โครงสร้างของแรงเคลื่อนไฟฟ้า สูตรแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ

« ฟิสิกส์ - ชั้นประถมศึกษาปีที่ 10"

แหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าใด ๆ มีลักษณะเป็นแรงเคลื่อนไฟฟ้าหรือตัวย่อ EMF ดังนั้นสำหรับแบตเตอรี่ไฟฉายทรงกลมจะมีข้อความว่า: 1.5 V.
มันหมายความว่าอะไร?

หากคุณเชื่อมต่อลูกบอลที่มีประจุตรงข้ามกันสองลูกเข้ากับตัวนำ ประจุจะทำให้กันและกันอย่างรวดเร็ว ศักยภาพของลูกบอลจะเท่ากัน และสนามไฟฟ้าจะหายไป (รูปที่ 15.9, ก)

กองกำลังภายนอก

เพื่อให้กระแสคงที่จำเป็นต้องรักษาแรงดันไฟฟ้าให้คงที่ระหว่างลูกบอล ในการดำเนินการนี้ คุณต้องมีอุปกรณ์ (แหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า) ที่จะเคลื่อนประจุจากลูกบอลหนึ่งไปยังอีกลูกบอลหนึ่งไปในทิศทางตรงกันข้ามกับทิศทางของแรงที่กระทำต่อประจุเหล่านี้จากด้านข้าง สนามไฟฟ้าลูกบอล ในอุปกรณ์ดังกล่าว นอกเหนือจากแรงไฟฟ้าแล้ว ประจุยังต้องกระทำโดยแรงที่มีต้นกำเนิดที่ไม่ใช่ไฟฟ้าสถิต (รูปที่ 15.9, b) สนามไฟฟ้าของอนุภาคที่มีประจุเพียงอย่างเดียว ( สนามคูลอมบ์) ไม่สามารถรักษากระแสให้คงที่ในวงจรได้

แรงใดๆ ที่กระทำต่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า ยกเว้นแรงที่มีต้นกำเนิดจากไฟฟ้าสถิต (เช่น แรงคูลอมบ์) จะถูกเรียกว่า กองกำลังภายนอก.

ข้อสรุปเกี่ยวกับความจำเป็นในการใช้แรงภายนอกเพื่อรักษากระแสคงที่ในวงจรจะชัดเจนยิ่งขึ้นหากเราหันไปใช้กฎการอนุรักษ์พลังงาน

สนามไฟฟ้าสถิตมีศักยภาพ งานที่ทำโดยสนามนี้เมื่ออนุภาคที่มีประจุเคลื่อนที่ไปตามวงจรไฟฟ้าปิดจะเป็นศูนย์ กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวนำจะมาพร้อมกับการปล่อยพลังงาน - ตัวนำจะร้อนขึ้น ดังนั้นจึงต้องมีแหล่งพลังงานในวงจรที่จ่ายให้กับวงจร ในนั้น นอกเหนือจากกองกำลังคูลอมบ์แล้ว กองกำลังที่ไม่มีศักยภาพของบุคคลที่สามจะต้องดำเนินการด้วย การทำงานของกองกำลังเหล่านี้ในวงปิดจะต้องแตกต่างจากศูนย์

อยู่ในขั้นตอนการทำงานของแรงเหล่านี้ อนุภาคที่มีประจุจะได้รับพลังงานภายในแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าแล้วจ่ายให้กับตัวนำของวงจรไฟฟ้า

แรงของบุคคลที่สามทำให้เกิดอนุภาคที่มีประจุเคลื่อนที่ภายในแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าทั้งหมด: ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่โรงไฟฟ้า ในเซลล์กัลวานิก แบตเตอรี่ ฯลฯ

เมื่อวงจรปิด จะมีการสร้างสนามไฟฟ้าขึ้นในตัวนำทุกตัวของวงจร ภายในแหล่งกำเนิดปัจจุบัน ประจุจะเคลื่อนที่ภายใต้อิทธิพลของ แรงภายนอกต่อแรงคูลอมบ์(อิเล็กตรอนจากอิเล็กโทรดที่มีประจุบวกถึงขั้วลบ) และในวงจรภายนอกพวกมันถูกขับเคลื่อนด้วยสนามไฟฟ้า (ดูรูปที่ 15.9, b)

ธรรมชาติของแรงภายนอก

ลักษณะของแรงภายนอกสามารถเปลี่ยนแปลงได้ ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าของโรงไฟฟ้า แรงภายนอกคือแรงที่กระทำจากภายนอก สนามแม่เหล็กไปยังอิเล็กตรอนในตัวนำที่กำลังเคลื่อนที่

ในเซลล์กัลวานิก เช่น เซลล์โวลตา แรงเคมีจะกระทำ

เซลล์โวลตาประกอบด้วยอิเล็กโทรดสังกะสีและทองแดงที่วางอยู่ในสารละลายกรดซัลฟิวริก แรงทางเคมีทำให้สังกะสีละลายในกรด ไอออนสังกะสีที่มีประจุบวกจะผ่านเข้าไปในสารละลาย และอิเล็กโทรดสังกะสีเองก็มีประจุเป็นลบ (ทองแดงละลายในกรดซัลฟิวริกน้อยมาก) ความต่างศักย์เกิดขึ้นระหว่างอิเล็กโทรดสังกะสีและทองแดง ซึ่งเป็นตัวกำหนดกระแสไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้าภายนอก

การกระทำของแรงภายนอกนั้นมีลักษณะที่สำคัญ ปริมาณทางกายภาพ, เรียกว่า แรงเคลื่อนไฟฟ้า(ตัวย่อ EMF)

แรงเคลื่อนไฟฟ้าแหล่งกำเนิดกระแสเท่ากับอัตราส่วนของการทำงานของแรงภายนอกเมื่อเคลื่อนที่ประจุตามวงจรปิดต่อค่าสัมบูรณ์ของประจุนี้:

แรงเคลื่อนไฟฟ้า เช่น แรงดันไฟฟ้า แสดงเป็นโวลต์

ความต่างศักย์ไฟฟ้าข้ามขั้วแบตเตอรี่เมื่อวงจรเปิดอยู่จะเท่ากับแรงเคลื่อนไฟฟ้า แรงเคลื่อนไฟฟ้าของเซลล์แบตเตอรี่หนึ่งเซลล์มักจะอยู่ที่ 1-2 V

นอกจากนี้เรายังสามารถพูดคุยเกี่ยวกับแรงเคลื่อนไฟฟ้าในส่วนใดก็ได้ของวงจร นี่เป็นงานเฉพาะของแรงภายนอก (งานเพื่อเคลื่อนย้ายประจุเดียว) ไม่ใช่ทั่วทั้งวงจร แต่เฉพาะในพื้นที่ที่กำหนดเท่านั้น

แรงเคลื่อนไฟฟ้าของเซลล์กัลวานิกเป็นปริมาณในเชิงตัวเลขเท่ากับงานของแรงภายนอกเมื่อย้ายประจุบวกหนึ่งประจุภายในองค์ประกอบจากขั้วหนึ่งไปยังอีกขั้วหนึ่ง

งานของแรงภายนอกไม่สามารถแสดงออกผ่านความต่างศักย์ได้ เนื่องจากแรงภายนอกไม่มีศักย์และงานของมันขึ้นอยู่กับรูปร่างของวิถีการเคลื่อนที่ของประจุ

โดยวิธีการชดเชย

วัตถุประสงค์ของการทำงาน: ทำความคุ้นเคยกับวิธีการชดเชยสำหรับการวัด EMF

อุปกรณ์และอุปกรณ์เสริม: องค์ประกอบปกติที่มีแรงเคลื่อนไฟฟ้า e N, แหล่งที่มาภายใต้การศึกษา e x, แบตเตอรี่เสริม e , โพเทนชิออมิเตอร์ PP-63, ตัวนำ, กัลวาโนมิเตอร์ ช(อี เอ็น จ ชมักติดตั้งไว้ในโพเทนชิออมิเตอร์), ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า, คีย์

ข้อมูลจากทฤษฎี

หากมีความต้านทานที่ปลายตัวนำ ร(รูปที่ 5.1, a) มีความต่างศักย์ j 1 - j 2 จากนั้นกระแสจะไหลผ่านตัวนำ เพื่อให้กระแสคงที่เป็นระยะเวลาหนึ่ง ต้องรักษาความต่างศักย์ให้คงที่ในช่วงเวลานี้ ซึ่งหมายความว่าประจุบวกมาถึงจุดหนึ่ง 2 คุณต้องย้ายมันกลับไปยังจุดเดิม 1 , โดยที่ศักยภาพj 1 > เจ2. แรงสนามไฟฟ้าไม่สามารถทำเช่นนี้ได้ เนื่องจากแรงเหล่านี้มุ่งตรงไปยังศักย์ไฟฟ้าที่ต่ำกว่า ดังนั้นงานที่ทำเพื่อเคลื่อนย้ายประจุบวกจากจุดหนึ่ง 2 ตรงประเด็น 1 กระทำได้เฉพาะแรงที่มิใช่ไฟฟ้าเท่านั้น (เช่น แรงทางกล แรง ลักษณะทางเคมีฯลฯ) กองกำลังเหล่านี้เรียกว่า บุคคลที่สาม.

ข้าว. 5.1 รูปที่ 5.2

งานนี้ดำเนินการโดยแหล่งกระแสที่เชื่อมต่อกับวงจร (รูปที่ 5.1, b) มันเป็นแรงภายนอกของแหล่งกำเนิดที่จะย้ายประจุบวกจากศักย์ไฟฟ้าที่ต่ำกว่า (ขั้ว “–”) ไปยังศักย์ไฟฟ้าที่สูงกว่า (ขั้ว “+”)

ลักษณะสำคัญที่เกี่ยวข้องกับการทำงานของแรงภายนอกของแหล่งกำเนิดกระแสคือปริมาณที่เรียกว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้า . แรงเคลื่อนไฟฟ้าของแหล่งกำเนิดเป็นตัวเลขเท่ากับงานที่ทำโดยแรงภายนอกเมื่อย้ายหน่วยประจุบวกจากขั้ว “–” ไปยังขั้ว “+” ภายในแหล่งกำเนิด อย่างไรก็ตาม โปรดทราบว่าแม้ว่าประจุจะเคลื่อนที่ไปตามวงจรภายนอกภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้า แต่สนามไฟฟ้าเอง (ความต่างศักย์ในส่วนภายนอก) ก็ถูกสร้างขึ้นเนื่องจากการทำงานของแรงภายนอก ยิ่งแรงเคลื่อนไฟฟ้าของแหล่งกำเนิดมากเท่าไร กระแสไฟฟ้าก็จะยิ่งทำงานได้มากขึ้นในวงจรของแหล่งกำเนิดนี้เท่านั้น

แรงเคลื่อนไฟฟ้าของแหล่งกำเนิดจะวัดเป็นโวลต์และเกิดขึ้นพร้อมกับความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างขั้วของแหล่งกำเนิดเมื่อวงจรเปิด อันที่จริง ลองเขียนกฎของโอห์มสำหรับวงจรปิด (ดูรูปที่ 5.1, b)

และสำหรับส่วนโซ่

.

เมื่อเปรียบเทียบสูตรเหล่านี้เราจะได้

.

ตามมาว่าเมื่อกระแสไหลผ่านวงจร ความต่างศักย์ระหว่างขั้วของแหล่งกำเนิดจะน้อยกว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้า เมื่อเปิดวงจร (อาร์®¥ ) อี = เจ 1 - เจ 2 .

หนึ่งในวิธีที่ง่ายและเชื่อถือได้ในการวัด EMF คือสิ่งที่เรียกว่า ชดเชยวิธี. วงจรไฟฟ้าสำหรับการนำวิธีนี้ไปปฏิบัติแสดงไว้ในรูปที่ 1 ในรูปที่ 5.2 โดยที่ e x เป็นแหล่งที่มีแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ไม่รู้จัก e N เป็นองค์ประกอบปกติ (โดยที่ทราบแรงเคลื่อนไฟฟ้า) e คือแบตเตอรี่เสริม สันนิษฐานว่า e N < อี และ อีเอ็กซ์ < จ. เมื่อกุญแจถูกปิด เค 1ผ่านลิโน่ รกระแสปัจจุบัน หากเป็นสวิตช์ ปปิดถึง e N แล้วกระแสจะไหลผ่านกัลวาโนมิเตอร์ ช.

เรามาเขียนกฎ Kirchhoff กฎข้อแรกสำหรับโหนดกัน ข(ดูรูปที่ 5.2):

ฉัน+ฉันร -ฉัน 1 = 0 , (5.1)

และกฎข้อที่สองของเคอร์ชอฟฟ์สำหรับโครงร่าง กอีเอ็น บริติชแอร์เวย์ :

อินฟราเรดข -ฉันร (ร + อาร์ช ) = อี ยังไม่มีข้อความ , (5.2)

ที่ไหน ร- ความต้านทานภายในของแหล่งกำเนิด อี ยังไม่มีข้อความ ; ร r คือความต้านทานของกัลวาโนมิเตอร์

การย้ายจุด ขคุณสามารถเลือกบางอย่างเช่นนี้ รเกี่ยวกับ = ฿¢ ab ซึ่งไม่มีกระแสไหลผ่านกัลวาโนมิเตอร์: ฉันร = 0. ในกรณีนี้

ฉันอาร์¢ก,ข = อี เอ็น (5.3)

(อีเอ็มเอฟ อีเอ็นชดเชยด้วยแรงดันไฟฟ้าตกในพื้นที่ เกี่ยวกับ- ส่วนหนึ่งของ EMF e) หากสวิตช์ P ถูกย้ายไปที่ e x แสดงว่าย้ายจุดนั้น ขคุณสามารถเลือกแนวต้านดังกล่าวได้ รเกี่ยวกับ = ฿¢¢เกี่ยวกับ , ที่ที่ ฉันช = 0 - ในกรณีนี้

ฉันอาร์¢¢เกี่ยวกับ = อดีต. (5.4)

เราหารสมการ (5.3) ด้วย (5.4) ได้ ซึ่ง

, (5.5)

เหล่านั้น. เพื่อกำหนด e x ก็เพียงพอที่จะรู้ e N และอัตราส่วนแล้ว ฿¢¢เกี่ยวกับ /ร¢'ab .

หลักการทำงานของโพเทนชิออมิเตอร์

โพเทนชิโอมิเตอร์เป็นอุปกรณ์สำหรับวัด EMF ของแหล่งกำเนิดกระแส เทอร์โม-EMF และเพื่อวัตถุประสงค์อื่นบางประการ หลักการดำเนินงานขึ้นอยู่กับวิธีการชดเชย ในงานนี้จะใช้โพเทนชิออมิเตอร์ PP-63

แผงด้านหน้าของอุปกรณ์แสดงไว้ในรูปที่ 1 5.3 โดยที่ขั้วต่อ NE, BP, X ใช้เพื่อเชื่อมต่อองค์ประกอบปกติ จ N, แบตเตอรี่ e และแหล่งที่มี EMF ที่ไม่รู้จัก - จเอ็กซ์ ตามกฎแล้ว จ N และ e เชื่อมต่ออยู่แล้วและอยู่ภายในโพเทนชิออมิเตอร์ ดังนั้นสวิตช์จึงต้องอยู่ในตำแหน่ง "B" (ด้านใน) ปุ่ม "Power" ตรงกับปุ่ม K 1 (ดูรูปที่ 5.2) ปุ่ม "K" และ "I" ตรงกับสวิตช์ P, G – กัลวาโนมิเตอร์แบบว่าง

สั่งงาน

1. ตั้งค่ากระแสการทำงาน ฉัน(ชดเชย e เอ็น). เมื่อได้รับค่าตอบแทน จปุ่ม N K 1 ปิดอยู่ สวิตช์ P ถูกตั้งไว้ที่ตำแหน่ง “K” (ตัวควบคุม) กระแสไฟฟ้าจะไหลในทุกส่วนของวงจร (รูปที่ 5.2) ที่จับ P 1 (การปรับคร่าวๆ) และ P 2 (การตกแต่ง) ตั้งค่ากระแสในกัลวาโนมิเตอร์ ฉันГ = 0 ในกรณีนี้ แรงดันไฟฟ้าตกในพื้นที่ ฿¢ ab จะเท่ากับ e N , เหล่านั้น. ฉันอาร์¢เกี่ยวกับ = อีเอ็น . หลังจากนี้จะไม่สามารถสัมผัสที่จับ P 1 และ P 2 ได้

ปัจจุบัน ฉันซึ่งไหลผ่านตัวต้านทาน ร(รูปที่ 5.2) ในกรณีที่ไม่มีกระแสในกัลวาโนมิเตอร์ กระแสไฟฟ้าจะคงที่และเรียกว่ากระแสไฟฟ้าที่ใช้งาน ค่าของมันขึ้นอยู่กับเฉพาะ e และความต้านทานรวมของวงจรที่กระแสไหลผ่าน ฉัน.

2. กำหนด e x . เนื่องจาก e x ควรเป็น น้อยกว่า e,aเรามีลำดับเดียวกัน ดังนั้น e x ไม่ควรต่อเข้ากับขั้วโดยตรง” เอ็กซ์” และผ่านตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า วาดไดอะแกรมของการเชื่อมต่อดังกล่าวและรวมไว้ในรายงาน เมื่อรู้ว่าส่วนใดของ e x ที่จะวัด จึงเป็นเรื่องง่ายที่จะคำนวณ e x ทั้งหมด - เมื่อพิจารณาค่า e x คุณต้องตั้งสวิตช์ P ไปที่ตำแหน่ง "I" (การวัด) ในกรณีนี้แทนที่จะรวม e N e x จะรวมอยู่ในวงจร (ดูรูปที่ 5.2) ด้วยการกดปุ่ม "หยาบ" เราจะปิดวงจรกัลวาโนมิเตอร์และกระแสจะไหลผ่านมัน

ที่จับ ล 1 และ ล 2 (เกี่ยวข้องกับการต่อต้าน ร) ตั้งค่ากระแสในกัลวาโนมิเตอร์ให้เป็นศูนย์ จากนั้นแทนที่จะกดปุ่ม "หยาบ" คุณต้องกดปุ่ม "ละเอียด" แล้วใช้ที่จับ ล 2 ติดตั้ง ฉันร = 0.

โครงสร้างโพเทนชิออมิเตอร์ได้รับการออกแบบเพื่อให้ค่าของแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่วัดได้ถูกกำหนดไว้ เอ็มวีข้อบ่งชี้ของเครื่องชั่งที่อยู่ใต้ด้ามจับ ล 1 และ ล 2 (EMF ที่วัดได้เท่ากับผลรวมของการอ่านที่ ฉันร = 0) ต้องวัด E x อย่างน้อยหกครั้ง

หลังจากการวัดแต่ละครั้งด้วยที่จับ ล 1 และ ล 2 การอ่านปิดอยู่ ป้อนผลลัพธ์ลงในตาราง

เลขที่เปลี่ยน	จ x ฉัน	จ เอ็กซ์ ฉัน –x >	(เช่น เอ็กซ์ ฉัน –x >) 2
. .
ส=			ส=
x >		ทีก ,น =	ง= ง=

3. ผลการวัดกระบวนการ:

ก) ค้นหาความกว้างครึ่งหนึ่ง ช่วงความมั่นใจตามสูตร

,

ที่ไหน D ส- ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน ทีก (น)- ค่าสัมประสิทธิ์นักเรียน เลือกขึ้นอยู่กับความน่าเชื่อถือ a (a £ 0.95) และจำนวนการวัด n; เค a - ค่าสัมประสิทธิ์นักเรียนที่ n ®¥, เคก ทีก (¥); d - ข้อผิดพลาดของอุปกรณ์สูงสุด D คือค่าการแบ่งสเกลของอุปกรณ์ (ในกรณีนี้คือเมื่อใด ล 2);

b) ค้นหาข้อผิดพลาดที่เกี่ยวข้อง

c) เขียนผลลัพธ์สุดท้ายในแบบฟอร์ม

อีเอ็กซ์ = ± เด เอ็กซ์สำหรับ = , e = %.

งานห้องปฏิบัติการหมายเลข 6

แรงเคลื่อนไฟฟ้า (ε)- อัตราส่วนของการทำงานของแรงภายนอกเพื่อแยกประจุต่อขนาดของประจุนี้มิฉะนั้นความสามารถของแหล่งกำเนิดที่กำหนดในการให้ ปริมาณที่ต้องการค่าพลังงานที่จำเป็น

- อีเอ็มเอฟ.
แรงเคลื่อนไฟฟ้า ไม่ใช่พลังในความหมายของนิวตัน (ชื่อที่โชคร้ายสำหรับปริมาณ ซึ่งคงไว้เพื่อเป็นเครื่องบรรณาการต่อประเพณี)
ε ฉันเกิดขึ้น เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงฟลักซ์แม่เหล็ก เอฟเจาะรูปร่าง

นอกจากนี้ดูการนำเสนอ "การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า" รวมถึงวิดีโอ "การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า", "การทดลองของฟาราเดย์", การ์ตูน "การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า", "การหมุนของเฟรมในสนามแม่เหล็ก (เครื่องกำเนิดไฟฟ้า)"

- การเหนี่ยวนำแรงเคลื่อนไฟฟ้า

- เหนี่ยวนำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเมื่อตัวนำวงจรตัวใดตัวหนึ่งเคลื่อนที่ (เพื่อให้ F เปลี่ยนแปลง) ในกรณีนี้คือความยาวของตัวนำ ล,เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว โวลต์กลายเป็นแหล่งกระแส

- แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในวงจรหมุนในสนามแม่เหล็กที่ความเร็ว ω

สูตรอื่นๆ ที่เกิด EMF:

- กฎของโอห์มสำหรับวงจรสมบูรณ์ ในวงจรปิด แรงเคลื่อนไฟฟ้าจะผลิตกระแสไฟฟ้า I

ทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำถูกกำหนดตามกฎ:
- กฎ เลนซ์- กระแสเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในวงจรปิด ขัดต่อทำงานเพื่อสิ่งนั้น เปลี่ยนฟลักซ์แม่เหล็กที่ทำให้เกิดกระแสนี้
- สำหรับตัวนำที่เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก บางครั้งอาจใช้กฎได้ง่ายกว่า มือขวา - หากวางแบบเปิด ฝ่ามือขวาเพื่อสิ่งนั้นเข้าสู่เธอ รวมอยู่ด้วย สายไฟสนามแม่เหล็ก ใน, ก นิ้วหัวแม่มือ ,กันไว้ชี้ ทิศทางของความเร็ว v, ที่ สี่นิ้วมือจะชี้ ทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำ I.

- EMF ของการเหนี่ยวนำตัวเองเมื่อกระแสในตัวนำเปลี่ยนแปลง

เรามาดูกันว่าค่าใดเป็นคุณสมบัติหลักของแหล่งที่มาปัจจุบัน แหล่งกำเนิดกระแสใดๆ ก็ตามมีสองขั้ว: บวกและลบ เพื่อให้มีขั้วเหล่านี้ จำเป็นต้องรวบรวมประจุบวกฟรีไว้ข้างในที่ขั้วหนึ่งและประจุลบที่อีกขั้วหนึ่ง ในการทำเช่นนี้คุณต้องทำงาน งานนี้ไม่สามารถกระทำได้ด้วยแรงไฟฟ้าสถิต เนื่องจากประจุที่ต่างกันจะดึงดูดกัน แต่จะต้องแยกออกจากกัน งานสะสมประจุไม่ได้ดำเนินการโดยแรงไฟฟ้าสถิต แต่โดยแรงภายนอก ลักษณะของอย่างหลังอาจแตกต่างกัน ตัวอย่างเช่นในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าการแยกประจุกระทำโดยแรงสนามแม่เหล็กในแบตเตอรี่และเซลล์กัลวานิก - โดยแรงทางเคมี การศึกษาแหล่งที่มาปัจจุบันแสดงให้เห็นว่าอัตราส่วนของการทำงานของแรงภายนอกต่อประจุสะสมที่ขั้วสำหรับแหล่งกำเนิดกระแสที่กำหนดนั้นเป็นค่าคงที่และเรียกว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าของแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า:

แรงเคลื่อนไฟฟ้าของแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า

ปริมาณสเกลาร์ซึ่งเป็นคุณลักษณะของแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าและวัดจากงานที่ทำโดยแรงภายนอกภายในโดยการสะสมประจุ 1 k ที่แต่ละขั้ว เรียกว่า แรงเคลื่อนไฟฟ้าของแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าชาร์จเข้า 1 ถึงสะสมที่ขั้วของแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า มีพลังงานไฟฟ้าศักย์เป็นตัวเลขเท่ากับ e d.s. แหล่งที่มา.

หน่วยจ. d.s.

ลองวัด e กัน d.s. แหล่งที่มาปัจจุบัน มาเชื่อมต่อโวลต์มิเตอร์กับเซลล์กัลวานิกสาธิต (รูปที่ 75, a) * การเปลี่ยนแปลง ตำแหน่งสัมพัทธ์อิเล็กโทรดในอิเล็กโทรไลต์รวมถึงปริมาณการแช่ในอิเล็กโทรไลต์เราจะเห็นว่าการอ่านค่าโวลต์มิเตอร์ ( 1.02 นิ้ว) อย่าเปลี่ยน อีเอ็มเอฟ ไม่ได้ขึ้นอยู่กับขนาดของแหล่งที่มาในปัจจุบัน ขึ้นอยู่กับลักษณะของแรงภายนอกที่ทำให้เกิดการสะสมของประจุที่ขั้วเท่านั้น แต่ละแหล่งปัจจุบันมีอีของตัวเอง d.s.

* (ด้วยการวัดนี้เช่น d.s. การอ่านค่าโวลต์มิเตอร์จะน้อยกว่าค่า e เล็กน้อย d.s. ยิ่งความต้านทานของขดลวดโวลต์มิเตอร์มากขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับความต้านทานภายในของแหล่งกำเนิด ความแตกต่างนี้ก็จะน้อยลงเท่านั้น ซึ่งเป็นสิ่งที่สังเกตได้ในการทดลองที่อธิบายไว้)

เมื่อวงจรไฟฟ้าปิด แหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าจะก่อตัวเป็นสนามไฟฟ้าที่อยู่นิ่งในสายไฟและถ่ายโอนพลังงานที่สะสมโดยประจุที่ขั้วไปยังสนามไฟฟ้านั้น เนื่องจากพลังงานนี้ สนามที่อยู่นิ่งจึงทำงานเพื่อสร้างกระแสไฟฟ้า โดยถ่ายเทพลังงานไปให้สนามไฟฟ้า ซึ่งผู้บริโภคในปัจจุบันจะเปลี่ยนเป็นพลังงานประเภทอื่น

ส่วนภายในของวงจรซึ่งประกอบขึ้นเป็นแหล่งกำเนิดกระแสเช่นเดียวกับตัวนำอื่น ๆ มีความต้านทาน มันถูกเรียกว่า ความต้านทานภายในของแหล่งกำเนิดกระแส r- ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าปัจจุบัน ความต้านทานภายในคือความต้านทานของขดลวดกระดอง ในแหล่งเคมี ความต้านทานคืออิเล็กโทรไลต์

เมื่อวงจรปิด สนามไฟฟ้าจะเคลื่อนประจุ 1 ถึงจากจุด A ถึงจุด B ตามแนวด้านนอกของวงจร (รูปที่ 75, b) ทำงานเป็นตัวเลขเท่ากับแรงดันไฟฟ้า U ในส่วนนี้ เมื่อถึงขั้ว B ประจุแล้ว 1 ถึงจะต้องไปที่ส่วนภายในของวงจรแล้วเคลื่อนไปที่ขั้ว A เพื่อให้ไปสิ้นสุดที่ขั้ว A และมีพลังงาน E เท่ากับเมื่อออกจากจุด A แรงภายนอกของแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าจะต้องทำงานบนจุดนั้นเท่ากัน สำหรับงานที่ใช้ไปกับการเคลื่อนที่ไปตามส่วนภายนอกของวงจรซึ่งมีตัวเลขเท่ากับแรงดันไฟฟ้า U ในส่วนนี้บวกกับงานที่ใช้ในการเอาชนะความต้านทานภายใน r ของแหล่งกำเนิด หลังเป็นตัวเลขเท่ากับแรงดันไฟฟ้า u บนส่วนภายในของวงจร ดังนั้นจ. d.s. แหล่งที่มามีตัวเลขเท่ากัน จ = คุณ + คุณแรงเคลื่อนไฟฟ้าเป็นตัวเลขเท่ากับงานที่แหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้ากระทำโดยการเคลื่อนย้ายประจุ 1 k ทั่วทั้งวงจร.

มาวัดแรงดันไฟฟ้าในส่วนภายนอกและภายในกัน โซ่ (รูปที่ 75, c) *. โวลต์มิเตอร์ A แสดงแรงดันไฟฟ้าคร่อมความต้านทานภายนอก R และโวลต์มิเตอร์ B แสดงแรงดันไฟฟ้าที่ความต้านทานภายใน ความต้านทาน ร. การเปลี่ยนค่าความต้านทานของวงจรภายนอก เราสังเกตเห็นว่าในกรณีนี้แรงดันไฟฟ้าในส่วนของวงจรเปลี่ยนไป (ตารางที่ 4)

* (โพรบ 1 และ 2 ทำจากลวดทองแดงหนาในฉนวนไวนิลคลอไรด์ ซึ่งถูกตัดออกจากด้านข้างที่อยู่ตรงกลางของภาชนะ โพรบสัมผัสกับฉนวนและอิเล็กโทรด)

เราจะเห็นว่าผลรวมของแรงดันไฟฟ้าในส่วนภายนอกและภายในของวงจรเป็นค่าคงที่ (ภายในข้อผิดพลาดในการทดลอง) และเท่ากับ e d.s. แหล่งที่มา. โดยจะแสดงปริมาณพลังงานที่แหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าสามารถถ่ายโอนไปยังวงจรไฟฟ้าได้เมื่อเคลื่อนที่ไปตามวงจรประจุทั้งหมดเข้าไป 1 ก.

แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ (EMF) เกิดขึ้นในกรณีต่อไปนี้:

1. เมื่อตัวนำที่กำลังเคลื่อนที่ข้ามสนามแม่เหล็กที่อยู่กับที่ หรือในทางกลับกัน สนามแม่เหล็กที่กำลังเคลื่อนที่จะข้ามตัวนำที่อยู่กับที่ หรือเมื่อตัวนำและสนามแม่เหล็กเคลื่อนที่ในอวกาศเคลื่อนที่สัมพันธ์กัน
2. เมื่อสนามแม่เหล็กสลับของตัวนำหนึ่งซึ่งกระทำต่อตัวนำอีกตัวหนึ่ง ทำให้เกิด EMF ในนั้น (การเหนี่ยวนำร่วมกัน)
3. เมื่อสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงไปกระตุ้นให้เกิด EMF (การเหนี่ยวนำตัวเอง) ในตัวมันเอง

ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงในเวลาใด ๆ ในขนาดของฟลักซ์แม่เหล็กที่เจาะเข้าไปในวงจรปิด (เทิร์น, เฟรม) จะมาพร้อมกับการปรากฏตัวของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในตัวนำ

ดังที่ระบุไว้ในบทความ “ปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า” ทิศทางของ EMF ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กขึ้นอยู่กับทิศทางการเคลื่อนที่ของตัวนำและทิศทางของสนามแม่เหล็ก

ในการกำหนดทิศทางของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในตัวนำ จะใช้ "กฎมือขวา" มันเป็นดังนี้: หากคุณวางมือขวาไว้ในสนามแม่เหล็กตามแนวตัวนำเพื่อให้เส้นแม่เหล็กหลุดออกมา ขั้วโลกเหนือเข้าสู่ฝ่ามือและนิ้วหัวแม่มืองอตรงกับทิศทางการเคลื่อนที่ของตัวนำ จากนั้นนิ้วที่ยื่นออกมาทั้งสี่นิ้วจะระบุทิศทางของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในตัวนำ(รูปที่ 1)

รูปที่ 1 การกำหนดทิศทางของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในตัวนำโดยใช้ "กฎมือขวา"

ในกรณีที่ตัวนำยังคงนิ่งและสนามแม่เหล็กเคลื่อนที่ เพื่อกำหนดทิศทางของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ จำเป็นต้องถือว่าสนามยังคงนิ่งและตัวนำเคลื่อนที่ไปด้านข้าง การเคลื่อนไหวย้อนกลับและใช้ "กฎมือขวา"

ปรากฏการณ์ของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำสามารถอธิบายได้โดยใช้ทฤษฎีอิเล็กทรอนิกส์

ลองวางตัวนำไว้ในสนามแม่เหล็ก อิเล็กตรอนอิสระของตัวนำจะเคลื่อนที่ด้วยความร้อนแบบสุ่ม ประจุบวกและประจุลบจะกระจายเท่าๆ กันทั่วทั้งปริมาตรของตัวนำและทำให้เป็นกลางซึ่งกันและกัน เราจะเคลื่อนตัวนำด้วยความเร็วที่แน่นอนในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอในทิศทาง n(รูปที่ 2) ตั้งฉากกับเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก เส้นแม่เหล็กที่แสดงเป็นจุด จะพุ่งจากด้านหลังระนาบของการวาดไปยังเครื่องอ่าน

ในกรณีนี้แรงจะกระทำต่อประจุไฟฟ้าของตัวนำภายใต้อิทธิพลที่อิเล็กตรอนอิสระจะได้รับส่วนประกอบความเร็วเพิ่มเติมและจะเคลื่อนที่ไปตามตัวนำ

แม้ว่าประจุบวกที่เกี่ยวข้องกับโครงผลึกของตัวนำจะไม่เคลื่อนที่สัมพันธ์กับตัวนำ แต่อิเล็กตรอนอิสระที่เคลื่อนที่ไปกับตัวนำสามารถเคลื่อนที่โดยสัมพันธ์กับตัวนำนั้นได้

ในตัวอย่างของเรา อิเล็กตรอนเคลื่อนที่จากขอบด้านล่างของตัวนำไปยังขอบด้านบน ซึ่งสอดคล้องกับทิศทางของกระแสจากบนลงล่าง ทิศทางของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำและกระแสในตัวนำ ดังที่เห็นได้ง่าย สอดคล้องกับกฎมือขวา

ขนาดของ EMF ของการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กในตัวนำขึ้นอยู่กับ:

1. เกี่ยวกับขนาดของการเหนี่ยวนำ บีสนามแม่เหล็ก เนื่องจากยิ่งเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กมีความหนาแน่นมากขึ้น จำนวนที่มากขึ้นตัวนำจะข้ามพวกมันในหน่วยเวลา (วินาที)
2. ตามความเร็วของตัวนำ โวลต์ในสนามแม่เหล็ก เนื่องจากที่ความเร็วสูง ตัวนำสามารถข้ามเส้นเหนี่ยวนำได้มากขึ้นต่อวินาที
3. จากความยาวการทำงาน (อยู่ในสนามแม่เหล็ก) ของตัวนำ ลเนื่องจากตัวนำที่ยาวสามารถข้ามเส้นเหนี่ยวนำได้มากกว่าต่อวินาที
4. กับค่าไซน์ของมุม α ระหว่างทิศทางการเคลื่อนที่ของตัวนำกับทิศทางของสนามแม่เหล็ก (รูปที่ 3)

เราแยกเวกเตอร์ความเร็วของตัวนำในสนามแม่เหล็กออกเป็นสองส่วน: ว- องค์ประกอบปกติกับทิศทางของสนาม ( ว = โวลต์× บาป α) และ vt- องค์ประกอบวงสัมผัส ( vt = โวลต์× cos α) ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการสร้าง EMF เนื่องจากเมื่อเคลื่อนที่ภายใต้อิทธิพลขององค์ประกอบวงสัมผัส ตัวนำจะเคลื่อนที่ขนานกับเวกเตอร์ บีและจะไม่ข้ามเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็ก

สูตรสำหรับแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำทำให้สามารถกำหนดค่าได้:

จ = บี × ล × โวลต์× บาป α (B) .

ทำความรู้จักกับปรากฏการณ์ การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าให้พิจารณากระบวนการเปลี่ยนแปลงอีกครั้ง พลังงานไฟฟ้าถึงเครื่องกล

รูปที่ 4 การแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล

ปล่อยให้ตัวนำตรง AB (รูปที่ 4) ซึ่งมีกระแสไฟฟ้าไหลจากแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าถูกวางไว้ในสนามแม่เหล็กภายนอก หากตัวนำไม่นิ่ง พลังงานของแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าจะถูกใช้ไปเพื่อให้ความร้อนแก่ตัวนำเท่านั้น:

ก = คุณ × ฉัน × ที = ฉัน² × ร × ที(ญ) .

พลังงานที่ใช้จะเท่ากับ:

ปเอล = คุณ × ฉัน = ฉัน² × ร(ญ)

จากจุดที่เรากำหนดกระแสในวงจร:

(1)

อย่างไรก็ตาม เรารู้ว่าตัวนำที่มีกระแสไหลอยู่ในสนามแม่เหล็กจะประสบกับแรงจากสนามที่มีแนวโน้มที่จะเคลื่อนตัวนำในสนามแม่เหล็กไปในทิศทางที่กำหนดโดยกฎมือซ้าย ในระหว่างการเคลื่อนที่ตัวนำจะข้ามเส้นสนามแม่เหล็กและตามกฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะเกิดขึ้นในนั้น ทิศทางของ EMF นี้ซึ่งกำหนดโดยกฎมือขวาจะตรงกันข้ามกับกระแส ฉัน- ลองเรียกมันกลับว่า EMF อีอ๊าก ขนาด อี arr ตามกฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าจะเท่ากัน