Učenici 7-9 razreda ponekad se susreću sa konceptom emf u zadacima. I odmah pitanje: "Šta je ovo?"

Ako uzmete bilo koji izvor struje: bateriju (naponsku ćeliju), napajanje itd., vidjet ćete, na primjer, natpis "4,5 V" na njemu. Ovo nazivate naponom izvora. Ali u stvari, ovo je EMF - elektromotorna sila. Simbolizirano kao ℰ, mjereno u voltima (V).

Ako električni otpor izvor se može zanemariti (tj. u opisu problema se ništa ne kaže o ovom otporu ili piše da je izvor idealan), tada su emf i napon izvora jednaki.

dakle,

EMF je jedna od karakteristika izvora struje.

Obično je to dovoljno za rješavanje zadataka u 7-9 razredima.

Nivo A

U srednjoj školi koncept EMF-a zahtijeva detaljnije razmatranje.

Spoljne sile

Pogledajmo dva primjera.

1. Kugla mase m popravljeno u nekom trenutku A iznad stola (slika 1, a).

2. Lopta sa nabojem q 1 (i mala masa) fiksiran u nekom trenutku A na maloj udaljenosti od drugog fiksnog punjenja q 2 (sl. 1, b).

Rice. 1

Šta se dešava sa loptama ako se puste??

1. Kugla mase mće početi da pada, a ako ga ne uhvatite, pasti će na sto. Lopta je napravljena da se kreće gravitacijom. U ovom slučaju kažu da gravitacija (ili gravitaciono polje) radi.

2. Lopta sa nabojem q 1 će početi da se kreće prema punjenju q 2, i ako nije uhvaćen, sudariće se s njim. Lopta je prisiljena da se kreće silom privlačenja prema drugoj lopti ( Kulonova sila). U ovom slučaju se kaže da Kulonova sila (ili električno polje) obavlja rad.

Da li je moguće vratiti loptice u tačku A??

Moguće je, ali to zahtijeva dodatnu snagu.

U prvom primjeru možemo baciti loptu uvis. Potrošit ćemo sopstvenu energiju da natjeramo loptu da se kreće u pravom smjeru.

Pogledajmo drugi primjer detaljnije. Lopta se može natjerati da se pomjeri ulijevo uz još jedno punjenje q 3, veća vrijednost od naplate q 2. Ali to će biti i Kulonova sila. Također se može primijeniti mehanička sila, možete lopti pružiti dodatnu energiju (na primjer, svjetlosnu, kemijsku, itd.) kako bi mogla savladati privlačenje naboja q 2 .

Sile koje djeluju na naboj, s izuzetkom Coulombovih sila, nazivaju se treća stranka. Unutar bilo kojeg izvora struje, naboji se kreću pod utjecajem vanjskih sila.

U svim slučajevima, ako sila uzrokuje kretanje tijela u željenom smjeru, onda djeluje. To znači da vanjske sile također rade na pomicanju naboja, što se naziva treća stranka.

EMF

Omjer rada vanjskih sila za pomicanje naboja i veličine ovog naboja je EMF (elektromotorna sila).

Označimo rad vanjskih sila - A ct, prenesena naknada - q, onda iz definicije slijedi da je emf

Na osnovu ove formule može se dati još jedna definicija:

EMF je fizička skalarna veličina, numerički jednaka radu vanjskih sila koje pokreću jedinični pozitivan naboj.

Dakle, EMF karakterizira djelovanje vanjskih sila i nije sila u uobičajenom smislu riječi. Ovdje se opet koristi ne baš uspješna, ali povijesno ustaljena terminologija.

Iz ove formule jasno je da se EMF mjeri u voltima (V).

.

U ovoj lekciji pobliže ćemo pogledati mehanizam za obezbjeđivanje dugotrajne električne struje. Hajde da uvedemo pojmove „izvor energije“, „spoljašnje sile“, opišemo princip njihovog rada, a takođe i pojam elektromotorne sile.

Tema: Zakoni jednosmerna struja
Lekcija: Elektromotorna sila

U jednoj od prethodnih tema (uslovi za postojanje električne struje) već je dotaknuto pitanje potrebe za izvorom energije za održavanje postojanja električne struje duže vreme. Sama struja se, naravno, može dobiti i bez takvih izvora napajanja. Na primjer, kondenzator se prazni kada kamera treperi. Ali takva struja će biti previše prolazna (slika 1).

Rice. 1. Kratkotrajna struja pri međusobnom pražnjenju dva suprotno nabijena elektroskopa ()

Kulonove sile uvijek nastoje spojiti suprotne naboje, čime se izjednačuju potencijali u cijelom krugu. A, kao što znate, za prisustvo polja i struje neophodna je razlika potencijala. Stoga je nemoguće bez ikakvih drugih sila koje razdvajaju naboje i održavaju razliku potencijala.

Definicija. Snage treće strane su sile neelektričnog porijekla koje imaju za cilj razrjeđivanje naboja.

Ove sile mogu biti različite prirode u zavisnosti od vrste izvora. U baterijama su hemijskog porekla, u električnim generatorima - magnetni. Oni osiguravaju postojanje struje, od rada električne sile duž zatvorene petlje je uvijek nula.

Drugi zadatak izvora energije, osim održavanja razlike potencijala, je nadoknaditi gubitke energije zbog sudara elektrona s drugim česticama, uslijed čega prvi gube kinetičku energiju, a unutarnja energija vodiča se povećava.

Strane sile unutar izvora rade protiv električnih sila, šireći naelektrisanja u smjerovima suprotnim njihovom prirodnom toku (dok se kreću u vanjskom kolu) (slika 2).

Rice. 2. Šema djelovanja snaga trećih strana

Analogom djelovanja izvora struje može se smatrati vodena pumpa, koja ispušta vodu protiv njenog prirodnog toka (odozdo prema gore, u stanove). Voda prirodno teče nazad pod uticajem gravitacije, ali za kontinuiran rad dovoda vode u stan neophodan je neprekidan rad pumpe.

Definicija. Elektromotorna sila je omjer rada vanjskih sila na pomjeranju naboja i veličine ovog naboja. Oznaka - :

mjerna jedinica:

Insert. EMF otvorenog i zatvorenog kola

Razmotrimo sljedeće kolo (slika 3):

Rice. 3.

Sa otvorenim prekidačem i idealnim voltmetrom (otpor je beskonačno visok), neće biti struje u kolu, a samo će se rad na razdvajanju naboja obavljati unutar galvanske ćelije. U tom slučaju voltmetar će pokazati vrijednost EMF-a.

Kada je ključ zatvoren, struja će teći kroz kolo, a voltmetar više neće pokazivati ​​EMF vrijednost, pokazat će vrijednost napona, istu kao na krajevima otpornika. Sa zatvorenom petljom:

Ovdje: - napon na vanjskom kolu (na žicama za opterećenje i napajanje); - napon unutar galvanske ćelije.

U sljedećoj lekciji ćemo proučavati Ohmov zakon za kompletno kolo.

Bibliografija

  1. Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Fizika (osnovni nivo) - M.: Mnemosyne, 2012.
  2. Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. Fizika 10. razred. - M.: Ilexa, 2005.
  3. Myakishev G.Ya., Sinyakov A.Z., Slobodskov B.A. fizika. Elektrodinamika. - M.: 2010.
  1. ens.tpu.ru ().
  2. physbook.ru ().
  3. electrodynamics.narod.ru ().

Zadaća

  1. Šta su vanjske sile, kakva je njihova priroda?
  2. Kako je napon na otvorenim polovima izvora struje povezan s njegovim EMF-om?
  3. Kako se energija pretvara i prenosi u zatvorenom krugu?
  4. *Efs baterije baterijske lampe je 4,5 V. Hoće li sijalica dizajnirana za 4,5 V gorjeti punim intenzitetom iz ove baterije? Zašto?

Na krajevima vodiča, a time i struje, potrebno je prisustvo vanjskih sila neelektrične prirode, uz pomoć kojih dolazi do razdvajanja električnih naboja.

Spoljnim silama su sve sile koje djeluju na električno nabijene čestice u krugu, s izuzetkom elektrostatičkih (tj. Kulonova).

Sile treće strane pokreću nabijene čestice unutar svih izvora struje: u generatorima, elektranama, galvanskim ćelijama, baterijama itd.

Kada je kolo zatvoreno, u svim provodnicima kola stvara se električno polje. Unutar izvora struje, naelektrisanja se kreću pod utjecajem vanjskih sila protiv Kulombovih sila (elektroni se kreću od pozitivno nabijene elektrode u negativnu), a kroz ostatak kola ih pokreće električno polje (vidi sliku iznad).

U izvorima struje, tokom procesa odvajanja nabijenih čestica, dolazi do transformacije različite vrste energije u električnu energiju. Na osnovu vrste pretvorene energije razlikuju se sljedeće vrste elektromotorne sile:

- elektrostatički- u elektroforskoj mašini, u kojoj se mehanička energija trenjem pretvara u električnu energiju;

- termoelektrični- u termoelementu - unutrašnja energija zagrijanog spoja dvije žice izrađene od različitih metala pretvara se u električnu energiju;

- fotonaponski- u fotoćeliji. Ovdje dolazi do pretvaranja svjetlosne energije u električnu energiju: kada su određene tvari osvijetljene, na primjer, selen, bakar (I) oksid, silicijum, uočava se gubitak negativnog električnog naboja;

- hemijski- u galvanskim ćelijama, baterijama i drugim izvorima u kojima se hemijska energija pretvara u električnu energiju.

Elektromotorna sila (EMF)— karakteristike izvora struje. Koncept EMF-a uveo je G. Ohm 1827. za kola jednosmjerne struje. Godine 1857. Kirchhoff je definirao EMF kao rad vanjskih sila pri prijenosu jediničnog električnog naboja duž zatvorenog kola:

ɛ = A st /q,

Gdje ɛ — EMF trenutnog izvora, A st- rad spoljnih snaga, q- iznos prenesene naknade.

Elektromotorna sila se izražava u voltima.

Možemo govoriti o elektromotornoj sili na bilo kojem dijelu kola. Ovo je specifičan rad vanjskih sila (rad na pomicanju jednog naboja) ne u cijelom krugu, već samo u datom području.

Unutrašnji otpor izvora struje.

Neka postoji jednostavan zatvoreni krug koji se sastoji od izvora struje (na primjer, galvanske ćelije, baterije ili generatora) i otpornika s otporom R. Struja u zatvorenom kolu se nigdje ne prekida, stoga postoji i unutar izvora struje. Bilo koji izvor predstavlja neki otpor struji. To se zove unutrašnji otpor izvora struje i označava se slovom r.

U generatoru r- ovo je otpor namotaja, u galvanskoj ćeliji - otpor otopine elektrolita i elektroda.

Dakle, izvor struje karakteriziraju vrijednosti EMF-a i unutrašnjeg otpora, koji određuju njegovu kvalitetu. Na primjer, elektrostatičke mašine imaju vrlo visok EMF (do desetina hiljada volti), ali u isto vrijeme njihov unutarnji otpor je ogroman (do stotine megoma). Stoga su neprikladni za stvaranje velikih struja. Galvanske ćelije imaju EMF od samo približno 1 V, ali je i unutrašnji otpor nizak (približno 1 Ohm ili manje). To im omogućava da dobiju struje mjerene u amperima.

Električna struja ne teče u bakrenoj žici iz istog razloga zbog kojeg voda miruje u horizontalnoj cijevi. Ako je jedan kraj cijevi spojen na rezervoar na takav način da se stvara razlika u tlaku, tekućina će istjecati iz jednog kraja. Isto tako, da bi se održala konstantna struja, potrebna je vanjska sila za pomicanje naboja. Ovaj efekat se naziva elektromotorna sila ili EMF.

Između kraja 18. i početkom 19. veka vekovima rada naučnika kao što su Coulomb, Lagrange i Poisson matematičke osnove određivanje elektrostatičkih veličina. Napredak u razumijevanju električne energije po ovom pitanju istorijskoj pozornici očigledno. Franklin je već uveo koncept "količine električne supstance", ali do sada ni on ni njegovi nasljednici nisu mogli to izmjeriti.

Nakon Galvanijevih eksperimenata, Volta je pokušao pronaći dokaze da su životinjske "galvanske tekućine" iste prirode kao statički elektricitet. U potrazi za istinom, otkrio je da kada dvije elektrode od različitih metala dođu u kontakt kroz elektrolit, obje postaju nabijene i ostaju nabijene uprkos tome što je strujno kolo zatvoreno opterećenjem. Ovaj fenomen nije odgovarao postojećim idejama o elektricitetu jer elektrostatička naelektrisanja u takvom slučaju morali su da se rekombinuju.

Volta je uveo novu definiciju sile koja djeluje u smjeru razdvajanja naboja i održavanja u ovom stanju. Nazvao ga je elektromotornim. Ovo objašnjenje opisa rada baterije nije se uklapalo u teorijska osnova fizičari tog vremena. U Coulomb paradigmi prve trećine 19. stoljeća. d.s. Volta je određena sposobnošću nekih tijela da generiraju električnu energiju u drugima.

Ohm je dao najvažniji doprinos objašnjenju rada električnih kola. Rezultati niza eksperimenata doveli su ga do izgradnje teorije električne provodljivosti. Uveo je količinu „napon“ i definisao je kao potencijalnu razliku između kontakata. Kao i Fourier, koji je u svojoj teoriji pravio razliku između količine topline i temperature u prijenosu topline, Ohm je stvorio model po analogiji koji povezuje količinu prenesenog naboja, napon i električnu provodljivost. Ohmov zakon nije bio u suprotnosti sa akumuliranim znanjem o elektrostatičkom elektricitetu.

Zatim su, zahvaljujući Maxwellu i Faradeyu, dobijeni eksplanatorni trenutni modeli nova teorija polja. Ovo je omogućilo razvoj energetskog koncepta koji se odnosi na polje i za statičke potencijale i za elektromotornu silu. Glavni datumi za evoluciju koncepta EMF-a:

  • 1800 - stvaranje Voltaičke galvanske baterije;
  • 1826 - Ohm formuliše svoj zakon za kompletan lanac;
  • 1831 - otkriće elektromagnetna indukcija Faraday.

Definicija i fizičko značenje

Primjena neke potencijalne razlike između dva kraja vodiča će stvoriti protok elektrona s jednog kraja na drugi. Ali to nije dovoljno za održavanje protoka naelektrisanja u vodiču. Drift elektrona dovodi do smanjenja potencijala dok se ne uravnoteži (struja se zaustavi). Dakle, za stvaranje jednosmerne struje potrebni su mehanizmi koji kontinuirano vraćaju opisani sistem u prvobitnu konfiguraciju, odnosno sprečavaju agregaciju naelektrisanja kao rezultat njihovog kretanja. U tu svrhu koriste se posebni uređaji koji se nazivaju izvori napajanja.

Da bi se ilustrovao njihov rad, zgodno je razmotriti zatvorenu petlju otpora i galvanski izvor napajanja (bateriju). Ako pretpostavimo da unutar baterije nema struje, onda opisani problem kombiniranja punjenja ostaje neriješen. Ali u kolu sa pravim izvorom energije, elektroni se stalno kreću. To se događa zbog činjenice da protok iona također teče unutar baterije od negativne elektrode do pozitivne. Izvor energije koji pokreće ove naboje u bateriji su hemijske reakcije. Ova energija se naziva elektromotorna sila.

EMF je karakteristika svakog izvora energije koji može kontrolirati kretanje električnih naboja u lancu. U analogiji sa zatvorenim hidrauličkim krugom, rad izvora energije. d.s. odgovara radu pumpe za stvaranje pritiska vode. Stoga se simbol koji predstavlja ove uređaje ne može razlikovati na hidrauličkim i električnim dijagramima.

Unatoč nazivu, elektromotorna sila zapravo nije sila i mjeri se u voltima. Njegova brojčana vrijednost jednaka je radu kretanja naelektrisanja duž zatvorenog kola. EMF izvora izražava se formulom E=A/q, pri čemu:

  • E - elektromotorna sila u voltima;
  • A je rad vanjskih sila za pomicanje naboja u džulima;
  • q je pomjereno punjenje u kulonima.

Iz ove EMF formule proizlazi da elektromotorna sila nije svojstvo strujnog kola ili opterećenja, već je sposobnost generatora električne energije da razdvaja naboje.

Elektromotorna sila i potencijalna razlika u kolu su vrlo slične fizičke veličine, budući da se oba mjere u voltima i određuju se radom obavljenim na pomicanju naboja. Jedna od glavnih semantičkih razlika je da e. d.s. (E) nastaje pretvaranjem neke energije u električnu energiju, dok razlika potencijala (U) pretvara električnu energiju u druge oblike. Ostale razlike izgledaju ovako:

  • E prenosi energiju na cijeli krug. U je mjera energije između dvije tačke na dijagramu.
  • E uzrokuje U, ali ne i obrnuto.
  • E se indukuje u električnim, magnetskim i gravitacionim poljima.
  • Koncept e. d.s. primjenjiv je samo na električno polje, dok je razlika potencijala primjenjiva na magnetsko, gravitacijsko i električno polje.

Napon na priključcima napajanja se obično razlikuje od emf izvora. To se događa zbog prisutnosti unutrašnjeg otpora izvora (elektrolit i elektrode, namotaji generatora). Formula koja povezuje razliku potencijala i emf izvora struje izgleda kao U=E-Ir. U ovom izrazu:

  • U je napon na terminalima izvora;
  • r je unutrašnji otpor izvora;
  • I je struja u kolu.

Iz ove formule za elektromotornu silu slijedi da je e. d.s. jednak naponu kada struja ne teče u kolu. Idealan EMF izvor stvara razliku potencijala bez obzira na opterećenje (struja koja teče) i nema unutrašnji otpor.

U prirodi ne može postojati izvor beskonačne snage kada je kratko spojen preko terminala, baš kao materijal sa beskonačnom provodljivošću. Idealni izvor se koristi kao apstraktni matematički model.

Suština EMF izvora je pretvaranje drugih vrsta energije u električnu energiju uz pomoć vanjskih sila. Sa stanovišta fizike pružanja e. d. razlikuju se sljedeće dvije glavne vrste izvora:

  • galvanski;
  • elektromagnetna.

Prvi su elektrohemijski izvori zasnovani na uključenosti u hemijska reakcija proces prenosa elektrona. U normalnim uslovima hemijske interakcije su praćene oslobađanjem ili apsorpcijom topline, ali postoje mnoge reakcije koje rezultiraju stvaranjem električne energije.

Elektrohemijski procesi su u većini slučajeva reverzibilni, jer se energija električne struje može koristiti da izazove međusobnu reakciju tvari. Ova mogućnost omogućava stvaranje obnovljivih galvanskih izvora - baterija.

U strujnim generatorima e. d.s. kreiran na drugačiji način. Razdvajanje naelektrisanja se dešava pomoću fenomena elektromagnetne indukcije, koji se sastoji u tome da se promeni veličina ili smer magnetsko polje stvara emf. Prema Faradejevom zakonu, nalaz e. d.s. indukcija je moguća iz izraza E=-dF/dt. U ovoj formuli:

  • F - magnetni fluks;
  • t - vrijeme.

Indukcijska emf se također mjeri u voltima. Ovisno o načinu na koji su uzrokovane promjene magnetskog fluksa, razlikuju se:

  • Dinamički indukovano. Kada se provodnik kreće u stacionarnom magnetskom polju. Tipično za generatore.
  • Statički indukovano. Kada dođe do promjena u fluksu zbog promjena u magnetskom polju oko nepokretnog vodiča. Ovako rade transformatori.

Postoje i izvori e. d.s. nije zasnovano na elektrohemiji ili magnetnoj indukciji. Takvi uređaji uključuju poluvodičke fotoćelije, kontaktne potencijale i piezokristale. Koncept EMF ima praktična upotreba prvenstveno kao parametar za odabir izvora energije za određene namjene. Da biste dobili maksimalan učinak od uređaja u krugu, morate uskladiti njihove mogućnosti i karakteristike. Prije svega, unutrašnji otpor izvora sile EMF sa karakteristikama priključenog opterećenja.

U materijalu ćemo razumjeti pojam inducirane emf u situacijama njenog nastanka. Induktivnost ćemo također smatrati ključnim parametrom za pojavu magnetnog fluksa kada se u provodniku pojavi električno polje.

Elektromagnetna indukcija je stvaranje električne struje pomoću magnetnih polja koja se mijenjaju tokom vremena. Zahvaljujući otkrićima Faradaya i Lenza, obrasci su formulisani u zakone, koji su uveli simetriju u razumijevanje elektromagnetnih tokova. Maxwellova teorija je spojila znanje o električnoj struji i magnetnim fluksovima. Zahvaljujući Hertzovom otkriću, čovječanstvo je naučilo o telekomunikacijama.

Oko provodnika koji vodi električnu struju pojavljuje se elektromagnetno polje, ali paralelno se javlja i suprotna pojava - elektromagnetna indukcija. Razmotrimo magnetni tok koristeći primjer: ako se okvir napravljen od vodiča stavi u električno polje s indukcijom i pomiče odozgo prema dolje duž magnetskih linija sile ili lijevo i desno okomito na njih, tada magnetni tok prolazi kroz okvir će biti konstantna vrijednost.

Kada se okvir rotira oko svoje ose, tada će se nakon nekog vremena magnetski tok promijeniti za određenu količinu. Kao rezultat, u okviru se pojavljuje inducirana emf i pojavljuje se električna struja, koja se naziva indukcija.

indukovana emf

Hajde da razumemo detaljno šta je koncept indukovane emf. Kada se provodnik stavi u magnetsko polje i kreće se sa presekom linija polja, u vodiču se pojavljuje elektromotorna sila koja se zove indukovana emf. Također se događa ako provodnik ostane nepomičan, a magnetsko polje se kreće i siječe provodnik linijama sile.

Kada se provodnik u kojem se javlja EMF zatvori za vanjsko kolo, zbog prisustva ovog EMF-a, inducirana struja počinje da teče kroz kolo. Elektromagnetna indukcija uključuje pojavu induciranja EMF-a u vodiču u trenutku kada ga presijecaju linije magnetskog polja.

Elektromagnetna indukcija je obrnuti proces transformacije mehaničke energije u električnu struju. Ovaj koncept i njegovi zakoni se široko koriste u elektrotehnici; većina električnih mašina se zasniva na ovom fenomenu.

Faraday i Lenzovi zakoni

Faradejev i Lenzov zakon odražavaju obrasce nastanka elektromagnetne indukcije.

Faraday je otkrio da magnetski efekti nastaju kao rezultat promjena magnetskog fluksa tokom vremena. U ovom trenutku provodnik prelazi varijablu magnetna struja, u njemu nastaje elektromotorna sila koja dovodi do stvaranja električne struje. Može generirati struju permanentni magnet i elektromagnet.

Naučnik je utvrdio da se intenzitet struje povećava sa brze promjene broj linija polja koje sijeku konturu. To jest, EMF elektromagnetne indukcije direktno ovisi o brzini magnetskog fluksa.

Prema Faradejevom zakonu, formule inducirane emf definiraju se na sljedeći način:

Znak minus označava odnos između polariteta inducirane emf, smjera protoka i promjenjive brzine.

Prema Lenzovom zakonu, elektromotorna sila se može okarakterisati u zavisnosti od njenog pravca. Svaka promjena magnetskog fluksa u zavojnici dovodi do pojave inducirane emf, a pri brzoj promjeni uočava se povećanje emf.

Ako zavojnica, gdje postoji inducirana emf, ima kratki spoj na vanjski krug, tada kroz njega teče inducirana struja, zbog čega se oko vodiča pojavljuje magnetsko polje i zavojnica poprima svojstva solenoida. Kao rezultat, formira se vlastito magnetsko polje oko zavojnice.

E.H. Lenz je uspostavio obrazac prema kojem se određuju smjer inducirane struje u zavojnici i inducirana emf. Zakon kaže da inducirana emf u zavojnici, kada se magnetski tok promijeni, formira struju u zavojnici u smjeru u kojem dati magnetni tok zavojnice omogućava izbjegavanje promjena u stranom magnetskom fluksu.

Lenzov zakon se primjenjuje na sve situacije indukcije električne struje u provodnicima, bez obzira na njihovu konfiguraciju i način promjene vanjskog magnetskog polja.

Kretanje žice u magnetskom polju

Vrijednost inducirane emf određuje se u zavisnosti od dužine provodnika preko kojeg se nalaze linije polja. Sa većim brojem dalekovoda povećava se veličina inducirane emf. Kako se magnetsko polje i indukcija povećavaju, u vodiču se javlja veća vrijednost EMF-a. Dakle, vrijednost inducirane emf u vodiču koji se kreće u magnetskom polju direktno ovisi o indukciji magnetskog polja, dužini vodiča i brzini njegovog kretanja.

Ova zavisnost se ogleda u formuli E = Blv, gde je E indukovana emf; B je vrijednost magnetne indukcije; I je dužina provodnika; v je brzina njegovog kretanja.

Imajte na umu da se u vodiču koji se kreće u magnetskom polju, indukovana emf pojavljuje samo kada pređe linije magnetskog polja. Ako se provodnik kreće duž linija sile, onda se emf ne indukuje. Iz tog razloga, formula se primjenjuje samo u slučajevima kada je kretanje provodnika usmjereno okomito na linije sile.

Smjer inducirane emf i električne struje u vodiču određen je smjerom kretanja samog vodiča. Da bi se odredio pravac, razvijeno je pravilo desne ruke. Ako držite dlan desne ruke na način da linije polja ulaze u njegovom smjeru, a palac pokazuje smjer kretanja provodnika, tada ostala četiri prsta pokazuju smjer inducirane emf i smjer električna struja u provodniku.

Rotirajući kolut

Rad generatora električne struje temelji se na rotaciji zavojnice u magnetskom toku, gdje postoji određeni broj zavoja. EMF se indukuje u električnom kolu svaki put kada ga magnetski tok pređe, na osnovu formule magnetnog fluksa F = B x S x cos α (magnetna indukcija pomnožena površinom kroz koju prolazi magnetni tok i kosinusom ugla formiranog od vektor pravca i okomit na ravni ravni).

Prema formuli, na F utiču promjene situacija:

  • kada se magnetni tok promijeni, mijenja se i vektor smjera;
  • površina zatvorena u konturi se mijenja;
  • ugao se menja.

Dozvoljeno je inducirati EMF stacionarnim magnetom ili konstantnom strujom, ali jednostavno rotiranjem zavojnice oko svoje ose unutar magnetnog polja. U ovom slučaju, magnetni tok se mijenja kada se promijeni vrijednost ugla. Tokom rotacije, zavojnica prelazi linije magnetnog toka, što rezultira emf. Sa ravnomjernom rotacijom dolazi periodične promene magnetni fluks. Također, broj linija polja koje se sijeku svake sekunde postaje jednak vrijednostima u jednakim vremenskim intervalima.

U praksi, u generatorima naizmjenične struje, zavojnica ostaje nepomična, a elektromagnet rotira oko nje.

Samoindukovana emf

Kada naizmjenična električna struja prolazi kroz zavojnicu, stvara se naizmjenično magnetsko polje, koje karakterizira promjenjivi magnetni tok koji inducira emf. Ovaj fenomen se naziva samoindukcija.

Zbog činjenice da je magnetni tok proporcionalan intenzitetu električne struje, formula za emf samoindukcije izgleda ovako:

F = L x I, gdje je L induktivnost, koja se mjeri u H. Njegova vrijednost određena je brojem zavoja po jedinici dužine i veličinom njihovog poprečnog presjeka.

Međusobna indukcija

Kada se dva namotaja postave jedan pored drugog, u njima se uočava međusobna induktivna emf koja je određena konfiguracijom dva kola i njihovom međusobnom orijentacijom. Kako se razdvajanje kola povećava, vrijednost međusobne induktivnosti opada, jer dolazi do smanjenja ukupnog magnetskog fluksa za dva namotaja.

Razmotrimo detaljno proces međusobne indukcije. Postoje dva namotaja, struja I1 teče duž žice jednog sa N1 zavojima, koja stvara magnetni tok i prolazi kroz drugu zavojnicu sa N2 brojem zavoja.

Vrijednost međusobne induktivnosti druge zavojnice u odnosu na prvu:

M21 = (N2 x F21)/I1.

Vrijednost magnetnog fluksa:

F21 = (M21/N2) x I1.

Indukovana emf se izračunava po formuli:

E2 = - N2 x dF21/dt = - M21x dI1/dt.

U prvom namotaju vrijednost inducirane emf je:

E1 = - M12 x dI2/dt.

Važno je napomenuti da je elektromotorna sila nastala međusobnom indukcijom u jednom od zavojnica u svakom slučaju direktno proporcionalna promjeni električne struje u drugoj zavojnici.

Tada se međusobna induktivnost smatra jednakom:

M12 = M21 = M.

Kao posljedica toga, E1 = - M x dI2/dt i E2 = M x dI1/dt. M = K √ (L1 x L2), gdje je K koeficijent sprege između dvije vrijednosti induktivnosti.

Međusobna indukcija se široko koristi u transformatorima, koji omogućavaju promjenu vrijednosti naizmjenične električne struje. Uređaj se sastoji od para zavojnica koje su namotane na zajedničko jezgro. Struja u prvoj zavojnici stvara promjenjivi magnetni tok u magnetskom kolu i struju u drugom namotu. Sa manjim brojem zavoja u prvom namotu nego u drugom, napon raste, a shodno tome, s većim brojem zavoja u prvom namotu, napon se smanjuje.

Pored generisanja i transformacije električna energija, fenomen magnetne indukcije se koristi u drugim uređajima. Na primjer, kod magnetske levitacije vozovi koji se kreću bez direktnog kontakta sa strujom u šinama, ali nekoliko centimetara više zbog elektromagnetnog odbijanja.