индуцировать на своем корпусе опасную ЭДС, если взаимная индуктивность между его катушками и корпусом велика. Один из способов уменьшить взаимную индуктивность [латекс]\boldsymbol{M}[/латекс] – это встречная обмотка катушек, чтобы нейтрализовать создаваемое магнитное поле. (См. рис. 2.)
Рисунок 2. Нагревательные спирали электрической сушилки для белья могут быть намотаны встречно, так что их магнитные поля компенсируют друг друга, что значительно снижает взаимную индуктивность с корпусом сушилки.
Самоиндукция , действие закона Фарадея об индукции устройства на себя, также существует. Когда, например, ток через катушку увеличивается, магнитное поле и поток также увеличиваются, индуцируя противо-ЭДС, как того требует закон Ленца. И наоборот, если ток уменьшается, индуцируется ЭДС, препятствующая уменьшению. Большинство устройств имеют фиксированную геометрию, поэтому изменение потока полностью связано с изменением тока [латекс]\boldsymbol{\Delta I}[/латекс] через устройство. ЭДС индукции связана с физической геометрией устройства и скоростью изменения тока. Это дается
[латекс]\boldsymbol{\textbf{emf}= -L}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{\frac{\Delta I}{\Delta t}}[/латекс],
, где [latex]\boldsymbol{L}[/latex] – собственная индуктивность устройства. Устройство, обладающее значительной собственной индуктивностью, называется катушкой индуктивности и обозначено символом на рисунке 3.
Рис. 3.
Знак минус является выражением закона Ленца, указывающим, что ЭДС противодействует изменению тока. Единицами самоиндукции являются генри (Гн), как и для взаимной индуктивности. Чем больше собственная индуктивность [латекс]\boldsymbol{L}[/латекс] устройства, тем больше его сопротивление любому изменению тока через него. Например, большая катушка с большим количеством витков и железным сердечником имеет большой [латекс]\жирныйсимвол{L}[/латекс] и не позволит току быстро измениться. Чтобы избежать этого эффекта, необходимо добиться небольшого [латекса]\жирного символа{L}[/латекса], например, путем встречной намотки катушек, как показано на рис. 2.9.0015
Катушка индуктивности 1 Гн представляет собой большую катушку индуктивности. Чтобы проиллюстрировать это, рассмотрим устройство с [латекс]\boldsymbol{L = 1,0 \;\textbf{H}}[/латекс], через которое протекает ток 10 А. Что произойдет, если мы попытаемся отключить ток быстро, возможно, всего за 1,0 мс? ЭДС, заданная формулой [латекс]\жирныйсимвол{\текстбф{ЭДС} = -L(\Delta I/\Delta t)}[/латекс], будет препятствовать изменению. Таким образом, ЭДС будет индуцироваться следующим образом: A})/(1,0 \;\textbf{ms})]=10 000 \;\textbf{V}}[/latex]. Положительный знак означает, что это большое напряжение направлено в том же направлении, что и ток, противодействуя его уменьшению. Такие большие ЭДС могут вызывать искрение, повреждая коммутационное оборудование, поэтому может потребоваться более медленное изменение тока.
Для такого большого наведенного напряжения есть применение. Вспышки камеры используют батарею, две катушки индуктивности, которые функционируют как трансформатор, и систему переключения или осциллятор для создания больших напряжений. (Помните, что нам нужно изменяющееся магнитное поле, вызванное изменяющимся током, чтобы индуцировать напряжение в другой катушке.) Система генератора будет делать это много раз, когда напряжение батареи повышается до более чем одной тысячи вольт. (Вы можете услышать пронзительный вой трансформатора во время зарядки конденсатора.) Конденсатор сохраняет высокое напряжение для последующего использования при питании вспышки. (См. рис. 4.)
Рисунок 4. Благодаря быстрому переключению катушки индуктивности батареи напряжением 1,5 В можно использовать для наведения ЭДС в несколько тысяч вольт. Это напряжение можно использовать для хранения заряда в конденсаторе для последующего использования, например, во вспышке фотоаппарата.
Можно рассчитать [латекс]\boldsymbol{L}[/латекс] для индуктора, зная его геометрию (размер и форму) и зная создаваемое им магнитное поле. В большинстве случаев это сложно из-за сложности создаваемого поля. Итак, в этом тексте индуктивность [латекс]\жирный символ{L}[/латекс] обычно является заданной величиной. Единственным исключением является соленоид, потому что он имеет очень однородное поле внутри, почти нулевое поле снаружи и простую форму. Поучительно вывести уравнение для его индуктивности. Начнем с того, что заметим, что ЭДС индукции задается законом индукции Фарадея как собственной индуктивности, как [латекс]\boldsymbol{\textbf{ЭДС}=-L(\Delta I/ \Delta t)}[/latex]. Приравнивая эти выходы
[латекс]\boldsymbol{\textbf{emf} = -N}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{\frac{\Delta \phi}{\Delta t}}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{ = -L}[/latex] [латекс]\boldsymbol{\frac{\Delta I}{\Delta t}}[/latex].
Решение для [латекс]\boldsymbol{L}[/латекс] дает
[латекс]\boldsymbol{L = N}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{\frac{\Delta \phi}{\Delta I}}[/latex].
Это уравнение для собственной индуктивности [латекс]\boldsymbol{L}[/латекс] устройства всегда справедливо. Это означает, что самоиндукция [латекс]\boldsymbol{L}[/латекс] зависит от того, насколько эффективен ток в создании потока; чем эффективнее, тем больше [латекс]\boldsymbol{\Delta \phi \Delta I}[/latex].
Воспользуемся этим последним уравнением, чтобы найти выражение для индуктивности соленоида. Поскольку площадь [латекс]\жирныйсимвол{А}[/латекс] соленоида фиксирована, изменение потока составляет [латекс]\жирныйсимвол{\Дельта \фи = \Дельта (ВА) = А \Дельта В}[/ латекс]. Чтобы найти [латекс]\boldsymbol{\Delta B}[/латекс], заметим, что магнитное поле соленоида определяется выражением [латекс]\жирный символ{В = \mu _0 nI = \mu 0 \frac{NI} {\ell}}[/латекс]. (Здесь [латекс]\boldsymbol{n = N/ \ell}[/latex], где [латекс]\boldsymbol{N}[/латекс] — количество витков, а [латекс]\boldsymbol{\ell}[/ латекс] — длина соленоида.) Изменяется только ток, так что [латекс]\жирныйсимвол{\Delta \phi = A \Delta B = \mu_0 NA \frac{\Delta I}{\ell}}[/latex] . Замена [латекс]\boldsymbol{\Delta \phi}[/latex] на [латекс]\boldsymbol{L = N \frac{\Delta \phi}{\Delta I}}[/latex] дает 92A}{\ell}}[/latex][latex]\boldsymbol{(\textbf{соленоид})}.[/latex]
Это собственная индуктивность соленоида с площадью поперечного сечения [латекс]\boldsymbol{A}[/латекс] и длиной [латекс]\boldsymbol{\ell}[/латекс]. Обратите внимание, что индуктивность зависит только от физических характеристик соленоида, соответствующих его определению.
Пример 1. Расчет собственной индуктивности соленоида среднего размера
Рассчитайте собственную индуктивность соленоида длиной 10,0 см и диаметром 4,00 см с 200 витками. 92) {0,100 \;\textbf{м}} \\[1em] & \boldsymbol{0,632 \;\textbf{мГн}} \end{массив}[/latex].
Обсуждение
Этот соленоид средних размеров. Его индуктивность около миллигенри также считается умеренной.
Одно из распространенных применений индуктивности используется в светофорах, которые могут определять, когда транспортные средства ожидают на перекрестке. Электрическая цепь с индуктором размещена на дороге под местом остановки ожидающего автомобиля. Кузов автомобиля увеличивает индуктивность, и схема меняется, посылая сигнал светофору изменить цвет. Точно так же металлоискатели, используемые для обеспечения безопасности в аэропортах, используют ту же технику. Катушка или индуктор в корпусе металлоискателя действует как передатчик и приемник. Импульсный сигнал в катушке передатчика индуцирует сигнал в приемнике. На самоиндукцию цепи влияет любой металлический предмет на пути. Такие детекторы могут быть настроены на чувствительность, а также могут указывать примерное местонахождение обнаруженного на человеке металла. (Но они не смогут обнаружить пластиковую взрывчатку, подобную той, что была обнаружена на «подрывнике в нижнем белье».) См. рис. 5.
Рисунок 5 Знакомые ворота безопасности в аэропорту могут не только обнаруживать металлы, но и указывать их приблизительную высоту над полом. (кредит: Alexbuirds, Wikimedia Commons)
Из закона Ленца мы знаем, что индуктивности противодействуют изменениям тока. Есть альтернативный взгляд на эту оппозицию, основанный на энергии. Энергия хранится в магнитном поле. Требуется время, чтобы накопить энергию, и также нужно время, чтобы истощить энергию; следовательно, существует оппозиция быстрым изменениям. В индукторе магнитное поле прямо пропорционально току и индуктивности устройства. Можно показать, что 92 = 0,284 \;\textbf{J}}. \end{array}[/latex]
Обсуждение
Этого количества энергии определенно достаточно, чтобы вызвать искру, если ток внезапно отключится. Он не может быть построен мгновенно, если только потребляемая мощность не бесконечна.
Индуктивность — это свойство устройства, которое показывает, насколько эффективно оно индуцирует ЭДС в другом устройстве.
Взаимная индуктивность — это действие двух устройств, индуцирующих ЭДС друг в друге.
Изменение тока [латекс]\boldsymbol{\Delta I_1 / \Delta t}[/латекс] в одном индуцирует ЭДС [латекс]\boldsymbol{\textbf{ЭДС}_2}[/латекс] во втором:
[латекс]\boldsymbol{\textbf{emf}_2 = – M}[/latex][латекс]\boldsymbol{\frac{\Delta I_1}{\Delta t}}[/latex],
, где [латекс]\жирныйсимвол{М}[/латекс] определяется как взаимная индуктивность между двумя устройствами, а знак минус соответствует закону Ленца.
Симметрично изменение тока [латекс]\boldsymbol{\Delta I_2/ \Delta t}[/латекс] через второе устройство индуцирует ЭДС [латекс]\boldsymbol{\textbf{ЭДС}_1[/латекс] в первый:
[латекс]\boldsymbol{\textbf{emf}_1 = – M}[/latex][латекс]\boldsymbol{\frac{\Delta I_2}{\Delta t}}[/latex] ,
, где [латекс]\boldsymbol{M}[/латекс] — та же взаимная индуктивность, что и в обратном процессе.
Текущие изменения в устройстве индуцируют ЭДС в самом устройстве.
Самоиндукция – это эффект устройства, индуцирующего ЭДС само по себе.
Прибор называется индуктором, а ЭДС, индуцируемая в нем изменением тока через него, равна
[латекс]\boldsymbol{ЭДС = -L}[/латекс][латекс]\boldsymbol{\frac{\Delta I}{\Delta t}}[/latex],
, где [latex]\boldsymbol{L}[/latex] — собственная индуктивность катушки индуктивности, а [latex]\boldsymbol{\Delta I / \Delta t}[/latex] — скорость изменения тока через это. Знак минус указывает на то, что ЭДС противодействует изменению тока, как того требует закон Ленца.
Единицей собственной и взаимной индуктивности является генри (H), где [latex]\boldsymbol{1 \;\textbf{H} = 1 \Omega \cdot \;\textbf{s}}[/latex].
Самоиндукция [латекс]\boldsymbol{L}[/латекс] катушки индуктивности пропорциональна тому, насколько поток изменяется с током. Для [латексного]\boldsymbol{N}[/латексного]-виткового индуктора
[латекс]\boldsymbol{L = N}[/латекс][латекс]\boldsymbol{\frac{\Delta \phi}{\Delta T}}[/latex]
Самоиндукция соленоида 92}[/латекс].
Задачи и упражнения
1: Две катушки расположены близко друг к другу в физической лаборатории, чтобы продемонстрировать закон индукции Фарадея. Ток 5,00 А в одном отключается за 1,00 мс, индуцируя ЭДС 9,00 В в другом. Чему равна их взаимная индуктивность?
2: Если две катушки, расположенные рядом, имеют взаимную индуктивность 5,00 мГн, какое напряжение индуцируется в одной, когда ток 2,00 А в другой отключается через 30,0 мс?
3: Ток 4,00 А через катушку индуктивности 7,50 мГн отключается за 8,33 мс. Какая ЭДС индуцирует противодействие этому?
4: Устройство включено, и через него через 0,100 мс проходит ток 3,00 А. Чему равна собственная индуктивность прибора, если ей противодействует ЭДС наведенного напряжения 150 В?
5: Начиная с [латекс]\boldsymbol{\textbf{эдс}_2 = -M \frac{\Delta I_1}{\Delta t}}[/latex], покажите, что единицами измерения индуктивности являются [латексные ]\boldsymbol{(\textbf{V} \cdot \;\textbf{s})/ \textbf{A} = \Omega \cdot \;\textbf{s}}[/latex].
6: Фотовспышки заряжают конденсатор до высокого напряжения, быстро включая и выключая ток через катушку индуктивности. За какое время необходимо включить или выключить ток 0,100 А через катушку индуктивности 2,00 мГн, чтобы индуцировать ЭДС 500 В?
7: Большой исследовательский соленоид имеет собственную индуктивность 25,0 Гн. а) Какая ЭДС наведения препятствует его отключению, если ток 100 А через него отключается за 80,0 мс? б) Сколько энергии запасается в катушке индуктивности при полном токе? в) С какой скоростью в ваттах должна рассеиваться энергия, чтобы ток выключился за 80,0 мс? (d) Принимая во внимание ответ на последнюю часть, удивительно ли, что так быстро закрыть его сложно?
8: (a) Рассчитайте собственную индуктивность соленоида длиной 50 см и диаметром 10 см, имеющего 1000 витков. б) Сколько энергии запасается в этом индукторе при протекании через него тока силой 20,0 А? в) Как быстро его можно выключить, если ЭДС индукции не может превышать 3,00 В?
9: Прецизионный лабораторный резистор изготовлен из витка проволоки диаметром 1,50 см и длиной 4,00 см, имеет 500 витков. а) Чему равна его собственная индуктивность? б) Какая средняя ЭДС индуцируется, если ток 12,0 А через него включается за 5,00 мс (одна четвертая периода для переменного тока частотой 50 Гц)? в) Какова его индуктивность, если его укоротить наполовину и намотать встречно (два слоя по 250 витков в противоположных направлениях)?
10: Нагревательные спирали в фене имеют диаметр 0,800 см, общую длину 1,00 м и 400 витков. а) Какова их полная собственная индуктивность, если предположить, что они действуют как одиночный соленоид? б) Сколько энергии запасается в них при токе 6,00 А? (c) Какая средняя ЭДС препятствует их отключению, если это делается за 5,00 мс (одна четвертая часть цикла для переменного тока с частотой 50 Гц)?
11: Когда ток 20,0 А через индуктор отключается за 1,50 мс, индуцируется ЭДС 800 В, противодействующая изменению. Каково значение собственной индуктивности?
12: Как быстро может быть отключен ток 150 А через дроссель 0,250 Гн, если ЭДС индукции не может превышать 75,0 В?
13: Integrated Concepts
Очень большой сверхпроводящий соленоид, например, используемый в МРТ, сохраняет 1,00 МДж энергии в своем магнитном поле при токе 100 А. а) Найдите его индуктивность. (б) Если катушки «идут нормально», они приобретают сопротивление и начинают рассеивать тепловую энергию. Какое повышение температуры произойдет, если вся запасенная энергия пойдет на нагрев магнита массой 1000 кг, если его средняя удельная теплоемкость равна 9{\circ} \textbf{C}}[/латекс]?
14: необоснованные результаты
Катушка индуктивности 25,0 Гн отключает ток 100 А за 1,00 мс. а) Какое напряжение индуцируется, чтобы противостоять этому? б) Что неразумного в этом результате? (c) Какое предположение или предпосылка являются ответственными?
индуктивность
свойство устройства, описывающее, насколько эффективно оно создает ЭДС в другом устройстве
взаимная индуктивность
насколько эффективно пара устройств индуцирует ЭДС друг в друге
Генри
единица индуктивности; [латекс]\boldsymbol{1 \;\textbf{H} = 1 \;\Omega \cdot \;\textbf{s}}[/latex]
самоиндукция
насколько эффективно устройство создает ЭДС само по себе
индуктор
устройство со значительной собственной индуктивностью
энергия, запасенная в катушке индуктивности
не требует пояснений; рассчитано по формуле [латекс]\жирныйсимвол{Е_{\текстбф{инд}} = \фракция{1}{2} LI^2}[/латекс]

Определение электродвижущей силы в физике, химии.
(существительное)
(ЭДС) — напряжение, генерируемое батареей или магнитной силой в соответствии с законом Фарадея. Она измеряется в вольтах, а не в ньютонах, и, следовательно, на самом деле не является силой.
(существительное)
(ЭДС) — напряжение, генерируемое батареей или магнитной силой в соответствии с законом Фарадея. Измеряется в вольтах (не ньютонах, Н; ЭДС не является силой).
(существительное)
Напряжение, создаваемое батареей или переменным магнитным полем.
Источники ЭМП
Электродвижущая сила (ЭДС) представляет собой напряжение, создаваемое батареей или магнитной силой в соответствии с законом индукции Фарадея.
Электродвижущая сила сила , также называемая ЭДС (обозначается и измеряется в вольтах) относится к напряжению, генерируемому батареей или магнитным полем сила в соответствии с законом индукции Фарадея, который гласит, что изменяющееся во времени магнитное поле индуцирует электрический ток.
Electromotive “ сила ” не считается силой (поскольку сила измеряется в ньютонах), а потенциалом или энергией на единицу заряда, измеряемой в вольтах.
Приведите примеры устройств, которые могут обеспечить электродвижение усилие
Уравнение Нернста
Его также можно использовать для определения полного напряжения или электродвижущей силы для полной электрохимической ячейки.
Уравнение Нернста дает формулу, связывающую электродвижущую силу нестандартной ячейки с концентрацией веществ в растворе:
Сначала найдите электродвижущую силу для стандартной ячейки, которая предполагает концентрацию 1 M.
ЭДС и напряжение на клеммах
Выходное напряжение или напряжение на клеммах источника напряжения, такого как батарея, зависит от его электродвижущей силы и его внутреннего сопротивления.
Мы называем эту разность потенциалов электродвижущей силой (сокращенно ЭДС).
ЭДС вовсе не сила ; это особый тип разности потенциалов источника, когда ток не течет.
Электродвигатель Сила напрямую связана с источником разности потенциалов, например, с конкретной комбинацией химических веществ в батарее.
Выразите связь между электродвижущей силой и напряжением на клеммах в форме уравнения
Количественная интерпретация ЭДС движения
A ЭДС движения – это электродвижущая сила (ЭДС), индуцированная движением относительно магнитного поля B.
Электродвижущая сила (ЭДС), вызванная движением относительно магнитного поля B, называется ЭДС движения.
Приравнивая две силы , получаем $E = vB$.
Но в проводнике мы находим электродвижущую силу , которой самой по себе нет соответствующей энергии, но которая порождает — при условии равенства относительного движения в двух рассмотренных случаях — электрические токи одного и того же пути и интенсивность, как те, которые производятся электрическими заменяет в первом случае. ”
Сформулируйте два вида, которые применяются для расчета электродвижущей силы
ЭДС движения
Движение в стационарном относительно Земли магнитном поле индуцирует ЭДС движения ( электродвижущая сила ).
Как видно из предыдущих Атомов, любое изменение магнитного потока индуцирует электродвижущую силу (ЭДС), противодействующую этому изменению — процесс, известный как индукция.
Существует много связей между электрической силой и магнитной силой .
То, что движущееся магнитное поле создает электрическое поле (и наоборот, что движущееся электрическое поле создает магнитное поле), является частью причины, по которой электрические и магнитные силы теперь рассматриваются как разные проявления одной и той же силы (впервые замеченной Альберт Эйнштейн).
Это классическое объединение электрического и магнитного сил в так называемую электромагнитную силу является источником вдохновения для современных усилий по объединению других основных сил .
Индуцированная ЭДС и магнитный поток
Закон индукции Фарадея гласит, что электродвижущая сила индуцируется изменением магнитного потока.
Более основной, чем текущий ток, является электродвижущая сила (ЭДС), которая его вызывает.
Объясните взаимосвязь между магнитным полем и электродвижущей силой
Изменение магнитного потока создает электрическое поле
Мы узнали взаимосвязь между индуцированной электродвижущей силой (ЭДС) и магнитным потоком.
Количество включенных витков катушки может быть включено в магнитный поток, поэтому коэффициент не является обязательным. ) Закон индукции Фарадея — это основной закон электромагнетизма, который предсказывает, как магнитное поле будет взаимодействовать с электрической цепью, создавая электродвигатель сила (ЭДС).
Устройство, способное поддерживать разность потенциалов, несмотря на протекание тока, является источником электродвижущей силы .
Батарея
Каждая полуячейка имеет электродвижущую силу (или ЭДС), определяемую ее способностью проводить электрический ток изнутри наружу ячейки.
Электропривод сила на клеммах ячейки называется напряжением на клеммах (разницей) и измеряется в вольтах.
Напряжение аккумулятора является синонимом его электродвижущей силы , или ЭДС.
Эта сила отвечает за поток заряда по цепи, известный как электрический ток.
Электрогенераторы
Они индуцируют электродвижущую силу (ЭДС) за счет вращения катушки в магнитном поле.
Генератор заставляет электрический заряд (обычно переносимый электронами) течь через внешнюю электрическую цепь.
Заряды в проводах петли испытывают магнитную силу , потому что они движутся в магнитном поле.
Заряды в вертикальных проводах испытывают сил параллельных проводу, вызывая токи.