+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

Электродвижущая сила — Викизнание… Это Вам НЕ Википедия!

Электродвижущая сила (ЭДС) — физическая величина, характеризующая [[электрический потенциал|потенциал сторонних (непотенциальных) сил на заряженные тела. В замкнутом контуре с током ЭДС равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль контура.

  • Обозначается
  • Единица измерения СИ: вольт (В, V).

В силу потенциальности электростатические силы неспособны вызвать постоянный электрический ток, совершающий работу (работа потенциального поля по замкнутой траектории равна нулю для любого потенциального поля). Для этого необходимо действие сил, имеющих иную природу.

Работа по перемещению заряда по замкнутому контуру может выражена через величину заряда, помноженному на потенциал этих сил, называемый электродвижущей силой:

Как видно из формулы, размерность ЭДС совпадает с размерностью потенциала, т.е. измеряется в вольтах. Однако следует помнить, что поле сторонних сил не является потенциальным, и к нему нельзя применять термин разность потенциалов или напряжение.

В выражении мгновенного значения во времени эта формула будет выражать мощность через силу тока :

ЭДС играет важнейшую роль в теории электрических цепей, так как в силу допущения замкнутости электрического тока его могут вызвать только сторонние силы, а значит действие любого источника тока можно выразить через ЭДС. Это нашло выражение, например, в законе Ома для всей цепи: , показывающем, что ток в цепи зависит только от ЭДС и сопротивления.

ЭДС является одной из основных характеристик элементов электрических цепей, являющихся источниками электрической энергии. Так, напряжение на концах двухполюсника без нагрузки будет равно его ЭДС.

ЭДС может иметь различную природу. В электрических машинах она вызвана электромагнитным взаимодействием ротора и статора. В химических источниках тока — электрохимическими реакциями, вызывающими перенос заряда между электродами.

Электродвижущая сила единица — Справочник химика 21

    Единица измерения ЭДС — вольт — представляет собой ту электродвижущую силу, которая необходима, чтобы заряд з [c.261]

    Если концентрации (точнее говоря, активности) веществ, участвующих в реакции, равны единице, т. е. если соблюдаются стандартные условия, то э. д. с. элемента называется его стандартной электродвижущей силой и обозначается Е°, При этом последнее уравнение принимает вид  [c.276]


    Если концентрации (активности) веществ, участвующих в реакции, равны единице, то э.д.с. элемента называется его стандартной электродвижущей силой и обозначается Е°. [c.118]

    Согласно теории Аррениуса степень электролитической диссоциации а, определяющая долю ионизированных молекул в растворе, должна быть при заданных условиях одной и той же (независимо от метода ее измерения). При этом, согласно ее физическому смыслу, она не может быть больше единицы и меньше пуля. Однако многочисленные экспериментальные данные, полученные разными учеными, противоречили этим положениям теории. В качестве примера в табл, 13 приведены величины а для растворов соляной кислоты, вычисленные на основании измерений электрической проводимости ( i) и электродвижущих сил (02). 

[c.113]

    Выведенные уравнения справедливы и по отношению к процессам в гальваническом элементе. Положим, что рассмотренная ранее реакция происходит в гальваническом элементе, электродвижущая сила которого равна Е, а zF (где f = 96 500) есть количество электричества, протекающее в элементе, когда в реакцию вступает а молей вещества А, Ь молей вещества Вит. д. Работа этой реакции в электрических единицах выразится произведением zFE. С другой стороны, она равна, как это было показано, убыли химического потенциала. На основании этого приходим к общему уравнению, связывающему э. д. с. гальванического элемента с изменением химического потенциала 

[c. 65]

    Следовательно, вследствие детонации при замыкании контактов в цепи (датчик детонации — тепловой элемент) тепловой элемент нагревается, в цепи термопары возникает термо-электродвижущая сила, и стрелка указателя детонации отклоняется от нулевого положения. Чем интенсивнее детонация, тем на большее время замыкаются контакты датчика детонации, интенсивнее нагрев теплового элемента и большее отклонение показывает стрелка указателя детонации (шкала указателя детонации — в условных единицах). [c.616]

    Чтобы вычислить э. д. с. элемента по величинам электродных потенциалов на основе схемы элемента (У.26), всегда следует проводить вычитание в порядке, указанном в выражении (У.27). Общим правилом является следующее. Если стандартная электродвижущая сила элемента Е >, вычисленная по правилу правого плюса , положительна, то суммарная реакция будет термодинамически самопроизвольной. Самопроизвольная реакция элемента, согласно принятому в термодинамике условию, характеризуется отрицательной величиной изобарного потенциала системы (изменения свободной энергии), численно равной электрической работе (в вольт-кулонах или джоулях), т. е. если все реагенты находятся в стандартном состоянии (активности равны единице), то, пользуясь уравнением (У.9) и подставляя численные значения постоянной Фарадея, получим выражение для изменения свободной энергии системы (AF)  

[c.157]

    Э. д.с. элемента, относящуюся к стандартным условиям, когда Да =яв =iiL = Е = 1. обозначают через E»» и называют стандартной или нормальной электродвижущей силой. При активностях участников реакции равных единице из (VII, 107) получим 

[c.271]

    Из сопоставления основных свойств магния, алюминия и цинка очевидно, что наиболее эффективными материалами по количеству электроэнергии, получаемой с единицы массы, будут алюминий и магний, причем по величине создаваемой электродвижущей силы предпочтение следует отдать магнию. Вместе с тем магний характеризуется несколько повышенной скоростью раство- [c. 155]

    Для определения pH растворов электролитов чаще всего используют метод, основанный на измерении электродвижущей силы гальванических элементов (см. 16.3). Кроме того, pH можно определить с помощью индикаторов — веществ, которые имеют различную окраску, находясь в форме кислоты и сопряженного основания. При значениях pH, существенно меньших, чем рК. индикатора, раствор, содержащий небольшую добавку индикатора, будет иметь окраску, соответствующую кислой форме индикатора НА. При pH, превосходящих р С индикатора, окраска будет соответствовать окраске основной формы индикатора А». При изменении pH раствора в интервале од-ной-двух единиц pH вблизи р/С индикатора будет происходить изменение окраски раствора. Разные окраски двух форм означают, что различны спектры поглощения двух форм индикатора, в частности различны положения максимумов поглощения в спектре. Измеряя интенсивность (оптическую плотность) в максимумах поглощения, можно по (10.6) определить концентрации обеих форм индикатора и тем самым по (15.15), зная р/С индикатора, вычислить pH раствора. Существенно, что для этого расчета нужно знать отношение концен- 

[c.243]

    В разбавленных растворах, приближающихся по свойствам к идеальным, коэффициент активности достигает единицы. Коэффициенты активности экспериментально определяются по измерениям осмотического давления, понижения температуры замерзания, упругости пара, электродвижущей силы и др. 

[c.247]

    Если концентрации (точнее, активности) веществ, участвующих в реакции, равны единице, т. е. соблюдаются стандартные условия, то ЭДС называется его стандартной электродвижущей силой и обозначается . медно-цинкового элемента равно разности между стандартными потенциалами меди (катода) и цинка (анода), т. е. [c.335]

    За электродный потенциал принимают электродвижущую силу электрохимической цепи, которая составлена из исследуемого электрода и стандартного водородного электрода. Электродный потенциал обычно обозначают буквой Е. Единицей СИ электродного потенциала является вольт (В). 

[c.205]

    Под стандартным потенциалом (фо) подразумевают равновесный потенциал электрода, когда концентрация ионов, участвующих в реакции, равна единице. Величины стандартных потенциалов характеризуют процессы окисления и восстановления. Сравнивая величины стандартных потенциалов двух электродов, можно оценить, насколько относительно велики окислительные или восстановительные свойства этих электродов и какую электродвижущую силу может иметь источник тока с такими электродами. [c.13]

    Магнитный поток в системах МКСА и СИ принимается равным единице (вебер), если при равномерном его убывании до нуля в течение одной секунды в сцепленном с ним контуре в один виток возникает электродвижущая сила в один вольт. [c.594]

    За единицу индуктивности в системах МКСА и СИ принимается генри — индуктивность такого проводника, в котором при изменении силы тока на один ампер в секунду возникает электродвижущая сила, равная одному вольту. [c.595]

    На основании экспериментальных данных составлена таблица, показывающая способность одних металлов замещать ионы других метал лов (табл. 11.1). Металл, обладающий наибольшей способностью замещать другие металлы, занимает первое место в этом ряду. Такой ряд называют рядом напряжений, поскольку стремление одного металла восстанавливать ионы другого металла можно измерить, построив гальванический элемент и определив напряжение, которое он создает. (Слово напряжение здесь имеет тот же смысл, что и электродвижущая сила .) В таблицах обычно указывают напряжение, соответствующее активности, равной единице, для каждого иона иными словами, концентрацию иона умножают на коэффициент, учитывающий межионные взаимодействия в концентрированных растворах. Таким образом, элемент, приведенный на рис. 11.4, можно применять для измерения напряжения между электродами, на которых протекают реакции 

[c. 316]

    Перенос кислоты, соответствуюш ий уравнениям (15), (16) и (17), определен для раствора с активностью и коэффициентом активности, равными единице (гипотетический идеальный раствор с моляльностью, равной единице), т, е. без учета влияния ионных атмосфер. Электростатическая теория этого влияния была рассмотрена в гл. П1, 10, причем было показано, что она приводит к уравнению Борна [уравнение (109) гл. Ш]. Если в этом уравнении заменить 1п/ (() соответствующим выражением для электродвижущей силы, тогда для 1,1-электролита при 25° получается уравнение [c.321]

    Сущность метода компенсации состоит в том, что электродвижущая сила исследуемого элемента уравновешивается падением напряжения от аккумулятора на части ав реохорда аб. Для питания реохорда к концам его присоединяют аккумулятор 1. Если проволока аб на реохорде совершенно однородна, то на единицу длины проволоки приходится падение напряжения Е /аб. 

[c.288]

    Константы уравнений (19), (22) и (23) были найдены с помощью метода наименьших квадратов из значений приведенных в табл. 107. Основанные на этих данных уравнения для —с численными значениями параметров, а также соответствующие численные уравнения для определения Д7 , ДЯ , ДСр. и Д , полученные из уравнения (19), приведены в табл. 109. Данные, получаемые с помощью трех уравнений, прекрасно совпадают друг с другом. Так, средние величины отклонения расчетных данных от опытных составляют для этих трех уравнений соответственно всего 0,00045, 0,0005 и 0,0005 (в единицах —lg w), а максимальное отклонение составляет 0,0014. Среднее отклонение соответствует ошибке в 0,03 мв, а максимальное — в 0,08 мв, что не превышает воспроизводимости результатов опытов по определению электродвижущих сил. Такой 

[c.458]

    Таким образом, электродвижущая сила источника имеет те же размерность и единицу, что и напряжение  [c.407]

    Рекомендуемые кратные и дольные единицы электродвижущей силы МВ, кВ, мВ, мкВ, нВ.[c.407]

    В качестве стандартного элемента для определения электродвижущих сил гальванических цепей применяется нормальный элемент Вестона. Этот элемент принят по международному соглашению в качестве единицы сравнения электродвижущих сил ввиду того, что он имеет малый температурный коэффициент, пе меняет своей электродвижущей силы во времени и легко и строго воспроизводится. Э. д. с. разных экземпляров, приготовленных по определенному стандарту, отличаются друг от друг не более, чем на одну стотысячную вольта. [c.218]

    Следует заметить, что метод электродвижущих сил приложим для определения коэффициентов активности как сильных, так и слабых неполностью диссоциированных электролитов, у которых константы диссоциации могут быть заметно меньше единицы. Кроме того, работами последних лет показано, что ионы типичных сильных электролитов находятся в равновесии с ионными ассоциатами. Константы этих равновесий могут быть больше или меньше единицы. [c.93]

    Таким образом, в процессе окислительно-восстановительной реакции электроны переносятся от одного из реагирующих веществ к другому. Поток электронов представляет собой электрический ток соответственно перенос электронов можно измерить в электрических единицах. Окислительно-восстановительный потенциал или электродвижущую силу системы (Е) измеряют в вольтах. [c.352]

    Величины pH обычно выражают с точностью до сотых долей едпиицы. С такой точностью можно определить величину pH, измеряя электродвижущие силы с помощью водородного электрода, находящегося в испытуемом растворе, и второго стандартного электрода, потенциал которого известен. Индикаторный метод меиее точен, и им можно определить величины pH с точностью до целых чисел или до десятых долей единицы. Индикаторный метод основан на сравнении окраски индикатора в испытуемом раст1юре с его окраской в растворах с известными величинами pH. [c.12]

    Можно представить себе, что у гальванического элемента существует движущая сила (или электрическое давление ), которая перемещает электроны по- внещней цепи элемента. Эта движущая сила называется электродвижущей силой (сокращенно э.д.с.) элемента э.д.с. измеряется в единицах электрического напряжения (вольтах) и иначе называется напряжением, или потенциалом, гальванического элемента. Один вольт представляет собой э.д.с., необходимую для того, чтобы заряд в 1 кулон приобрел энфгию в 1 Дж  [c.207]

    Таким образом, электродным потеициалом любого неизвестного электрода, опущенного в раствор, содержащий его ионы, принято называть электродвижущую силу элемента, составленного из исследуемого электрода и водородного электрода, находящегося в цормальных условиях. Если все вещества, участвующие в электрохимическом процессе, цротекающем в обратимом элементе,. находятся в нормальных условиях, т. е. их активности. или отношшие их активностей равны едини це, э. д. с. такого элемента равна своему нормальному (стандартному) значению. В соответствии с этим нормальным (стандартным) электродным потенциалом называют потенциал любого электрода, опущенного в раствор, содержащий его ионы, при условии, если активность или отношение активностей ионов, относительно которых электрод является обратимым, равны единице. [c.147]

    НлО+ -1-е-=Н-1-Н20 Если пластинку металла, погруженную в раствор его соли с активностью ионов, равной единице, соединить со стандартным водородным электродом, как показано на рис. 62, то получится гальванический элемент (электрохимическая цепь), электродвижущую силу (ЭДС) которого легко измерить. ЭДС, измеренная при 25 °С, и будет величиной стандартного электродного потенциала металла. Стандартный электродньсй потенциал обычно обозначают Е°. [c.230]

    Свойства соляной кислоты в водных и неводных растворах, а также в смешанных водно-неводных растворителях были исследованы более подробно, чем свойства любого другого электролита, и они могут служить иллюстрацией основных свойств ионных растворов для того случая, когда отсутствуют затруднения, связанные с наличием ионов с зарядом больше единицы. В начале данной главы будет рассмотрен вопрос об определении степени диссоциации этой кислоты в средах с различной диэлектрической постоянной на основании данных об электропроводности. Затем будут подробно описаны свойства соляной кислотц на основании данных об электродвижущей силе элемента [c.311]

    Понятия электродный потенциал и электродвижущие силы будут употребляться вместо напряжение (tension), рекомендованного Интернациональным комитетом электрохимической термодинамики и кинетики ( IT E), так как автор предполагает, что эти термины и концепции более знакомы большинству читателей. Рекомендации IT E суммированы в журнале [3]. Единица [c.12]

    Из прямых методов определения коэффициентов активности чаще всего применяют метод измерения электродвижущих сил цепей без переноса. Таким путем определены коэффициенты активности НС1 во многих неводных растворителях и в их смесях с водой (табл. 11), коэффициенты активности многих галогенидов щелочных металлов (табл. 12). Коэффициенты активности хлористого лития в амилово.м спирте определены, кроме того, на основании коэффициентов распределения. Криоскопический метод широко применялся для определения коэффициентов активности солей в формамиде и в других растворителях, применялся также эбулиосконический метод. Затруднения в применении этих методов в неводных растворах, особенно в растворителях с низкой диэлектрической постоянной, связаны обычно с трудностями в экстраполяции свойств, например электродвижущих сил, к бесконечному разведению. Это объясняется тем, что даже в разведенных растворах коэффициенты активности электролитов значительно меньше единицы. [c.141]

    Вместо реохорда удобно пользоваться ии1бКЦЙОМ ТрОМ, основную часть которого составляет набор сопротивлений, соответствующих сотням, десяткам, и единицам милливольт. Пользуясь им, находят непосредственно электродвижущую силу гальванического элемента, выражаемую в милливольтах. В переносных потенциометрах аккумулятор, нормальный элемент и гальванометр вмонл рованы в один ящик с набором сопротивлений. В стационарных установках они находятся отдельно от собственно потенциометра и подключаются к нему только на время работы. Эта установка, разумеется, более точная, чем переносной потенциометр. [c.34]


ЭДС

Разность потенциалов и электродвижущая сила

Тело можно наэлектризовать (т. е. прибавить к нему некоторое количество электронов или отнять их), тогда оно станет обладать  электрическим потенциалом или просто потенциалом тела. В результате, тело, заряженное положительно, станет обладать положительным потенциалом, а тело, заряженное отрицательно, — отрицательным потенциалом.

Разность уровней электрических зарядов двух тел принято называть разностью электрических потенциалов или просто разностью потенциалов. Следует иметь в виду, что если два одинаковых тела заряжены одноименными зарядами, но одно больше, чем другое, то между ними также будет существовать разность потенциалов. Кроме того, разность потенциалов существует между двумя такими телами, одно из которых заряжено, а другое не имеет заряда. Итак, если два тела заряжены таким образом, что потенциалы их неодинаковы, между ними неизбежно существует разность потенциалов.

Говоря о разности потенциалов, мы имеем в виду два заряженных тела, однако разность потенциалов можно получить и между различными частями (точками) одного и того же тела. Так, например, приложим внешнюю силу к  куску медной проволоки,  под действием которой свободные электроны, находящиеся в проволоке, переместятся к одному ее концу. Очевидно, на другом конце проволоки получится недостаток электронов, и тогда между концами проволоки возникнет разность потенциалов. Стоит нам прекратить действие внешней силы, как электроны тотчас же, в силу притяжения разноименных зарядов, устремятся к концу проволоки, заряженному положительно, т. е. к месту, где их недостает, и в проволоке вновь наступит электрическое равновесие.

Для поддержания электрического тока в проводнике необходим внешний источник энергии, который все время поддерживал бы разность потенциалов на концах этого проводника. Протекание электрического тока сопровождается непрерывным расходованием энергии на преодоление сопротивления. Эту энергию доставляет источник электрической энергии, в котором происходит процесс преобразования механической, химической, тепловой или других видов энергии в электрическую. Способность источника электрической энергии создавать и поддерживать на своих зажимах определенную разность потенциалов называется электродвижущей силой, сокращенно э. д. с.

Численно электродвижущая сила измеряется работой, совершаемой источником электрической энергии при переносе единичного положительного заряда по всей замкнутой цепи. Если источник энергии, совершая работу A, обеспечивает перенос по всей замкнутой цепи заряда q, то его электродвижущая сила (Е) будет равна

E=A/q

За единицу измерения электродвижущей силы в системе СИ принимается вольт (в). Источник электрической энергии обладает эдс в 1 вольт, если при перемещении по всей замкнутой цепи заряда в 1 кулон совершается работа, равная 1 джоулю. Физическая природа электродвижущих сил в разных источниках весьма различна.

Самоиндукция — возникновение ЭДС индукции  в замкнутом проводящем контуре при изменении тока, протекающего по контуру. 

  

При изменении тока I в контуре пропорционально меняется и магнитный поток B через поверхность, ограниченную этим контуром. Изменение этого магнитного потока, в силу закона электромагнитной индукции, приводит к возбуждению в этом контуре индуктивной ЭДС E. Это явление и называется самоиндукцией. 

Понятие родственно понятию взаимоиндукции, являясь его частным случаем.

 

Источники:  

http://electricalschool.info/main/osnovy/390-pro-raznost-potencialov.html

http://jamshyt.ru/wnopa/f/?p=21

 http://ru.wikipedia.org/

Какая единица служит для измерения эдс индукции

ЭДС. 2*R-теряемая мощность. Для того что бы цепь функционировала необходимо соблюдать баланс мощности в эл.цепи.

12.Закон Ома для участка цепи.

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого проводника и обратно пропорциональна его сопротивлению:
I = U / R; [A = В / Ом]

13.Закон Ома для полной цепи.

Сила тока в цепи пропорциональна действующей в цепи ЭДС и обратно пропорциональна сумме сопротивлений цепи и внутреннего сопротивления источника.

— ЭДС источника напряжения(В), — сила тока в цепи (А), — сопротивление всех внешних элементов цепи(Ом), — внутреннее сопротивление источника напряжения(Ом) .1)E=I(R+r)? 2)R+r=E/I

14.Последовательное, параллельное соединение резисторов, эквивалентное сопротивление. Распределение токов и напряжения.

При последовательном соединении нескольких резисторов конец первого резисторасоединяют с началом второго, конец второго — с началом третьего и т. д. При таком соединении по всем элементам последовательной цепи проходит
один и тот же ток I.

Uэ=U1+U2+U3. Следовательно, напряжение U на зажимах источника равно сумме напряжений на каждом из последовательно включенных резисторов.

Rэ=R1+R2+R3, Iэ=I1=I2=I3, Uэ=U1+U2+U3.

При последовательном соединении сопротивление цепи увеличивается.

Параллельное соединение резисторов. Параллельным соединением сопротивлений называется такое соединение, при котором к одному зажиму источника подключаются начала сопротивлений, а к другому зажиму – концы.

Общее сопротивление параллельно включенных сопротивлений определяется по формуле

Общее сопротивление параллельно включенных сопротивлений всегда меньше наименьшего сопротивления, входящего в данное соединение.

при параллельном соединении сопротивлений напряжения на них равны между собой. Uэ=U1=U2=U3 В цепи притекает ток I, а токи I1, I2, I3 утекают из нее. Так как движущиеся электрические заряды не скапливаются в точке, то очевидно, что суммарный заряд, притекающий к точке разветвления, равен суммарному заряду утекающему от нее:Iэ=I1+I2+I3 Следовательно, третье свойство параллельного соединения может сформулирована так: Величина тока в не разветвленной части цепи равна сумме токов в параллельных ветвях. Для двух парал.резисторов:

Причиной электродвижущей силы может стать изменение магнитного поля в окружающем пространстве. Это явление называетсяэлектромагнитной индукцией. Величина ЭДС индукции в контуре определяется выражением

где — поток магнитного поля через замкнутую поверхность , ограниченную контуром. Знак «−» перед выражением показывает, что индукционный ток, созданный ЭДС индукции, препятствует изменению магнитного потока в контуре (см. правило Ленца).

41. Индуктивность, ее единица СИ. Индуктивность длинного соленоида.

Индукти́вность (или коэффициент самоиндукции) — коэффициент пропорциональности между электрическим током, текущим в каком-либо замкнутом контуре, и магнитным потоком, создаваемым этим током через поверхность [1] , краем которой является этот контур. [2][3][4] .

— магнитный поток, — ток в контуре, — индуктивность.

Нередко говорят об индуктивности прямого длинного провода(см.). В этом случае и других (особенно – в не отвечающих квазистационарному приближению) случаях, когда замкнутый контур непросто адекватно и однозначно указать, приведенное выше определение требует особых уточнений; отчасти полезным для этого оказывается подход (упоминаемый ниже), связывающий индуктивность с энергией магнитного поля.

Через индуктивность выражается ЭДС самоиндукции в контуре, возникающая при изменении в нём тока [4] :

.

Из этой формулы следует, что индуктивность численно равна ЭДС самоиндукции, возникающей в контуре при изменении силы тока на 1 А за 1 с.

При заданной силе тока индуктивность определяет энергию магнитного поля, создаваемого этим током [4] :

.

Обозначение и единицы измерения

В системе единиц СИ индуктивность измеряется в генри [7] , сокращенно Гн, в системе СГС — в сантиметрах (1 Гн = 10 9 см) [4] . Контур обладает индуктивностью в один генри, если при изменении тока на один ампер в секунду на выводах контура будет возникать напряжение в один вольт. Реальный, не сверхпроводящий, контур обладает омическим сопротивлением R, поэтому на нём будет дополнительно возникать напряжение U=I*R, где I — сила тока, протекающего по контуру в данное мгновение времени.

Символ , используемый для обозначения индуктивности, был взят в честь Ленца Эмилия Христиановича (Heinrich Friedrich Emil Lenz) [ источник не указан 1017 дней ] . Единица измерения индуктивности названа в честь Джозефа Генри (Joseph Henry) [8] . Сам термин индуктивность был предложен Оливером Хевисайдом (Oliver Heaviside) в феврале 1886 года [ источник не указан 1017 дней ] .

Электрический ток, который течет в замкнутом контуре, создает вокруг себя магнитное поле, индукция которого, согласно закону Био-Савара-Лапласа, пропорциональна току. Сцепленный с контуром магнитный поток Ф поэтому прямо пропорционален току I в контуре: (1) где коэффициент пропорциональности L называетсяиндуктивностью контура. При изменении в контуре силы тока будет также изменяться и сцепленный с ним магнитный поток; значит, в контуре будет индуцироваться э.д.с. Возникновение э.д.с. индукции в проводящем контуре при изменении в нем силы тока называетсясамоиндукцией. Из выражения (1) задается единица индуктивности генри (Гн): 1 Гн — индуктивность контура, магнитный поток самоиндукции которого при токе в 1 А равен 1 Вб: 1 Гн = 1 Вб/с = 1 В

Вычислим индуктивность бесконечно длинного соленоида. Полный магнитный поток сквозь соленоид (потокосцепление) равен μμ(N 2 I/l)S . Подставив в (1), найдем (2) т. е. индуктивность соленоида зависит от длиныl солениода, числа его витков N, его , площади S и магнитной проницаемости μ вещества, из которого изготовлен сердечник соленоида. Доказано, что индуктивность контура зависит в общем случае только от геометрической формы контура, его размеров и магнитной проницаемости среды, в которой он расположен, и можно провести аналог индуктивности контура с электрической емкостью уединенного проводника, которая также зависит только от формы проводника, его размеров и диэлектрической проницаемости среды. Найдем, применяя к явлению самоиндукции закон Фарадея, что э.д.с. самоиндукции равна Если контур не претерпевает деформаций и магнитная проницаемость среды остается неизменной (в дальнейшем будет показано, что последнее условие выполняется не всегда), то L = const и(3) где знак минус, определяемый правилом Ленца, говорит о том, чтоналичие индуктивности в контуре приводит к замедлению изменения тока в нем. Если ток со временем увеличивается, то (dI/dt 0 т. е. ток самоиндукции направлен навстречу току, обусловленному внешним источником, и замедляет его увеличение. Если ток со временем уменьшается, то (dI/dt>0) и ξs >1), обладающей боль­шой индуктивностью, э.д.с. самоиндукции может во много раз превышать э.д.с. источника тока, включенного в цепь. Таким образом, необходимо учитывать, что контур, содержащий индуктивность, нельзя резко размыкать, так как это (возникнове­ние значительных э.д.с. самоиндукции) может привести к пробою изоляции и выводу из строя измерительных приборов. Если в контур сопротивление вводить постепенно, то э.д.с. самоиндукции не достигнет больших значений.

43. Явление взаимной индукции. Трансформатор.

Рассмотрим два неподвижных контура (1 и 2), которые расположены достаточно близко друг от друга (рис. 1). Если в контуре 1 протекает ток I1, то магнитный поток, который создавается этим током (поле, создающее этот поток, на рисунке изображено сплошными линиями), прямо пропорционален I1. Обозначим через Ф21 часть потока,пронизывающая контур 2. Тогда (1) где L21 — коэффициент пропорциональности.

Если ток I1 меняет свое значение, то в контуре 2 индуцируется э.д.с. ξi2 , которая по закону Фарадея будет равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока Ф21, который создается током в первом контуре и пронизыващет второй: Аналогичным образом, при протекании в контуре 2 тока I2 магнитный поток (его поле изображено на рис. 1 штрихами) пронизывает первый контур. Если Ф12 — часть этого потока, который пронизывает контур 1, то Если ток I2 меняет свое значение, то в контуре 1 индуцируется э.д.с. ξi1 , которая равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока Ф12, который создается током во втором контуре и пронизывает первый: Явление возникновения э.д.с. в одном из контуров при изменении силы тока в другом называется взаимной индукцией. Коэффициенты пропорциональности L21 и L12 называются взаимной индуктивностью контуров. Расчеты, которые подтверждены опытом, показывают, что L21 и L12 равны друг другу, т. е. (2) Коэффициенты пропорциональности L12 и L21 зависят от размеров, геометрической формы, взаимного расположения контуров и от магнитной проницаемости среды, окружающей контуры. Единица взаимной индуктивности та же, что и для индуктивности, — генри (Гн). Найдем взаимную индуктивность двух катушек, которые намотаны на общий тороидальный сердечник. Этот случай имеет большое практическое значение (рис. 2). Магнитная индукция поля, которое создавается первой катушкой с числом витков N1, током I1 и магнитной проницаемостью μ сердечника, B = μμ(N1I1/l) где l — длина сердечника по средней линии. Магнитный поток сквозь один виток второй катушки Ф2 = BS = μμ(N1I1/l)S

Значит, полный магнитный поток (потокосцепление) сквозь вторичную обмотку, которая содержит N2 витков, Поток Ψ создается током I1, поэтому, используя (1), найдем (3) Если рассчитать магнитный поток, который создавается катушкой 2 сквозь катушку 1, то для L12 получим выражение в соответствии с формулой (3). Значит, взаимная индуктивность двух катушек, которые намотаны на общий тороидальный сердечник,

Трансформа́тор (от лат. transformo — преобразовывать) — это статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмоток на каком-либо магнитопроводе и предназначенное для преобразования посредствомэлектромагнитной индукции одной или нескольких систем (напряжений) переменного тока в одну или несколько других систем (напряжений) переменного тока без изменения частоты системы (напряжения) переменного тока

В материале разберемся в понятии ЭДС индукции в ситуациях ее возникновения. Также рассмотрим индуктивность в качестве ключевого параметра возникновения магнитного потока при появлении электрического поля в проводнике.

Электромагнитная индукция представляет собой генерирование электрического тока магнитными полями, которые изменяются во времени. Благодаря открытиям Фарадея и Ленца закономерности были сформулированы в законы, что ввело симметрию в понимание электромагнитных потоков. Теория Максвелла собрала воедино знания об электрическом токе и магнитных потоках. Благодаря открытия Герца человечество узнало о телекоммуникациях.

Магнитный поток

Вокруг проводника с электротоком появляется электромагнитное поле, однако параллельно возникает также обратное явление – электромагнитная индукция. Рассмотрим магнитный поток на примере: если рамку из проводника поместить в электрическое поле с индукцией и перемещать ее сверху вниз по магнитным силовым линиям или вправо-влево перпендикулярно им, тогда магнитный поток, проходящий через рамку, будет постоянной величиной.

При вращении рамки вокруг своей оси, тогда через некоторое время магнитный поток изменится на определенную величину. В результате в рамке возникает ЭДС индукции и появится электрический ток, который называется индукционным.

ЭДС индукции

Разберемся детально, что такое понятие ЭДС индукции. При помещении в магнитное поле проводника и его движении с пересечением силовых линий поля, в проводнике появляется электродвижущая сила под названием ЭДС индукции. Также она возникает, если проводник остается в неподвижном состоянии, а магнитное поле перемещается и пересекается с проводником силовыми линиями.

Когда проводник, где происходит возникновение ЭДС, замыкается на вешнюю цепь, благодаря наличию данной ЭДС по цепи начинает протекать индукционный ток. Электромагнитная индукция предполагает явление индуктирования ЭДС в проводнике в момент его пересечения силовыми линиями магнитного поля.

Электромагнитная индукция являет собой обратный процесс трансформации механической энергии в электроток. Данное понятие и его закономерности широко используются в электротехнике, большинство электромашин основывается на данном явлении.

Законы Фарадея и Ленца

Законы Фарадея и Ленца отображают закономерности возникновения электромагнитной индукции.

Фарадей выявил, что магнитные эффекты появляются в результате изменения магнитного потока во времени. В момент пересечения проводника переменным магнитным током, в нем возникает электродвижущая сила, которая приводит к возникновению электрического тока. Генерировать ток может как постоянный магнит, так и электромагнит.

Ученый определил, что интенсивность тока возрастает при быстром изменении количества силовых линий, которые пересекают контур. То есть ЭДС электромагнитной индукции пребывает в прямой зависимости от скорости магнитного потока.

Согласно закону Фарадея, формулы ЭДС индукции определяются следующим образом:

Знак «минус» указывает на взаимосвязь между полярностью индуцированной ЭДС, направлением потока и изменяющейся скоростью.

Согласно закону Ленца, можно охарактеризовать электродвижущую силу в зависимости от ее направленности. Любое изменение магнитного потока в катушке приводит к появлению ЭДС индукции, причем при быстром изменении наблюдается возрастающая ЭДС.

Если катушка, где есть ЭДС индукции, имеет замыкание на внешнюю цепь, тогда по ней течет индукционный ток, вследствие чего вокруг проводника появляется магнитное поле и катушка приобретает свойства соленоида. В результате вокруг катушки формируется свое магнитное поле.

Э.Х. Ленц установил закономерность, согласно которой определяется направление индукционного тока в катушке и ЭДС индукции. Закон гласит, что ЭДС индукции в катушке при изменении магнитного потока формирует в катушке ток направления, при котором данный магнитный поток катушки дает возможность избежать изменения постороннего магнитного потока.

Закон Ленца применяется для всех ситуаций индуктирования электротока в проводниках, вне зависимости от их конфигурации и метода изменения внешнего магнитного поля.

Движение провода в магнитном поле

Значение индуктированной ЭДС определяется в зависимости от длины проводника, пересекаемого силовыми линиями поля. При большем количестве силовых линий возрастает величина индуктируемой ЭДС. При увеличении магнитного поля и индукции, большее значение ЭДС возникает в проводнике. Таким образом, значение ЭДС индукции в движущемся в магнитном поле проводнике находится в прямой зависимости от индукции магнитного поля, длины проводника и скорости его движения.

Данная зависимость отражена в формуле Е = Blv, где Е — ЭДС индукции; В — значение магнитной индукции; I — длина проводника; v —скорость его перемещения.

Отметим, что в проводнике, который движется в магнитном поле, ЭДС индукции появляется, только когда он пересекает силовые линии магнитного поля. Если проводник движется по силовым линиям, тогда ЭДС не индуктируется. По этой причине формула применяется только в случаях, когда движением проводника направлено перпендикулярно силовым линиям.

Направление индуктированной ЭДС и электротока в проводнике определяется направлением движения самого проводника. Для выявления направления разработано правило правой руки. Если держать ладонь правой руки таким образом, чтобы в ее направлении входили силовые линии поля, а большой палец указывает направление движения проводника, тогда остальные четыре пальца показывают направление индуктированной ЭДС и направление электротока в проводнике.

Вращающаяся катушка

Функционирование генератора электротока основывается на вращении катушки в магнитном потоке, где имеется определенное количество витков. ЭДС индуцируется в электрической цепи всегда при пересечении ее магнитным потоком, на основании формулы магнитного потока Ф = B x S х cos α (магнитная индукция, умноженная на площадь поверхности, через которую проходит магнитный поток, и косинус угла, сформированный вектором направления и перпендикулярной плоскости линии).

Согласно формуле, на Ф воздействуют изменения в ситуациях:

  • при изменении магнитного потока меняется вектор направления;
  • изменяется площадь, заключенная в контур;
  • меняется угол.

Допускается индуцирование ЭДС при неподвижном магните или неизменном токе, а просто при вращении катушки вокруг своей оси в пределах магнитного поля. В данном случае магнитный поток изменяется при смене значения угла. Катушка в процессе вращения пересекает силовые линии магнитного потока, в итоге появляется ЭДС. При равномерном вращении возникает периодическое изменение магнитного потока. Также число силовых линий, которые пересекаются ежесекундно, становится равным значениям через равные временные промежутки.

На практике в генераторах переменного электротока катушка остается в неподвижном состоянии, а электромагнит выполняет вращения вокруг нее.

ЭДС самоиндукции

При прохождении через катушку переменного электротока генерируется переменное магнитное поле, которое характеризуется меняющимся магнитным потоком, индуцирующим ЭДС. Данное явление называется самоиндукцией.

В силу того, что магнитный поток пропорционален интенсивности электротока, тогда формула ЭДС самоиндукции выглядит таким образом:

Ф = L x I, где L – индуктивность, которая измеряется в Гн. Ее величина определяется числом витков на единицу длины и величиной их поперечного сечения.

Взаимоиндукция

При расположении двух катушек рядом в них наблюдается ЭДС взаимоиндукции, которая определяется конфигурацией двух схем и их взаимной ориентацией. При возрастании разделения цепей значение взаимоиндуктивности уменьшается, поскольку наблюдается уменьшение общего для двух катушек магнитного потока.

Рассмотрим детально процесс возникновения взаимоиндукции. Есть две катушки, по проводу одной с N1 витков течет ток I1, которым создается магнитный поток и идет через вторую катушку с N2 числом витков.

Значение взаимоиндуктивности второй катушки в отношении первой:

М21 = (N2 x F21)/I1.

Значение магнитного потока:

Ф21 = (М21/N2) x I1.

Индуцированная ЭДС вычисляется по формуле:

Е2 = — N2 x dФ21/dt = — M21x dI1/dt.

В первой катушке значение индуцируемой ЭДС:

Е1 = — M12 x dI2/dt.

Важно отметить, что электродвижущая сила, спровоцированная взаимоиндукцией в одной из катушек, в любом случае прямо пропорциональна изменению электрического тока в другой катушке.

Тогда взаимоиндуктивность считается равной:

Вследствие этого , E1 = — M x dI2/dt и E2 = M x dI1/dt. М = К √ (L1 x L2), где К является коэффициентом связи между двумя значениями инжуктивности.

Взаимоиндукция широко используется в трансформаторах, которые дают возможность менять значения переменного электротока. Прибор представляет собой пару катушек, которые намотаны на общий сердечник. Ток в первой катушке формирует изменяющийся магнитный поток в магнитопроводе и ток во второй катушке. При меньшем числе витков в первой катушке, чем во второй, возрастает напряжение, и соответственно при большем количестве витков в первой обмотке напряжение снижается.

Помимо генерирования и трансформации электрической энергии, явление магнитной индукции используется в прочих приборах. К примеру, в магнитных левитационных поездах, движущихся без непосредственного контакта с током в рельсах, а на пару сантиметров выше по причине электромагнитного отталкивания.

что это такое, единица измерения в СИ, формула ЭДС

Что такое электродвижущая сила — определение, физический смысл

Определение

Электродвижущая сила (ЭДС) — физическая величина, описывающая работу любых сил, которые действуют в квазистационарных цепях постоянного или переменного тока, за исключением диссипативных и электростатических сил.

Для определения силы тока Георг Симон Ом использовал принцип крутильных весов Кулона. На длинной тонкой нити подвешено горизонтальное коромысло с заряженным шариком на конце. Второй заряд закреплен на cпицe, пропущенной сквозь крышку весов. При их взаимодействии коромысло поворачивается. Вращение головки в верхней части весов закручивало нить, возвращая коромысло в исходное состояние. По углу закручивания можно рассчитать силу взаимодействия зарядов в зависимости от расстояния между ними.

Ом по величине угла закрутки судил о силе тока I в проводнике, т. е. количестве электричества, перенесенном через поперечное сечение проводника за единицу времени. В качестве основной характеристики источника тока Ом брал величину напряжения \varepsilon на электродах гальванического элемента при разомкнутой цепи. Эту величину \(\varepsilon\) он назвал электродвижущей силой, сокращенно ЭДС.

В чем измеряется в системе СИ, как обозначается на схеме

Электродвижущая сила в системе СИ измеряется в вольтах.

На схеме обозначение источника тока с ЭДС — две линии с плюсом и минусом, иногда круг.

   

Природа ЭДС, какими причинами порождается

Определение

Термопара — проволоки из разнородных металлов, соединенные концами.

Изучая термопары, немецкий физик Томас Иоганн Зеебек обнаружил в 1821 году следующую закономерность: когда точки соединения имеют разную температуру, в цепи возникает электродвижущая сила. Это явление назвали термоэлектрическим эффектом Зеебека. Величина такой электродвижущей силы зависит от температуры и неодинакова для разных пар металлов. Наиболее точных измерений Ом добился в 1826 году, использовав термопару из меди и висмута.

Внутри источника ЭДС электрический ток течет не от «плюса» к «минусу», а в противоположном направлении. Чтобы заставить ток двигаться в направлении, противоположном электростатической силе, которая воздействует на положительные заряды, необходимо приложить стороннюю силу: силу Лоренца, силу электрохимической природы, центробежную силу и т. п. Диссипативные силы не могут двигать электрические заряды против направления электростатической силы, поэтому к сторонним силам в данном случае не относятся.

По какой формуле определяется электродвижущая сила

В первых опытах Ом подключал к источнику тока проводники из разных материалов — серебра, меди, золота, — но одинакового сечения. Изменяя их длину l, Ом добивался, чтобы получалась одна и та же сила тока I. Обобщив результаты измерений, он вывел отношение:

\(I\;=\;\frac\varepsilon{R_i\;+\;R(l)}\)

Здесь \(R_i\) — некоторая постоянная, характеризующая внутреннее сопротивление гальванического элемента, а \(R(l)\) — величина, названная Омом сопротивлением проводника; она оказалась пропорциональна его длине, т. е. \(\;R(l)\;\sim\;l.\)

Из этой формулы следует, что найти электродвижущую силу можно, перемножив силу тока и полное сопротивление всей цепи:

\(\varepsilon\;=\;I\;\times\;R_i\;+\;I\;\times\;R(l)\)

Разность потенциалов на концах участка цепи равна падению напряжения на нем. Если в цепь включен источник тока, то ЭДС прибавляется к величине разности потенциалов или вычитается из нее в зависимости от полярности подключения. Когда на участке АВ имеется источник тока с ЭДС \(\varepsilon\), разность потенциалов изменяется на величину \(\triangle U\;=\;\pm\;\varepsilon.\)

Знак выбирается в зависимости от полярности включения источника: по току или против него. Закон Ома в этом случае принимает вид:

\(\varphi_А\;-\;\varphi_В\;\pm\;\varepsilon\;=\;IR\)

При последовательном соединении источников полная электродвижущая сила цепи будет равняться сумме ЭДС отдельных источников. При параллельном соединении только источник с самой большой ЭДС будет источником, остальные окажутся потребителями.

Чему равна электродвижущая сила источника тока

ЭДС источника тока — это работа сторонних сил, нужная для перемещения единичного положительного заряда внутри источника от одного полюса к другому. Эту работу нельзя выразить через разность потенциалов, так как сторонние силы не имеют потенциала, их работа зависит от траектории.

Пример

При перемещении заряда между клеммами источника вне самого источника работа сторонних сил окажется нулевой.

единица измерения эдс индукции какая?

Что электрический ток делает с проводником?

груз весом 600 ньютонов поднимают на высоту 2 м по наклонной плоскости длиной 10 м прикладывая силу f =150 ньютонов найти кпд наклонной плоскости

Помогите развернуть цепь,ибо не уверенна.

помогита очень срочно даю 30 балов!!!!!!!!!!!!!! Вопрос №1 ? 1 балл Из какого вещества должен быть изготовлен ​​шарик, чтобы он тонул в глицерине? па … рафин лед дуб (сухой) мел Вопрос №2 ? 1 балл В какой жидкости будет плавать кусок олова? спирт вода жидкое олово ртуть Вопрос №3 ? 4 балла Льдина, имеющая форму призмы, плавает в воде, высовываясь наружу на 2 см. Какова масса льдины, если площадь ее основания равна 2000 см2? Плотность льда – 920 кг/м3 22 кг 46 кг 37 кг 13 кг Вопрос №4 ? 3 балла Какую силу надо приложить, чтобы поднять под водой камень массой 30 кг, объем которого 0,012 м3, g=10 Н/кг. В поле «Ответ» необходимо вписать значение в виде числа, без единиц измерения, градусов и тому подобное. Если ответ необходимо записать в виде десятичной дроби, то целую и дробную часть необходимо отделять запятой. Например: 15,5. Если в ответе получено отрицательное число, то в поле «Ответ» следует поставить «-», а после него, без пробелов, полученное значение. Например: -15. Ответ Вопрос №5 ? 3 балла Мальчик, масса тела которого 40 кг, держится на воде. Та часть тела, которая находится над поверхностью воды, имеет объем 2 дм3. Определите объем всего тела мальчика в м3, g=10 Н/кг. В поле «Ответ» необходимо вписать значение в виде числа, без единиц измерения, градусов и тому подобное. Если ответ необходимо записать в виде десятичной дроби, то целую и дробную часть необходимо отделять запятой. Например: 15,5. Если в ответе получено отрицательное число, то в поле «Ответ» следует поставить «-», а после него, без пробелов, полученное значение. Например: -15. Ответ

Снаряд, випущений з гармати під кутом 45º до горизонту, впав на відстані 50 км від гармати. З якою швидкістю вилетів снаряд?

СРОЧНО! ПОМОГИТЕ! Струмінь води витікає із шланга під кутом 30º до горизонту з швидкістю 10 м/с. На якій відстані здійснюється поливання ?

СРОЧНО!!ПОМОГИТЕ! Струмінь води витікає із шланга під кутом 30º до горизонту з швидкістю 10 м/с. На якій відстані здійснюється поливання?

ПОМОГИТЕ ПРОШУ СРОЧНО! Сигнальна ракета вилетіла з ракетниці під кутом 45°до горизонту з початковою швидкістю 100м/с. Знайти найбільшу висоту і час пі … дйому ракети​

який тиск створює лопата массою 2кг при копанні ,якщо до неї прикладається сила 300Н? довжина леза лопати 20см ,товщина 0,3мм

знайти тиск на підлогу кленового стільчика з 3 циліндричними ніжками, діаметр ніжки 3 см, висота 20 см. діаметр круглої кришки 25см, товщина 2 см. гус … тина деревени 0,71г/см3. знайти тиск на підлогу стільчика з дитиною масою 20кг????????

Основные единицы системы СИ — Тихоокеанский государственный университет

Метрическая система — это общее название международной десятичной системы единиц, основными единицами которой являются метр и килограмм. При некоторых различиях в деталях элементы системы одинаковы во всем мире.

Эталоны длины и массы, международные прототипы. Международные прототипы эталонов длины и массы — метра и килограмма — были переданы на хранение Международному бюро мер и весов, расположенному в Севре — пригороде Парижа. Эталон метра представлял собой линейку из сплава платины с 10% иридия, поперечному сечению которой для повышения изгибной жесткости при минимальном объеме металла была придана особая X-образная форма. В канавке такой линейки была продольная плоская поверхность, и метр определялся как расстояние между центрами двух штрихов, нанесенных поперек линейки на ее концах, при температуре эталона, равной 0° С. За международный прототип килограмма была принята масса цилиндра, сделанного из того же платино-иридиевого сплава, что и эталон метра, высотой и диаметром около 3,9 см. Вес этой эталонной массы, равной 1 кг на уровне моря на географической широте 45°, иногда называют килограмм-силой. Таким образом, ее можно использовать либо как эталон массы для абсолютной системы единиц, либо как эталон силы для технической системы единиц, в которой одной из основных единиц является единица силы.

Международная система СИ. Международная система единиц (СИ) представляет собой согласованную систему, в которой для любой физической величины, такой, как длина, время или сила, предусматривается одна и только одна единица измерения. Некоторым из единиц даны особые названия, примером может служить единица давления паскаль, тогда как названия других образуются из названий тех единиц, от которых они произведены, например единица скорости — метр в секунду. Основные единицы вместе с двумя дополнительными геометрического характера представлены в табл. 1. Производные единицы, для которых приняты особые названия, даны в табл. 2. Из всех производных механических единиц наиболее важное значение имеют единица силы ньютон, единица энергии джоуль и единица мощности ватт. Ньютон определяется как сила, которая придает массе в один килограмм ускорение, равное одному метру за секунду в квадрате. Джоуль равен работе, которая совершается, когда точка приложения силы, равной одному ньютону, перемещается на расстояние один метр в направлении действия силы. Ватт — это мощность, при которой работа в один джоуль совершается за одну секунду. Об электрических и других производных единицах будет сказано ниже. Официальные определения основных и дополнительных единиц таковы.

Метр — это длина пути, проходимого в вакууме светом за 1/299 792 458 долю секунды.

Килограмм равен массе международного прототипа килограмма.

Секунда — продолжительность 9 192 631 770 периодов колебаний излучения, соответствующего переходам между двумя уровнями сверхтонкой структуры основного состояния атома цезия-133.

Кельвин равен 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды.

Моль равен количеству вещества, в составе которого содержится столько же структурных элементов, сколько атомов в изотопе углерода-12 массой 0,012 кг.

Радиан — плоский угол между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу.

Стерадиан равен телесному углу с вершиной в центре сферы, вырезающему на ее поверхности площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы.

Таблица 1. Основные единицы СИ
Величина Единица Обозначение
Наименование русское международное
Длина метр м m
Масса килограмм кг kg
Время секунда с s
Сила электрического тока ампер А A
Термодинамическая температура кельвин К K
Сила света кандела кд cd
Количество вещества моль моль mol
Дополнительные единицы СИ
Величина Единица Обозначение
Наименование русское международное
Плоский угол радиан рад rad
Телесный угол стерадиан ср sr
Таблица 2. Производные единицы СИ, имеющие собственные наименования
Величина Единица

Выражение производной единицы

Наименование Обозначение через другие единицы СИ через основные и дополнительные единицы СИ
Частота герц Гц с-1
Сила ньютон Н м кг с-2
Давление паскаль Па Н/м2 м-1 кг с-2
Энергия, работа, количество теплоты  джоуль Дж Н м  мкг с-2 
Мощность, поток энергии  ватт   Вт  Дж/с мкг с-3 
Количество электричества, электрический заряд  кулон  Кл   А с с А 
Электрическое напряжение, электрическийпотенциал  вольт  В  Вт/А  мкгс-3 А-1 
Электрическая емкость  фарада  Ф   Кл/В м-2 кг-1 сА2 
Электрическое сопротивление  ом  Ом  В/А  мкг с-3 А-2 
Электрическая проводимость   сименс  См  А/В м-2 кг-1 с3 А2 
Поток магнитной индукции  вебер  Вб   В с м2 кг с-2 А-1 
Магнитная индукция  тесла   Т, Тл Вб/м2  кг с-2 А-1 
Индуктивность  генри  Г, Гн   Вб/А м2 кг с-2 А-2 
Световой поток  люмен   лм   кд ср 
Освещенность  люкс  лк    м2 кд ср 
Активность радиоактивного источника  беккерель  Бк  с-1   с-1
Поглощенная доза излучения  грэй  Гр  Дж/кг   м2 с-2

Для образования десятичных кратных и дольных единиц предписывается ряд приставок и множителей, указываемых в табл. 3.

Таблица 3. Приставки и множители десятичных кратных и дольных единиц международной системы СИ
 экса  Э  1018  деци  д 10-1 
 пета  П  1015  санти  с  10-2
 тера  Т  1012  милли  м  10-3
 гига  Г  109 микро   мк  10-6
 мега  М  106 нано   н  10-9
 кило  к  103 пико   п  10-12
 гекто  г  102 фемто   ф  10-15
 дека  да  101 атто   а  10-18

Таким образом, километр (км) — это 1000 м, а миллиметр — 0,001 м. (Эти приставки применимы ко всем единицам, как, например, в киловаттах, миллиамперах и т.д.)

Масса, длина и время. Все основные единицы системы СИ, кроме килограмма, в настоящее время определяются через физические константы или явления, которые считаются неизменными и с высокой точностью воспроизводимыми. Что же касается килограмма, то еще не найден способ его реализации с той степенью воспроизводимости, которая достигается в процедурах сравнения различных эталонов массы с международным прототипом килограмма. Такое сравнение можно проводить путем взвешивания на пружинных весах, погрешность которых не превышает 1 10-8. Эталоны кратных и дольных единиц для килограмма устанавливаются комбинированным взвешиванием на весах.

Поскольку метр определяется через скорость света, его можно воспроизводить независимо в любой хорошо оборудованной лаборатории. Так, интерференционным методом штриховые и концевые меры длины, которыми пользуются в мастерских и лабораториях, можно проверять, проводя сравнение непосредственно с длиной волны света. Погрешность при таких методах в оптимальных условиях не превышает одной миллиардной (1 10-9). С развитием лазерной техники подобные измерения весьма упростились, и их диапазон существенно расширился.

Точно так же секунда в соответствии с ее современным определением может быть независимо реализована в компетентной лаборатории на установке с атомным пучком. Атомы пучка возбуждаются высокочастотным генератором, настроенным на атомную частоту, и электронная схема измеряет время, считая периоды колебаний в цепи генератора. Такие измерения можно проводить с точностью порядка 1 10-12 — гораздо более высокой, чем это было возможно при прежних определениях секунды, основанных на вращении Земли и ее обращении вокруг Солнца. Время и его обратная величина — частота — уникальны в том отношении, что их эталоны можно передавать по радио. Благодаря этому всякий, у кого имеется соответствующее радиоприемное оборудование, может принимать сигналы точного времени и эталонной частоты, почти не отличающиеся по точности от передаваемых в эфир.

Механика. Исходя из единиц длины, массы и времени, можно вывести все единицы, применяемые в механике, как было показано выше. Если основными единицами являются метр, килограмм и секунда, то система называется системой единиц МКС; если — сантиметр, грамм и секунда, то — системой единиц СГС. Единица силы в системе СГС называется диной, а единица работы — эргом. Некоторые единицы получают особые названия, когда они используются в особых разделах науки. Например, при измерении напряженности гравитационного поля единица ускорения в системе СГС называется галом. Имеется ряд единиц с особыми названиями, не входящих ни в одну из указанных систем единиц. Бар, единица давления, применявшаяся ранее в метеорологии, равен 1 000 000 дин/см2. Лошадиная сила, устаревшая единица мощности, все еще применяемая в британской технической системе единиц, а также в России, равна приблизительно 746 Вт.

Температура и теплота. Механические единицы не позволяют решать все научные и технические задачи без привлечения каких-либо других соотношений. Хотя работа, совершаемая при перемещении массы против действия силы, и кинетическая энергия некой массы по своему характеру эквивалентны тепловой энергии вещества, удобнее рассматривать температуру и теплоту как отдельные величины, не зависящие от механических.

Термодинамическая шкала температуры. Единица термодинамической температуры Кельвина (К), называемая кельвином, определяется тройной точкой воды, т.е. температурой, при которой вода находится в равновесии со льдом и паром. Эта температура принята равной 273,16 К, чем и определяется термодинамическая шкала температуры. Данная шкала, предложенная Кельвином, основана на втором начале термодинамики. Если имеются два тепловых резервуара с постоянной температурой и обратимая тепловая машина, передающая тепло от одного из них другому в соответствии с циклом Карно, то отношение термодинамических температур двух резервуаров дается равенством T/T1 = -Q2Q1, где Q2 и Q1 — количества теплоты, передаваемые каждому из резервуаров (знак <минус> говорит о том, что у одного из резервуаров теплота отбирается). Таким образом, если температура более теплого резервуара равна 273,16 К, а теплота, отбираемая у него, вдвое больше теплоты, передаваемой другому резервуару, то температура второго резервуара равна 136,58 К. Если же температура второго резервуара равна 0 К, то ему вообще не будет передана теплота, поскольку вся энергия газа была преобразована в механическую энергию на участке адиабатического расширения в цикле. Эта температура называется абсолютным нулем. Термодинамическая температура, используемая обычно в научных исследованиях, совпадает с температурой, входящей в уравнение состояния идеального газа PV = RT, где P — давление, V — объем и R — газовая постоянная. Уравнение показывает, что для идеального газа произведение объема на давление пропорционально температуре. Ни для одного из реальных газов этот закон точно не выполняется. Но если вносить поправки на вириальные силы, то расширение газов позволяет воспроизводить термодинамическую шкалу температуры.

Международная температурная шкала. В соответствии с изложенным выше определением температуру можно с весьма высокой точностью (примерно до 0,003 К вблизи тройной точки) измерять методом газовой термометрии. В теплоизолированную камеру помещают платиновый термометр сопротивления и резервуар с газом. При нагревании камеры увеличивается электросопротивление термометра и повышается давление газа в резервуаре (в соответствии с уравнением состояния), а при охлаждении наблюдается обратная картина. Измеряя одновременно сопротивление и давление, можно проградуировать термометр по давлению газа, которое пропорционально температуре. Затем термометр помещают в термостат, в котором жидкая вода может поддерживаться в равновесии со своими твердой и паровой фазами. Измерив его электросопротивление при этой температуре, получают термодинамическую шкалу, поскольку температуре тройной точки приписывается значение, равное 273,16 К.

Существуют две международные температурные шкалы — Кельвина (К) и Цельсия (С). Температура по шкале Цельсия получается из температуры по шкале Кельвина вычитанием из последней 273,15 К.

Точные измерения температуры методом газовой термометрии требуют много труда и времени. Поэтому в 1968 была введена Международная практическая температурная шкала (МПТШ). Пользуясь этой шкалой, термометры разных типов можно градуировать в лаборатории. Данная шкала была установлена при помощи платинового термометра сопротивления, термопары и радиационного пирометра, используемых в температурных интервалах между некоторыми парами постоянных опорных точек (температурных реперов). МПТШ должна была с наибольшей возможной точностью соответствовать термодинамической шкале, но, как выяснилось позднее, ее отклонения весьма существенны.

Температурная шкала Фаренгейта. Температурную шкалу Фаренгейта, которая широко применяется в сочетании с британской технической системой единиц, а также в измерениях ненаучного характера во многих странах, принято определять по двум постоянным опорным точкам — температуре таяния льда (32° F) и кипения воды (212° F) при нормальном (атмосферном) давлении. Поэтому, чтобы получить температуру по шкале Цельсия из температуры по шкале Фаренгейта, нужно вычесть из последней 32 и умножить результат на 5/9.

Единицы теплоты. Поскольку теплота есть одна из форм энергии, ее можно измерять в джоулях, и эта метрическая единица была принята международным соглашением. Но поскольку некогда количество теплоты определяли по изменению температуры некоторого количества воды, получила широкое распространение единица, называемая калорией и равная количеству теплоты, необходимому для того, чтобы повысить температуру одного грамма воды на 1° С. В связи с тем что теплоемкость воды зависит от температуры, пришлось уточнять величину калории. Появились по крайней мере две разные калории — <термохимическая> (4,1840 Дж) и <паровая> (4,1868 Дж). <Калория>, которой пользуются в диететике, на самом деле есть килокалория (1000 калорий). Калория не является единицей системы СИ, и в большинстве областей науки и техники она вышла из употребления.

Электричество и магнетизм. Все общепринятые электрические и магнитные единицы измерения основаны на метрической системе. В согласии с современными определениями электрических и магнитных единиц все они являются производными единицами, выводимыми по определенным физическим формулам из метрических единиц длины, массы и времени. Поскольку же большинство электрических и магнитных величин не так-то просто измерять, пользуясь упомянутыми эталонами, было сочтено, что удобнее установить путем соответствующих экспериментов производные эталоны для некоторых из указанных величин, а другие измерять, пользуясь такими эталонами.

Единицы системы СИ. Ниже дается перечень электрических и магнитных единиц системы СИ.

Ампер, единица силы электрического тока, — одна из шести основных единиц системы СИ. Ампер — сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины с ничтожно малой площадью кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, вызывал бы на каждом участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия, равную 2 107 Н.

Вольт, единица разности потенциалов и электродвижущей силы. Вольт — электрическое напряжение на участке электрической цепи с постоянным током силой 1 А при затрачиваемой мощности 1 Вт.

Кулон, единица количества электричества (электрического заряда). Кулон — количество электричества, проходящее через поперечное сечение проводника при постоянном токе силой 1 А за время 1 с.

Фарада, единица электрической емкости. Фарада — емкость конденсатора, на обкладках которого при заряде 1 Кл возникает электрическое напряжение 1 В.

Генри, единица индуктивности. Генри равен индуктивности контура, в котором возникает ЭДС самоиндукции в 1 В при равномерном изменении силы тока в этом контуре на 1 А за 1 с.

Вебер, единица магнитного потока. Вебер — магнитный поток, при убывании которого до нуля в сцепленном с ним контуре, имеющем сопротивление 1 Ом, протекает электрический заряд, равный 1 Кл.

Тесла, единица магнитной индукции. Тесла — магнитная индукция однородного магнитного поля, в котором магнитный поток через плоскую площадку площадью 1 м2, перпендикулярную линиям индукции, равен 1 Вб.

Практические эталоны. На практике величина ампера воспроизводится путем фактического измерения силы взаимодействия витков провода, несущих ток. Поскольку электрический ток есть процесс, протекающий во времени, эталон тока невозможно сохранять. Точно так же величину вольта невозможно фиксировать в прямом соответствии с его определением, так как трудно воспроизвести с необходимой точностью механическими средствами ватт (единицу мощности). Поэтому вольт на практике воспроизводится с помощью группы нормальных элементов. В США с 1 июля 1972 законодательством принято определение вольта, основанное на эффекте Джозефсона на переменном токе (частота переменного тока между двумя сверхпроводящими пластинами пропорциональна внешнему напряжению).

Свет и освещенность. Единицы силы света и освещенности нельзя определить на основе только механических единиц. Можно выразить поток энергии в световой волне в Вт/м2, а интенсивность световой волны — в В/м, как в случае радиоволн. Но восприятие освещенности есть психофизическое явление, в котором существенна не только интенсивность источника света, но и чувствительность человеческого глаза к спектральному распределению этой интенсивности.

Международным соглашением за единицу силы света принята кандела (ранее называвшаяся свечой), равная силе света в данном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частоты 540 1012 Гц (l = 555 нм), энергетическая сила светового излучения которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср. Это примерно соответствует силе света спермацетовой свечи, которая когда-то служила эталоном.

Если сила света источника равна одной канделе во всех направлениях, то полный световой поток равен 4p люменов. Таким образом, если этот источник находится в центре сферы радиусом 1 м, то освещенность внутренней поверхности сферы равна одному люмену на квадратный метр, т.е. одному люксу.

Рентгеновское и гамма-излучение, радиоактивность. Рентген (Р) — это устаревшая единица экспозиционной дозы рентгеновского, гамма- и фотонного излучений, равная количеству излучения, которое с учетом вторичноэлектронного излучения образует в 0,001 293 г воздуха ионы, несущие заряд, равный одной единице заряда СГС каждого знака. В системе СИ единицей поглощенной дозы излучения является грэй, равный 1 Дж/кг. Эталоном поглощенной дозы излучения служит установка с ионизационными камерами, которые измеряют ионизацию, производимую излучением.

Кюри (Ки) — устаревшая единица активности нуклида в радиоактивном источнике. Кюри равен активности радиоактивного вещества (препарата), в котором за 1 с происходит 3,700 1010 актов распада. В системе СИ единицей активности изотопа является беккерель, равный активности нуклида в радиоактивном источнике, в котором за время 1 с происходит один акт распада. Эталоны радиоактивности получают, измеряя периоды полураспада малых количеств радиоактивных материалов. Затем по таким эталонам градуируют и поверяют ионизационные камеры, счетчики Гейгера, сцинтилляционные счетчики и другие приборы для регистрации проникающих излучений.

Разница между ЭДС и напряжением (со сравнительной таблицей)

Одно из основных различий между ЭДС и напряжением состоит в том, что ЭДС — это энергия, подводимая к заряду, тогда как напряжение — это энергия, необходимая для перемещения единичного заряда из одной точки в другую. Другие различия между ними объясняются ниже в сравнительной таблице.

Содержание: ЭДС против напряжения

  1. Таблица сравнения
  2. Определение
  3. Ключевые отличия

Сравнительная таблица

Основа для сравнения ЭДС Напряжение
Определение Количество энергии, подаваемой источником на каждый кулон заряда. Энергия, потребляемая единицами заряда для перемещения из одной точки в другую
Формула
Символ ε V
Измерение Измерьте расстояние между конечной точкой источника, когда через него не течет ток. Измерьте расстояние между любыми двумя точками.
Источник Динамо, электрохимический элемент, трансформатор, солнечный элемент, фотодиоды и т. Д. Электрическое и магнитное поле

Определение напряжения

Напряжение определяется как энергия, необходимая для перемещения единичного заряда из одной точки в другую. Оно измеряется в вольтах и ​​обозначается символом V. Напряжение вызывается электрическим и магнитным полями.

Напряжение возникает между концами (т. Е. Катодом и анодом) источника. Потенциал положительной конечной точки источника выше, чем отрицательной точки. Когда на пассивном элементе возникает напряжение, это называется падением напряжения. Сумма падений напряжения в цепи равна ЭДС согласно закону Кирхгофа.

Определение EMF

Подача энергии от источника к каждому кулону заряда называется ЭДС.Другими словами, это подача энергии некоторым активным источником, таким как аккумулятор, для единичного кулоновского заряда. ЭДС означает электродвижущую силу. Он измеряется в вольтах и ​​обозначается символом ε.

Электродвижущая сила вышеуказанной цепи представлена ​​формулой Где, r — внутреннее сопротивление цепи.
R — Внешний резистан цепи.
E — электродвижущая сила.
I — ток

Ключевые различия между ЭДС и напряжением

  1. ЭДС — это мера подачи энергии на каждый кулон заряда, тогда как напряжение — это энергия, используемая одним кулоном заряда для перемещения из одной точки в другую.
  2. ЭДС представлена ​​буквой ε, тогда как символическое представление напряжения — V.
  3. ЭДС измеряется между конечной точкой источника, когда через него не течет ток, а напряжение измеряется между любыми двумя точками замкнутой цепи.
  4. ЭДС создается электрохимическим элементом, динамо-машиной, фотодиодами и т. Д., А напряжение создается электрическим и магнитным полями.

Вольт — это единица СИ как для ЭДС, так и для напряжения.

10.2: Электродвижущая сила — Physics LibreTexts

Цели обучения

К концу раздела вы сможете:

  • Опишите электродвижущую силу (ЭДС) и внутреннее сопротивление батареи
  • Объясните основную работу аккумулятора

Если вы забудете выключить автомобильные фары, они будут медленно тускнеть по мере разрядки аккумулятора. Почему они не мигают внезапно, когда батарея разряжена? Их постепенное затемнение означает, что выходное напряжение батареи уменьшается по мере разряда батареи.Причина снижения выходного напряжения для разряженных батарей заключается в том, что все источники напряжения состоят из двух основных частей — источника электрической энергии и внутреннего сопротивления. В этом разделе мы исследуем источник энергии и внутреннее сопротивление.

Введение в электродвижущую силу

Voltage имеет множество источников, некоторые из которых показаны на рисунке \ (\ PageIndex {2} \). Все такие устройства создают разность потенциалов и могут подавать ток, если подключены к цепи.Особый тип разности потенциалов известен как электродвижущая сила (ЭДС) . ЭДС — это вовсе не сила, но термин «электродвижущая сила» используется по историческим причинам. Он был изобретен Алессандро Вольта в 1800-х годах, когда он изобрел первую батарею, также известную как вольтовую батарею . Поскольку электродвижущая сила не является силой, принято называть эти источники просто источниками ЭДС (произносимыми буквами «ee-em-eff»), а не источниками электродвижущей силы.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): различные источники напряжения. а) ветряная электростанция Бразос в Флуванна, штат Техас; (б) Красноярская плотина в России; (c) солнечная ферма; (d) группа никель-металлогидридных батарей. Выходное напряжение каждого устройства зависит от его конструкции и нагрузки. Выходное напряжение равно ЭДС только при отсутствии нагрузки. (кредит a: модификация работы «Leaflet» / Wikimedia Commons; кредит b: модификация работы Алекса Полежаева; кредит c: модификация работы Министерства энергетики США; кредит d: модификация работы Тиаа Монто)

Если Электродвижущая сила — это вообще не сила, тогда что такое ЭДС и что является источником ЭДС? Чтобы ответить на эти вопросы, рассмотрим простую схему лампы 12 В, подключенной к батарее 12 В, как показано на рисунке \ (\ PageIndex {2} \). Батарея может быть смоделирована как устройство с двумя выводами, которое поддерживает один вывод с более высоким электрическим потенциалом, чем второй вывод. Более высокий электрический потенциал иногда называют положительной клеммой и обозначают знаком плюс. Клемму с более низким потенциалом иногда называют отрицательной клеммой и обозначают знаком минус. Это источник ЭДС.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Источник ЭДС поддерживает на одном выводе более высокий электрический потенциал, чем на другом выводе, действуя как источник тока в цепи.

Когда источник ЭДС не подключен к лампе, нет чистого потока заряда внутри источника ЭДС. Как только батарея подключена к лампе, заряды перетекают от одной клеммы батареи через лампу (в результате чего лампа загорается) и обратно к другой клемме батареи. Если мы рассмотрим протекание положительного (обычного) тока, положительные заряды покидают положительный вывод, проходят через лампу и попадают в отрицательный вывод.

Положительный поток тока полезен для большей части анализа схем в этой главе, но в металлических проводах и резисторах наибольший вклад в ток вносят электроны, протекающие в направлении, противоположном положительному потоку тока.Поэтому более реалистично рассмотреть движение электронов для анализа схемы на рисунке \ (\ PageIndex {2} \). Электроны покидают отрицательную клемму, проходят через лампу и возвращаются к положительной клемме. Чтобы источник ЭДС поддерживал разность потенциалов между двумя выводами, отрицательные заряды (электроны) должны перемещаться с положительного вывода на отрицательный. Источник ЭДС действует как накачка заряда, перемещая отрицательные заряды от положительного вывода к отрицательному для поддержания разности потенциалов.Это увеличивает потенциальную энергию зарядов и, следовательно, электрический потенциал зарядов.

Сила, действующая на отрицательный заряд электрического поля, действует в направлении, противоположном электрическому полю, как показано на рисунке \ (\ PageIndex {2} \). Чтобы отрицательные заряды переместились на отрицательную клемму, необходимо провести работу с отрицательными зарядами. Для этого требуется энергия, которая возникает в результате химических реакций в батарее. Потенциал поддерживается высоким на положительной клемме и низким на отрицательной клемме, чтобы поддерживать разность потенциалов между двумя клеммами.ЭДС равна работе, выполняемой над зарядом на единицу заряда \ (\ left (\ epsilon = \ frac {dW} {dq} \ right) \) при отсутствии тока. Поскольку единицей измерения работы является джоуль, а единицей заряда — кулон, единицей измерения ЭДС является вольт \ ((1 \, V = 1 \, J / C) \).

Напряжение на клеммах \ (V_ {клемма} \) батареи — это напряжение, измеренное на клеммах батареи, когда к клемме не подключена нагрузка. Идеальная батарея — это источник ЭДС, который поддерживает постоянное напряжение на клеммах, независимо от тока между двумя клеммами.Идеальная батарея не имеет внутреннего сопротивления, а напряжение на клеммах равно ЭДС батареи. В следующем разделе мы покажем, что у реальной батареи есть внутреннее сопротивление, а напряжение на клеммах всегда меньше, чем ЭДС батареи.

Источник потенциала батареи

ЭДС батареи определяется сочетанием химических веществ и составом выводов батареи. Свинцово-кислотная батарея , используемая в автомобилях и других транспортных средствах, является одним из наиболее распространенных сочетаний химических веществ.На рисунке \ (\ PageIndex {3} \) показана одна ячейка (одна из шести) этой батареи. Катодная (положительная) клемма ячейки соединена с пластиной из оксида свинца, а анодная (отрицательная) клемма подключена к свинцовой пластине. Обе пластины погружены в серную кислоту, электролит для системы.

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Химические реакции в свинцово-кислотном элементе разделяют заряд, отправляя отрицательный заряд на анод, который соединен со свинцовыми пластинами. Пластины из оксида свинца подсоединяются к положительному или катодному выводу ячейки. Серная кислота проводит заряд, а также участвует в химической реакции.

Небольшое знание того, как взаимодействуют химические вещества в свинцово-кислотной батарее, помогает понять потенциал, создаваемый батареей. На рисунке \ (\ PageIndex {4} \) показан результат одной химической реакции. Два электрона помещаются на анод , что делает его отрицательным, при условии, что катод подает два электрона. Это оставляет катод положительно заряженным, потому что он потерял два электрона.Короче говоря, разделение заряда было вызвано химической реакцией.

Обратите внимание, что реакция не происходит, если нет полной цепи, позволяющей подавать два электрона на катод. Во многих случаях эти электроны выходят из анода, проходят через сопротивление и возвращаются на катод. Также обратите внимание, что, поскольку в химических реакциях участвуют вещества, обладающие сопротивлением, невозможно создать ЭДС без внутреннего сопротивления.

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): В свинцово-кислотной батарее два электрона прижимаются к аноду элемента, а два электрона удаляются с катода элемента.В результате химической реакции в свинцово-кислотной батарее два электрона помещаются на анод и два электрона удаляются с катода. Для работы требуется замкнутая цепь, так как два электрона должны быть доставлены на катод.

Внутреннее сопротивление и напряжение на клеммах

Величина сопротивления току внутри источника напряжения называется внутренним сопротивлением . Внутреннее сопротивление r батареи может вести себя сложным образом. Обычно она увеличивается по мере разряда батареи из-за окисления пластин или снижения кислотности электролита.Однако внутреннее сопротивление может также зависеть от величины и направления тока через источник напряжения, его температуры и даже его предыстории. Например, внутреннее сопротивление перезаряжаемых никель-кадмиевых элементов зависит от того, сколько раз и насколько глубоко они были разряжены. Простая модель батареи состоит из идеализированного источника ЭДС \ (\ epsilon \) и внутреннего сопротивления r (рисунок \ (\ PageIndex {5} \)).

Рисунок \ (\ PageIndex {5} \): Батарею можно смоделировать как идеализированную ЭДС \ ((\ epsilon) \) с внутренним сопротивлением ( r ).Напряжение на клеммах аккумулятора равно \ (V_ {terminal} = \ epsilon — Ir \).

Предположим, что внешний резистор, известный как сопротивление нагрузки R , подключен к источнику напряжения, например батарее, как показано на рисунке \ (\ PageIndex {6} \). На рисунке показана модель батареи с ЭДС ε, внутренним сопротивлением R и нагрузочным резистором R , подключенным к ее клеммам. При обычном протекании тока положительные заряды покидают положительную клемму батареи, проходят через резистор и возвращаются к отрицательной клемме батареи.Напряжение на клеммах аккумулятора зависит от ЭДС, внутреннего сопротивления и силы тока и равно

.

Примечание

\ [V_ {терминал} = \ epsilon — Ir \]

При заданной ЭДС и внутреннем сопротивлении напряжение на клеммах уменьшается по мере увеличения тока из-за падения потенциала Ir внутреннего сопротивления.

Рисунок \ (\ PageIndex {6} \): Схема источника напряжения и его нагрузочного резистора R . Поскольку внутреннее сопротивление r включено последовательно с нагрузкой, оно может существенно повлиять на напряжение на клеммах и ток, подаваемый на нагрузку.

График разности потенциалов на каждом элементе цепи показан на рисунке \ (\ PageIndex {7} \). По цепи проходит ток I , а падение потенциала на внутреннем резисторе равно Ir . Напряжение на клеммах равно \ (\ epsilon — Ir \), что равно падению потенциала на нагрузочном резисторе \ (IR = \ epsilon — Ir \). Как и в случае с потенциальной энергией, важно изменение напряжения. Когда используется термин «напряжение», мы предполагаем, что это на самом деле изменение потенциала, или \ (\ Delta V \).Однако \ (\ Delta \) часто для удобства опускается.

Рисунок \ (\ PageIndex {7} \): график напряжения в цепи батареи и сопротивления нагрузки. Электрический потенциал увеличивает ЭДС батареи из-за химических реакций, выполняющих работу с зарядами. В аккумуляторе происходит снижение электрического потенциала из-за внутреннего сопротивления. Потенциал уменьшается из-за внутреннего сопротивления \ (- Ir \), в результате чего напряжение на клеммах батареи равно \ ((\ epsilon — Ir) \).Затем напряжение уменьшается на ( IR ). Ток равен \ (I = \ frac {\ epsilon} {r + R} \).

Ток через нагрузочный резистор равен \ (I = \ frac {\ epsilon} {r + R} \). Из этого выражения видно, что чем меньше внутреннее сопротивление r , тем больший ток подает источник напряжения на свою нагрузку R . По мере разряда батарей r увеличивается. Если r становится значительной частью сопротивления нагрузки, то ток значительно снижается, как показано в следующем примере.

Пример \ (\ PageIndex {1} \): анализ цепи с батареей и нагрузкой

Данная батарея имеет ЭДС 12,00 В и внутреннее сопротивление \ (0,100 \, \ Омега \). (a) Рассчитайте напряжение на его клеммах при подключении к нагрузке с \ (10.00 \, \ Omega \). (b) Какое напряжение на клеммах при подключении к нагрузке \ (0.500 \, \ Omega \)? (c) Какая мощность рассеивается при нагрузке \ (0.500 \, \ Omega \)? (d) Если внутреннее сопротивление увеличивается до \ (0.500 \, \ Omega \), найдите ток, напряжение на клеммах и мощность, рассеиваемую элементом \ (0.500 \, \ Omega \) загрузка.

Стратегия

Приведенный выше анализ дал выражение для тока с учетом внутреннего сопротивления. Как только ток будет найден, напряжение на клеммах можно рассчитать с помощью уравнения \ (V_ {terminal} = \ epsilon — Ir \). Как только ток будет найден, мы также сможем найти мощность, рассеиваемую резистором.

Решение

  1. Ввод заданных значений ЭДС, сопротивления нагрузки и внутреннего сопротивления в выражение выше дает \ [I = \ frac {\ epsilon} {R + r} = \ frac {12.00 \, V} {10.10 \, \ Omega} = 1.188 \, A. \] Введите известные значения в уравнение \ (V_ {terminal} = \ epsilon — Ir \), чтобы получить напряжение на клеммах: \ [V_ { клемма} = \ epsilon — Ir = 12.00 \, V — (1.188 \, A) (0.100 \, \ Omega) = 11.90 \, V. \] Напряжение на клеммах здесь лишь немного ниже, чем ЭДС, что означает, что ток втягивается этой легкой нагрузкой незначительно.
  2. Аналогично, при \ (R_ {load} = 0.500 \, \ Omega \) ток равен \ [I = \ frac {\ epsilon} {R + r} = \ frac {12.00 \, V} {0.2} {R} \) или \ (IV \), где В — напряжение на клеммах (в данном случае 10,0 В).
  3. Здесь внутреннее сопротивление увеличилось, возможно, из-за разряда батареи, до точки, в которой оно равно сопротивлению нагрузки. Как и раньше, мы сначала находим ток, вводя известные значения в выражение, получая \ [I = \ frac {\ epsilon} {R + r} = \ frac {12.00 \, V} {1.00 \, \ Omega} = 12.00 \, A. \] Теперь напряжение на клеммах равно \ [V_ {terminal} = \ epsilon — Ir = 12.00 \, V — (12.2 (0.500 \, \ Omega) = 72.00 \, W. \] Мы видим, что увеличенное внутреннее сопротивление значительно снизило напряжение на клеммах, ток и мощность, подаваемую на нагрузку.

Значение

Внутреннее сопротивление батареи может увеличиваться по многим причинам. Например, внутреннее сопротивление перезаряжаемой батареи увеличивается с увеличением количества раз, когда батарея перезаряжается. Повышенное внутреннее сопротивление может иметь двоякое влияние на аккумулятор.Сначала снизится напряжение на клеммах. Во-вторых, аккумулятор может перегреться из-за повышенной мощности, рассеиваемой внутренним сопротивлением.

Упражнение \ (\ PageIndex {1} \)

Если вы поместите провод прямо между двумя выводами батареи, эффективно закоротив клеммы, батарея начнет нагреваться. Как вы думаете, почему это происходит?

Решение

Если к клеммам подсоединен провод, сопротивление нагрузки близко к нулю или, по крайней мере, значительно меньше внутреннего сопротивления батареи.2р) \). Мощность рассеивается в виде тепла.

Тестеры батарей

Тестеры батарей, такие как те, что показаны на рисунке \ (\ PageIndex {8} \), используют малые нагрузочные резисторы, чтобы намеренно потреблять ток, чтобы определить, падает ли потенциал клемм ниже допустимого уровня. Хотя трудно измерить внутреннее сопротивление батареи, тестеры батареи могут обеспечить измерение внутреннего сопротивления батареи. Если внутреннее сопротивление высокое, батарея разряжена, о чем свидетельствует низкое напряжение на клеммах.

Рисунок \ (\ PageIndex {8} \): Тестеры батарей измеряют напряжение на клеммах под нагрузкой, чтобы определить состояние батареи. (a) Техник-электронщик ВМС США использует тестер аккумуляторов для проверки больших аккумуляторов на борту авианосца USS Nimitz . Тестер батарей, который она использует, имеет небольшое сопротивление, которое может рассеивать большое количество энергии. (b) Показанное небольшое устройство используется на небольших батареях и имеет цифровой дисплей для индикации допустимого напряжения на клеммах. (кредит А: модификация работы Джейсона А.Джонстон; кредит b: модификация работы Кейта Уильямсона)

Некоторые батареи можно заряжать, пропуская через них ток в направлении, противоположном току, который они подают в прибор. Это обычно делается в автомобилях и батареях для небольших электроприборов и электронных устройств (Рисунок \ (\ PageIndex {9} \)). Выходное напряжение зарядного устройства аккумулятора должно быть больше, чем ЭДС аккумулятора, чтобы ток через него реверсировал. Это приводит к тому, что напряжение на клеммах батареи превышает ЭДС, поскольку \ (V = \ epsilon — Ir \) и I теперь отрицательны.

Рисунок \ (\ PageIndex {9} \): автомобильное зарядное устройство меняет нормальное направление тока через аккумулятор, обращая вспять его химическую реакцию и пополняя ее химический потенциал.

Важно понимать последствия внутреннего сопротивления источников ЭДС, таких как батареи и солнечные элементы, но часто анализ цепей выполняется с помощью напряжения на клеммах батареи, как мы это делали в предыдущих разделах. Напряжение на клеммах обозначается просто как В , без индекса «клемма».Это связано с тем, что внутреннее сопротивление батареи трудно измерить напрямую, и оно может со временем измениться.

Авторы и авторство

Сэмюэл Дж. Линг (Государственный университет Трумэна), Джефф Санни (Университет Лойола Мэримаунт) и Билл Мобс со многими авторами. Эта работа лицензирована OpenStax University Physics в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License (4.0).

6.1 Электродвижущая сила — Введение в электричество, магнетизм и электрические схемы

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

К концу раздела вы сможете:
  • Опишите электродвижущую силу (ЭДС) и внутреннее сопротивление батареи
  • Объясните основную работу аккумулятора

Если вы забудете выключить автомобильные фары, они будут медленно тускнеть по мере разрядки аккумулятора.Почему они не мигают внезапно, когда батарея разряжена? Их постепенное затемнение означает, что выходное напряжение батареи уменьшается по мере разряда батареи. Причина снижения выходного напряжения для разряженных батарей заключается в том, что все источники напряжения состоят из двух основных частей — источника электрической энергии и внутреннего сопротивления. В этом разделе мы исследуем источник энергии и внутреннее сопротивление.

Введение в электродвижущую силу

Voltage имеет множество источников, некоторые из которых показаны на рисунке 6.1.1. Все такие устройства создают разность потенциалов и могут подавать ток, если подключены к цепи. Особый тип разности потенциалов известен как электродвижущая сила (ЭДС). ЭДС — это вовсе не сила, но термин «электродвижущая сила» используется по историческим причинам. Он был изобретен Алессандро Вольта в 1800-х годах, когда он изобрел первую батарею, также известную как гальваническая батарея . Поскольку электродвижущая сила не является силой, принято называть эти источники просто источниками ЭДС (произносимыми буквами «ee-em-eff»), а не источниками электродвижущей силы.

(рисунок 6.1.1)

Рисунок 6.1.1 Различные источники напряжения. а) ветряная электростанция Бразос в Флуванна, штат Техас; (б) Красноярская плотина в России; (c) солнечная ферма; (d) группа никель-металлогидридных батарей. Выходное напряжение каждого устройства зависит от его конструкции и нагрузки. Выходное напряжение равно ЭДС только при отсутствии нагрузки. (кредит a: модификация работы «Leaflet» / Wikimedia Commons; кредит b: модификация работы Алекса Полежаева; кредит c: модификация работы Министерства энергетики США; кредит d: модификация работы Тиаа Монто)

Если электродвижущая сила вовсе не сила, то что такое ЭДС и что является источником ЭДС? Чтобы ответить на эти вопросы, рассмотрим простую схему лампы, подключенной к батарее, как показано на рисунке 6.1.2. Батарея может быть смоделирована как устройство с двумя выводами, которое поддерживает один вывод с более высоким электрическим потенциалом, чем второй вывод. Более высокий электрический потенциал иногда называют положительной клеммой и обозначают знаком плюс. Клемму с более низким потенциалом иногда называют отрицательной клеммой и обозначают знаком минус. Это источник ЭДС.

(рисунок 6.1.2)

Рисунок 6.1.2 Источник ЭДС поддерживает на одном выводе более высокий электрический потенциал, чем на другом выводе, действуя как источник тока в цепи.

Когда источник ЭДС не подключен к лампе, нет чистого потока заряда внутри источника ЭДС. Как только батарея подключена к лампе, заряды перетекают от одной клеммы батареи через лампу (в результате чего лампа загорается) и обратно к другой клемме батареи. Если мы рассмотрим протекание положительного (обычного) тока, положительные заряды покидают положительный вывод, проходят через лампу и попадают в отрицательный вывод.

Положительный поток тока полезен для большей части анализа схем в этой главе, но в металлических проводах и резисторах наибольший вклад в ток вносят электроны, протекающие в направлении, противоположном положительному потоку тока.Поэтому более реалистично рассмотреть движение электронов для анализа схемы на рисунке 6.1.2. Электроны покидают отрицательную клемму, проходят через лампу и возвращаются к положительной клемме. Чтобы источник ЭДС поддерживал разность потенциалов между двумя выводами, отрицательные заряды (электроны) должны перемещаться с положительного вывода на отрицательный. Источник ЭДС действует как накачка заряда, перемещая отрицательные заряды от положительного вывода к отрицательному для поддержания разности потенциалов.Это увеличивает потенциальную энергию зарядов и, следовательно, электрический потенциал зарядов.

Сила, действующая на отрицательный заряд от электрического поля, действует в направлении, противоположном электрическому полю, как показано на рисунке 6.1.2. Чтобы отрицательные заряды переместились на отрицательную клемму, необходимо провести работу с отрицательными зарядами. Для этого требуется энергия, которая возникает в результате химических реакций в батарее. Потенциал поддерживается высоким на положительной клемме и низким на отрицательной клемме, чтобы поддерживать разность потенциалов между двумя клеммами.ЭДС равна работе, выполняемой над зарядом на единицу заряда () при отсутствии тока. Поскольку единицей измерения работы является джоуль, а единицей заряда — кулон, единицей измерения ЭДС является вольт ().

Напряжение на клеммах батареи — это напряжение, измеренное на клеммах батареи, когда к клемме не подключена нагрузка. Идеальная батарея — это источник ЭДС, который поддерживает постоянное напряжение на клеммах, независимо от тока между двумя клеммами.Идеальная батарея не имеет внутреннего сопротивления, а напряжение на клеммах равно ЭДС батареи. В следующем разделе мы покажем, что у реальной батареи есть внутреннее сопротивление, а напряжение на клеммах всегда меньше, чем ЭДС батареи.

Происхождение потенциала батареи

ЭДС батареи определяется сочетанием химических веществ и составом выводов батареи. Свинцово-кислотная батарея , используемая в автомобилях и других транспортных средствах, является одним из наиболее распространенных сочетаний химических веществ.На рисунке 6.1.3 показан один элемент (один из шести) этой батареи. Катодная (положительная) клемма ячейки соединена с пластиной из оксида свинца, а анодная (отрицательная) клемма подключена к свинцовой пластине. Обе пластины погружены в серную кислоту, электролит для системы.

(рисунок 6.1.3)

Рисунок 6.1.3 Химические реакции в свинцово-кислотном элементе разделяют заряд, отправляя отрицательный заряд на анод, который соединен со свинцовыми пластинами. Пластины из оксида свинца подсоединяются к положительному или катодному выводу ячейки.Серная кислота проводит заряд, а также участвует в химической реакции.

Небольшое знание того, как взаимодействуют химические вещества в свинцово-кислотной батарее, помогает понять потенциал, создаваемый батареей. На рисунке 6.1.4 показан результат одной химической реакции. Два электрона помещаются на анод , что делает его отрицательным, при условии, что катод поставляет два электрона. Это оставляет положительно заряженный катод , потому что он потерял два электрона.Короче говоря, разделение заряда было вызвано химической реакцией.

Обратите внимание, что реакция не происходит, если нет полной цепи, позволяющей подавать два электрона на катод. Во многих случаях эти электроны выходят из анода, проходят через сопротивление и возвращаются на катод. Также обратите внимание, что, поскольку в химических реакциях участвуют вещества, обладающие сопротивлением, невозможно создать ЭДС без внутреннего сопротивления.

(рисунок 6.1,4)

Рис. 6.1.4 В свинцово-кислотной батарее два электрона принудительно направляются на анод элемента, а два электрона удаляются с катода элемента. В результате химической реакции в свинцово-кислотной батарее два электрона помещаются на анод и два электрона удаляются с катода. Для работы требуется замкнутая цепь, так как два электрона должны быть доставлены на катод.

Внутреннее сопротивление и напряжение на клеммах

Величина сопротивления току внутри источника напряжения называется внутренним сопротивлением .Внутреннее сопротивление батареи может вести себя сложным образом. Обычно она увеличивается по мере разряда батареи из-за окисления пластин или снижения кислотности электролита. Однако внутреннее сопротивление может также зависеть от величины и направления тока через источник напряжения, его температуры и даже его предыстории. Например, внутреннее сопротивление перезаряжаемых никель-кадмиевых элементов зависит от того, сколько раз и насколько глубоко они были разряжены. Простая модель батареи состоит из идеализированного источника ЭДС и внутреннего сопротивления (рисунок 6.1.5).

(рисунок 6.1.5)

Рисунок 6.1.5 Батарею можно смоделировать как идеализированную ЭДС () с внутренним сопротивлением (). Напряжение на клеммах аккумулятора составляет.

Предположим, что внешний резистор, известный как сопротивление нагрузки, подключен к источнику напряжения, например, к батарее, как показано на рисунке 6.1.6. На рисунке показана модель батареи с ЭДС, внутренним сопротивлением и нагрузочным резистором, подключенным к ее клеммам. При обычном протекании тока положительные заряды покидают положительную клемму батареи, проходят через резистор и возвращаются к отрицательной клемме батареи.Напряжение на клеммах аккумулятора зависит от ЭДС, внутреннего сопротивления и силы тока и равно

.

(6.1.1)

При заданной ЭДС и внутреннем сопротивлении напряжение на клеммах уменьшается по мере увеличения тока из-за падения потенциала внутреннего сопротивления.

(рисунок 6.1.6)

Рисунок 6.1.6 Схема источника напряжения и его нагрузочного резистора. Поскольку внутреннее сопротивление включено последовательно с нагрузкой, оно может существенно повлиять на напряжение на клеммах и ток, подаваемый на нагрузку.

График разности потенциалов на каждом элементе цепи показан на рисунке 6.1.7. В цепи протекает ток, и падение потенциала на внутреннем резисторе равно. Напряжение на клеммах равно падению потенциала на нагрузочном резисторе. Как и в случае с потенциальной энергией, важно изменение напряжения. Когда используется термин «напряжение», мы предполагаем, что это на самом деле изменение потенциала, или. Однако для удобства часто опускается.

(рисунок 6.1.7)

Ток через нагрузочный резистор равен. Из этого выражения видно, что чем меньше внутреннее сопротивление, тем больше ток, подаваемый источником напряжения на свою нагрузку. По мере разряда батарей увеличивается. Если становится значительной частью сопротивления нагрузки, то ток значительно снижается, как показано в следующем примере.

ПРИМЕР 6.1.1


Анализ цепи с аккумулятором и нагрузкой

У данной батареи есть ЭДС и внутреннее сопротивление.(a) Рассчитайте напряжение на его клеммах при подключении к нагрузке. (b) Какое напряжение на клеммах при подключении к нагрузке? (c) Какая мощность рассеивает нагрузка? (d) Если внутреннее сопротивление увеличивается до, найдите ток, напряжение на клеммах и мощность, рассеиваемую нагрузкой.

Стратегия

Приведенный выше анализ дал выражение для тока с учетом внутреннего сопротивления. Как только ток будет найден, можно рассчитать напряжение на клеммах, используя уравнение. Как только ток будет найден, мы также сможем найти мощность, рассеиваемую резистором.

Решение

а. Ввод данных значений ЭДС, сопротивления нагрузки и внутреннего сопротивления в выражение выше дает

Введите известные значения в уравнение, чтобы получить напряжение на клеммах:

Напряжение на клеммах здесь лишь немного ниже, чем ЭДС, что означает, что ток, потребляемый этой легкой нагрузкой, не имеет значения.

г. Аналогично с, ток

Напряжение на клеммах теперь

Напряжение на клеммах значительно снизилось по сравнению с ЭДС, что означает большую нагрузку на эту батарею.«Сильная нагрузка» означает большее потребление тока от источника, но не большее сопротивление.

г. Мощность, рассеиваемую нагрузкой, можно найти по формуле. Ввод известных значений дает

Обратите внимание, что эту мощность также можно получить с помощью выражения или, где — напряжение на клеммах (в данном случае).

г. Здесь внутреннее сопротивление увеличилось, возможно, из-за разряда батареи, до точки, в которой оно равно сопротивлению нагрузки.Как и раньше, мы сначала находим ток, вводя известные значения в выражение, что дает

Теперь напряжение на клеммах

, а мощность, рассеиваемая нагрузкой, равна

.

Мы видим, что увеличенное внутреннее сопротивление значительно снизило напряжение на клеммах, ток и мощность, подаваемую на нагрузку.

Значение

Внутреннее сопротивление батареи может увеличиваться по многим причинам.Например, внутреннее сопротивление перезаряжаемой батареи увеличивается с увеличением количества раз, когда батарея перезаряжается. Повышенное внутреннее сопротивление может иметь двоякое влияние на аккумулятор. Сначала снизится напряжение на клеммах. Во-вторых, аккумулятор может перегреться из-за повышенной мощности, рассеиваемой внутренним сопротивлением.

ПРОВЕРЬТЕ ПОНИМАНИЕ 6.1

Если вы поместите провод прямо между двумя выводами батареи, эффективно закоротив клеммы, батарея начнет нагреваться.Как вы думаете, почему это происходит?

Тестеры батарей

Тестеры батарей , такие как показанные на рис. 6.1.8, используют малые нагрузочные резисторы, чтобы намеренно потреблять ток, чтобы определить, падает ли потенциал клемм ниже допустимого уровня. Хотя трудно измерить внутреннее сопротивление батареи, тестеры батареи могут обеспечить измерение внутреннего сопротивления батареи. Если внутреннее сопротивление высокое, батарея разряжена, о чем свидетельствует низкое напряжение на клеммах.

(рисунок 6.1.8)

Рисунок 6.1.8 Тестеры аккумуляторов измеряют напряжение на клеммах под нагрузкой, чтобы определить состояние аккумулятора. (a) Техник-электронщик ВМС США использует тестер аккумуляторов для проверки больших аккумуляторов на борту авианосца USS Nimitz . Тестер батарей, который она использует, имеет небольшое сопротивление, которое может рассеивать большое количество энергии. (b) Показанное небольшое устройство используется на небольших батареях и имеет цифровой дисплей для индикации допустимого напряжения на клеммах.(кредит А: модификация работы Джейсона А. Джонстона; кредит б: модификация работы Кейта Уильямсона)

Некоторые батареи можно заряжать, пропуская через них ток в направлении, противоположном току, который они подают в прибор. Это обычно делается в автомобилях и батареях для небольших электроприборов и электронных устройств (рис. 6.1.9). Выходное напряжение зарядного устройства аккумулятора должно быть больше, чем ЭДС аккумулятора, чтобы ток через него реверсировал. Это приводит к тому, что напряжение на клеммах аккумулятора становится больше, чем ЭДС, так как и теперь отрицательны.

(рисунок 6.1.9)

Рисунок 6.1.9 Зарядное устройство для автомобильного аккумулятора меняет нормальное направление тока через аккумулятор, обращая вспять его химическую реакцию и пополняя ее химический потенциал.

Важно понимать последствия внутреннего сопротивления источников ЭДС, таких как батареи и солнечные элементы, но часто анализ цепей выполняется с помощью напряжения на клеммах батареи, как мы это делали в предыдущих разделах. Напряжение на клеммах обозначается просто, без индекса «клемма».Это связано с тем, что внутреннее сопротивление батареи трудно измерить напрямую, и оно может со временем измениться.

Кандела Цитаты

Лицензионный контент CC, особая атрибуция

  • Загрузите бесплатно по адресу http://cnx.org/contents/[email protected] Получено с сайта : http://cnx.org/contents/[email protected] Лицензия : CC BY: Attribution

Единицы измерения электромагнитного излучения

Если вас беспокоит уровень электромагнитного излучения (ЭМИ), которому вы подвергаетесь ежедневно, то вы попали в отличную компанию.Есть много людей, которые хотят знать, как измерить ЭМИ, но не имеют ни малейшего представления, как это сделать.

Покупка измерителя и детектора — отличный первый шаг. Но если вы не понимаете единиц измерения, тогда это игра с нулевой суммой.

К концу этого руководства вы получите четкое представление о том, как измерять различные виды излучения электромагнитного поля (ЭМП), единицы измерения, используемые для их измерения, а также то, что является опасным показанием.Без лишних слов, пора сразу приступить к делу.

Как измерить излучение ЭМП: основы

Прежде чем переходить к устройствам для измерения излучения ЭМП, важно иметь общее представление о том, что именно это такое. ЭДС — это, по сути, физическое поле, создаваемое электрически заряженным объектом. Его в целом подразделяют на три основные категории:

  • Электрические поля
  • Магнитные поля
  • Радиочастоты

Воздействие ЭМП-излучения в течение продолжительного периода времени оказывает длительное неблагоприятное биологическое воздействие на организм человека.Вы будете удивлены, сколько раз в повседневной жизни вы подвергаетесь воздействию электромагнитного излучения.

Например, смартфон или компьютер, на котором вы читаете это руководство, излучает излучение. Если вы нагрели остатки еды в микроволновой печи, вы подверглись воздействию радиации. От этого никуда не деться. В конце концов, важно то, что вы не подвергаете себя его воздействию в больших количествах в течение длительного времени.

ЭДС часто измеряют по ее силе и частоте. Поэтому, если вы встретите такие термины, как ELF (чрезвычайно низкая частота) или UHF (сверхвысокая частота), они просто относятся к определенной области электромагнитного спектра, в которую попадает излучение.

Общие сведения об единицах измерения излучения ЭДС

Когда дело доходит до измерения ЭДС, необходимо помнить о двух основных вещах: частоте ЭДС и силе этой конкретной частоты.

1. Частота излучения ЭМП

Единицей измерения излучения ЭМП является герц, обычно сокращенно Гц. Это мера количества полных волновых циклов в секунду. Так, например, в зависимости от того, где вы живете, вы можете измерить радиацию и обнаружить, что электричество, питающее ваш дом, находится в диапазоне от 50 Гц до 60 Гц.

Допустим, вы сидите в машине и слушаете музыку любимой радиостанции — 98,4 FM. Это означает, что его широковещательные сигналы работают в диапазоне 98,4 МГц (мегагерц), что эквивалентно 98 400 000 герц.ч

Большинство устройств, которые подключаются к вышкам сотовой связи или используют Wi-Fi для приема и передачи информации, обычно работают в Диапазон частот гигагерца (ГГц). К ним относятся привычная электроника, такая как ПК, устройства на базе Android или iOS.

Итак, если ваш телефон поддерживает 4G или 5G, это просто означает, что он передает и передает информацию на частоте 4 ГГц или 5 ГГц соответственно.

В таблице ниже показаны некоторые из различных услуг, которые вам нравятся, и их соответствующие частоты:

Диапазон частот Услуги
50-60 Гц Электроэнергия в зданиях и электрические приборы
3 — 30 кГц Подводная связь
535 — 1700 кГц AM-радио
88-108 МГц FM-радио
800 — 940 МГц Сотовые и беспроводные телефоны
2.4 ГГц WLAN и Bluetooth
3 — 30 ГГц Радар и передача данных
38,6 — 40 ГГц Высокоскоростные каналы передачи данных
2483 — 2500 МГц Нисходящие каналы спутниковой связи
54 — 806 МГц Телевидение

2. Сила излучения ЭМП

Когда вы слышите дискуссии, вращающиеся вокруг опасностей излучения ЭМП, они, по сути, имеют в виду его силу.Наиболее распространенными единицами измерения являются вольт, ватт и гаусс.

Предпочтение одного устройства другому зависит от нескольких факторов, таких как тип измеряемого ЭМП излучения, среда, частота данного излучения и конкретная часть мира, в которой вы находитесь.

В следующем разделе рассматривается, какие единицы измерения следует ожидать в отношении трех различных типов электромагнитного излучения.

Единицы измерения радиочастотного излучения

Сразу же важно помнить, что радиочастотное излучение состоит как из магнитных, так и из электрических частотных компонентов.По этой причине сила излучения ЭМП выражается в терминах, специфичных для каждого из двух компонентов.

Электрическая часть указывается в вольтах на метр (В / м). С другой стороны, магнитная часть выражается в амперах на метр (А / м).

При измерении радиочастоты также используются следующие единицы:

  • милливатт на квадратный метр (мВтм²)
  • микроватт на квадратный сантиметр (мкВт / см 2 )
  • микроватт на квадратный метр (мкВт / м 2 )

«мкВт» относится к «микроваттам», тогда как «мВт» относится к милливаттам.Разница между каждым из трех сводится к конверсии. Имейте в виду, что:

  • 1 мкВт / см² = 10 000 мкВт / м² = 10 мВт / м²
  • 1 Вт / см² = 1000 мВт / см² = 1000 000 мкВт / см²
  • 1 Вт / м² = 1000 мВт / м² = 1000 000 мкВт / м²

Если вы не можете вспомнить, как выполнять различные преобразования, существует множество онлайн-калькуляторов преобразования, которые помогут вам снять нагрузку.

Плотность мощности радиополей

Когда радиоволны генерируются антенной, они проявляют разные свойства на разных расстояниях от источника. Пути распространения радиоволн состоят из ближнего поля, промежуточного поля и дальнего поля.

Поле ближнего поля относится к ЭДС, которая существует от источника RF, распространяющегося на расстояние в одну длину волны. Промежуточное поле простирается от конца ближнего поля до начала дальнего поля.Под дальним полем понимается ЭДС, расположенная далеко за пределами ближнего поля.

Чтобы точно измерить плотность мощности излучения ЭМП, ее необходимо измерять в дальней зоне. Это связано с тем, что выполнение точных измерений в ближнем поле затруднено из-за переменного импеданса воздуха.

Плотность мощности выражается в единицах мощности на единицу площади, например, милливатт на квадратный сантиметр (мВт / см 2 ).

Какой прибор лучше всего подходит для измерения радиочастотного излучения?

Однозначного ответа на этот вопрос нет.Однако, если вы хотите защитить себя от ЭМП, рекомендуемой единицей измерения будет вольт на метр (В / м). Для этого есть две основные причины.

Во-первых, если у вас нет научного образования, V / m довольно просто понять. Это самый простой способ измерить пульсирующее воздействие радиочастотного излучения, которое большинство людей считает наиболее опасной формой ЭМП.

Во-вторых, что не менее важно, большинство измерителей ЭДС дают свои измерения в В / м.Таким образом, было бы совершенно бессмысленно измерять ЭМП-излучение в одной единице, а затем пытаться преобразовать показания, чтобы установить, находятся ли они в допустимых пределах. Однако, если вам нужно, вот как это сделать.

Преобразование Вт / м 2 в В / м

Для преобразования вольт на метр (В / м) в ватты на квадратный метр (Вт / м 2 ) примените следующую формулу:

В / м = (Вт / м 2 x 377) 1/2

Для преобразования ватт на квадратный метр (Вт / м 2 ) обратно в вольт на метр (В / м) примените следующую формулу :

Вт / м² = (В / м) ² / 377

Теперь, когда это не так, в следующем разделе рассматриваются магнитные поля.

Магнитные единицы измерения ЭДС излучения

Измерение магнитных полей — более простой процесс, чем его радиочастотный аналог. Используемые единицы измерения — Гаусс или Тесла, в зависимости от того, в каком регионе мира вы находитесь. Гаусс обычно используется в США, тогда как большая часть остального мира использует Тесла.

Общеизвестно, что даже кажущееся слабым излучение магнитного поля может иметь неблагоприятные последствия для здоровья человека. Таким образом, вы часто встретите эти единицы, указанные в «Милли» и «Микро», то есть миллиГаусс (мГ) и микротесла (мкТл) соответственно.

Преобразование единиц магнитного поля

Преобразование единиц магнитного поля намного проще, чем преобразование радиочастотных единиц измерения. Вот как это сделать:

1 мГс = 0,1 мкТл

1 мкТл = 10 мГс

Единицы измерения излучения ЭДС

Процесс измерения силы электрических полей почти такой же, как и в радио -частотная часть, рассмотренная в предыдущем разделе. Разница заключается в масштабе используемого измерения.

Например, для измерения радиочастотного ЭМП-излучения, поступающего на ваш сотовый телефон или от него, вы обычно находитесь в области гигагерц (ГГц), такой как 4G или 5G. С другой стороны, если вы измеряете электрические поля в своем офисе или дома, вы будете находиться в диапазоне от 50 до 60 Гц.

Как измерить излучение ЭМП

Отличный измеритель ЭДС — это прибор, который может измерять все различные типы излучения, а именно радиочастоту, магнитное поле и электрическое поле. Независимо от устройства, вы используете общую процедуру измерения ЭМП излучения.Вот практические шаги, которые необходимо выполнить, чтобы получить наилучшие результаты:

1. Выполните общее обследование области

Первое, что вам нужно сделать, это провести общий осмотр области, которую вы хотите сканировать. с вашим измерителем радиации ЭМП. Начните с одной комнаты и продвигайтесь по дому, офису или любому другому пространству, которое вы исследуете.

Важно иметь под рукой ручку и блокнот, чтобы записывать показания ЭДС. Для начала переверните измеритель ЭДС в поле с пометкой «магнитное поле».«Это отличная отправная точка, поскольку магнитные поля обычно генерируются почти каждым электронным устройством, которое есть в вашем помещении. Вы будете удивлены количеством излучения, которое излучает ваш компьютер.

Затем вы хотите протянуть измеритель ЭДС перед собой и медленно идти вперед, перемещая его вперед и назад.

2. Обращайте внимание на источник излучения

При перемещении устройства вперед и назад следите за дисплеем. Обратите внимание на любые всплески в показаниях, указывающие на то, что количество радиации выше, чем обычно.Большинство измерителей ЭДС обычно издают быстрее, когда уровень радиации увеличивается. Идея состоит в том, чтобы использовать показания, чтобы определить, откуда исходит излучение. Так что двигайтесь в направлении, указывающем на высокий уровень выбросов.

Как только вы определите источник, переместитесь вокруг него и запишите средние показания в свой блокнот. Если устройство, показания которого вы снимаете, не поддерживает беспроводное соединение, все, что вам нужно измерить, — это его излучение магнитного и электрического поля.

Затем вы можете продолжить осмотр оставшейся области и указать любые необычные показания, прежде чем переходить к другой области помещения.Эти записи пригодятся позже, когда вы попытаетесь найти способы устранить общее воздействие электромагнитного излучения и снизить любые риски, связанные со здоровьем, с которыми вы можете столкнуться.

3. Подумайте, на что вы тратите большую часть своего времени

Неблагоприятное воздействие ЭМП-излучения на здоровье человека проявляется не сразу. Это кумулятивно. Это означает, что риск развития заболеваний, связанных с радиацией, увеличивается при продолжении воздействия на протяжении всей жизни.

По этой причине вам нужно помнить о местах, где вы проводите большую часть своего времени, и измерять количество радиации в этих местах. Вот некоторые отправные точки:

  • Где вы работаете
  • Где вы спите
  • Что вы используете, чтобы больше перемещаться, если у вас долгая дорога на работу
  • Ваше любимое место для чтения в вашем доме или кафе
  • И т. Д.

Если вы обнаружите необычно высокие значения, которые могут представлять опасность для здоровья при продолжительном воздействии, возможно, пришло время немного изменить ситуацию.

Прочтите наше полное руководство по защите вашего дома от электромагнитных полей.

4. Беспроводные устройства

При измерении электромагнитного излучения, исходящего от беспроводных устройств, вы в идеале смотрите на уровень излучаемого радиочастотного излучения. К беспроводным устройствам относятся все, что поддерживает Wi-Fi, Bluetooth, 4G и 5G. Итак, ваш смартфон, ПК, планшет, iPad, умный холодильник, система домашней безопасности, умный счетчик и т. Д. Попадают в эту категорию.

Для измерения радиочастотного излучения установите для вашего измерителя ЭДС значение «RF.Затем поместите устройство, показания которого вы хотите снимать, на пол, на стол или возьмите его в одну руку, если оно достаточно мало.

Направьте глюкометр на устройство с расстояния не менее 1–2 футов и медленно переместите его ближе. При этом следите за показаниями. Запишите пиковые значения радиочастотного излучения и запишите их в свой блокнот.

Обычно они выражаются в милливаттах на квадратный метр (мВт / м 2 ). Пиковые показания имеют значение, поскольку информация, передаваемая по беспроводным сетям, происходит в виде пакетов данных, отправляемых по радиоволнам.Таким образом, в отличие от постоянного излучения магнитного и электрического полей, радиоволны генерируют различные импульсы излучения.

Если вы не ждете достаточно долго для передачи хотя бы одного пакета данных, вы можете обманом поверить в то, что рассматриваемые устройства не содержат излучения.

Факторы, которые следует учитывать при измерении излучения ЭМП

Измерение излучения не является универсальным делом. Более высокие показания ЭДС не всегда могут быть поводом для беспокойства. Вот несколько факторов, которые следует учитывать при проведении обметки здания.

1. Сезонная радиация

Как указывалось ранее, неблагоприятные эффекты радиации проявляются в течение длительных периодов устойчивого воздействия. Сезонная радиация сама по себе не проблема.

Могут быть периоды, когда уровень радиации может увеличиваться из-за основных факторов. Например, рассмотрим окружающее электромагнитное излучение, исходящее от линии электропередачи. Зарегистрированные уровни будут выше в жаркие летние дни, когда у большинства людей включены системы кондиционирования воздуха.

Когда закончится лето, произойдет заметное снижение уровня радиации. То же самое может повториться зимой, когда все потребляют огромное количество электроэнергии из сети для питания своих систем отопления помещений.

Точно так же уровень радиации в вашем доме вечером может быть выше, чем в любое другое время дня. Со всеми членами вашего домашнего дома, а также теми, кто находится в соседних домах, количество электроэнергии, потребляемой в это время суток, будет выше.

Таким образом, любые показания, которые вы снимаете в это время, могут не точно отражать истинный уровень радиации, который увеличивает риск для вашего здоровья.

2. Излучение ЭМП нескольких типов

Многие бытовые приборы излучают ЭМП нескольких типов. Например, если у вас дома есть бытовой вентилятор или фен, велика вероятность, что они будут генерировать как магнитное поле, так и излучение электрического поля.

Если вы работаете на своем ноутбуке, когда он подключен к Wi-Fi, велика вероятность того, что он излучает большое количество радиочастотного излучения, излучения магнитного поля и излучения электрического поля.

Итак, важно настроить ваш измеритель ЭДС на различные параметры, чтобы получить четкое представление об уровнях различных видов излучения, излучаемых различными устройствами.

3. Дешевые измерители ЭДС — мошенничество

Если вы пойдете на Amazon или любой другой рынок, вы столкнетесь с большим набором измерителей ЭДС на выбор. В ваших интересах (и в ваших интересах!) Держаться подальше от дешевых. Большинство из них не умеют читать радиочастоты любого уровня.

Хотя они обычно улавливают только магнитные и электрические поля, они, скорее всего, тоже не будут делать это точно. Может возникнуть соблазн выбрать более дешевые бренды, но в конечном итоге это того не стоит, если вы не можете получить надежные показания.

Что представляет собой показание измерителя с высоким значением ЭДС

Теперь, когда вы понимаете единицы измерения электромагнитного излучения, а также способы получения фактических показаний, вы, вероятно, задаетесь вопросом: «Что такое показание измерителя высокого ЭДС?»

В этом последнем разделе подробно рассматривается ответ на этот вопрос.

Показания сильного магнитного поля

Большинство правил техники безопасности, касающихся магнитных полей, основываются на нормах IEEE или ICNIRP. Последние обычно имеют более строгие правила, поэтому их рекомендуемые максимальные пределы воздействия обычно ниже.

С учетом сказанного, рекомендации ICNIRP устанавливают максимальный предел воздействия магнитного поля на уровне 2000 мГс. Однако это число смехотворно велико. Вот почему.

Если у вас есть качественный измеритель электромагнитного излучения, вы заметите, что показания магнитного поля в вашем обычном окружении колеблются где-то между 0.1 мг и 1 мг. Это считается нормальным для любой семьи.

Эти цифры, скорее всего, будут выше, если вы живете в многоквартирном доме. Таким образом, воздействие колоссального магнитного излучения в 2000 мг, безусловно, нанесет вашему телу биологический вред.

Высокие значения электрического поля

Об излучении электрического поля говорят гораздо меньше, чем об излучении магнитного поля. По этой причине не так много информации о том, что представляют собой показания высокого электрического поля.ICNIRP рекомендует выдерживать до 5000 В / м.

Однако, согласно результатам различных исследований, показания измерителя внешнего электрического поля выше 10 В / м представляют опасность. Электронные устройства в вашем доме должны излучать электрические поля величиной от 1 до 5 В / м.

Высокочастотные показания

Высокочастотное излучение является наиболее распространенной и разрушительной формой ЭМП в связке. При измерении RF вас должно интересовать число пика , а не первичное.

Согласно недавним выводам отчета Bioinitiative , люди, которые жили около пяти вышек сотовой связи, испускавшие уровни радиации от 0,003 до 0,05 мкВт / см 2 , сообщали о головных болях, проблемах с концентрацией внимания и нарушениях сна. Это эквивалентно 0,03 и 0,5 мВт / м 2 соответственно. Это до 10 000 раз меньше рекомендованных нормативных пределов. Следовательно, 1 мВт / м 2 представляет собой высокое показание RF.

Знание — сила

Когда все сказано и сделано, ответственность за уровни электромагнитного излучения, которому вы подвергаетесь, — вот что в конечном итоге спасет вашу жизнь.Определите источники опасных уровней ЭМП и примите практические меры по снижению общего воздействия. Вооружитесь знаниями, полученными в этом руководстве, чтобы вести здоровый образ жизни без вредных воздействий. Фитбиты безопасны? Посетите наш блог, чтобы узнать об их долгосрочном эффекте.

Читать далее : Фитнес-трекер, которому не нужен смартфон

Ссылки

Genuis SJ. Реализация актуальной идеи: изучение воздействия электромагнитного излучения на здоровье населения. Общественное здравоохранение (2007 г.), DOI: 10.1016 / j.puhe.2007.04.008

Биологические эффекты электрических и магнитных полей промышленной частоты. IEEE Eng Med Biol Mag. 1989; 8 (3): 46-7.

1. Введение в электромагнитные поля

1. Введение в электромагнитные поля
  • 1.1 Что такое электромагнитные поля?
  • 1.2 Как была проведена повторная оценка опасности электромагнитных полей для здоровья?
1.1 Что такое электромагнитные поля?

Электромагнитные поля представляют собой сочетание невидимого электрического и магнитные силовые поля.Они порождаются природными явлениями, такими как Магнитное поле Земли, но также в результате деятельности человека, в основном за счет использования электричество.

Мобильные телефоны, линии электропередач и компьютерные экраны являются примерами. оборудования, которое производит электромагнитные поля.

Самый рукотворный электромагнитные поля меняют их направление через равные промежутки времени, изменяя с высоких радиочастот (мобильные телефоны) через промежуточных частот (компьютер экранов) до предельно низких частот (мощность линий).

Термин статический относится к полям, которые не изменяются со временем (т.е. с частотой 0 Гц). Статический магнитные поля используются в медицинские изображения и генерируются приборами, использующими постоянный ток. Более…

Типовые источники электромагнитных полей
Диапазон частот Частоты Некоторые примеры источников облучения
Статический 0 Гц единиц видеодисплея; МРТ (медицинский изображения) и другие диагностические или научные приборостроение; промышленный электролиз; сварка устройства
ELF [Чрезвычайно низкие частоты] 0-300 Гц линий электропередачи; внутренние распределительные сети; одомашненный бытовая техника; электрические двигатели в автомобилях, поездах и трамваи; сварочные аппараты
IF [Промежуточные частоты] 300 Гц — 100 кГц единиц видеодисплея; противоугонные устройства в магазинах; системы контроля доступа без помощи рук, кард-ридеры и металлоискатели; МРТ; сварка устройства
RF [Радиочастоты] от 100 кГц до 300 ГГц мобильных телефонов; радиовещание и телевидение; микроволновые печи; радиолокационные и радиопередатчики; портативные радиоприемники; МРТ

Источник и ©: Возможное влияние электромагнитных полей (ЭМП) на здоровье человека

1.2 Как были переоценены риски для здоровья, связанные с электромагнитными полями?

Обзор соответствующих научных отчетов был проведен с акцент на статьях, опубликованных в 2007 и 2008 годах, и исследованиях считается релевантным, комментируются в заключении.Области, где литературы особенно мало, и дается объяснение, почему результаты некоторых исследований не добавить полезную информацию в базу. Эта оценка оценивает оба возможных воздействия на группы людей, у которых подвергся воздействию электромагнитные поля в их повседневная жизнь (эпидемиологические данные) и потенциальные эффекты, наблюдаемые в лабораторных экспериментах, проводимых на добровольцев, животных и культуры клеток (экспериментальные свидетельство).

Основываясь на этих совокупных доказательствах, оценка оценивает существует ли причинная связь между воздействием электромагнитные поля и некоторые неблагоприятные последствия для здоровья. Ответ на этот вопрос не обязательно однозначный: да. или нет, но выражает весомость доказательства ссылки между экспозицией и эффектом.Если такая ссылка найдена, оценки риска насколько сильно воздействие на здоровье и насколько велик риск для здоровья будет для разных уровней воздействия и схем воздействия (зависимость доза-реакция). Характер и степень выделяются неопределенности и то, как электромагнитные поля могут вызывать эффекты (вероятный механизм) оцениваются.Подробнее …

Motional Emf | Физика

Цель обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Вычислить ЭДС, силу, магнитное поле и работу, обусловленную движением объекта в магнитном поле.

Как мы видели, любое изменение магнитного потока индуцирует противодействующую этому изменению ЭДС — процесс, известный как индукция.Движение — одна из основных причин индукции. Например, магнит, движущийся к катушке, индуцирует ЭДС, а катушка, движущаяся по направлению к магниту, создает аналогичную ЭДС. В этом разделе мы сосредоточимся на движении в магнитном поле, которое является стационарным относительно Земли, производя то, что в общих чертах называется ЭДС движения . Одна из ситуаций, когда возникает двигательная ЭДС, известна как эффект Холла и уже была исследована. Заряды, движущиеся в магнитном поле, испытывают магнитную силу F = qvB sin θ , которая перемещает противоположные заряды в противоположных направлениях и создает em f = Bℓv .Мы увидели, что у эффекта Холла есть приложения, включая измерения B и v . Теперь мы увидим, что эффект Холла является одним из аспектов более широкого явления индукции, и мы обнаружим, что ЭДС движения может использоваться в качестве источника энергии. Рассмотрим ситуацию, показанную на рисунке 1. Стержень перемещается со скоростью v по паре проводящих рельсов, разделенных расстоянием в однородном магнитном поле B . Рейки неподвижны относительно B и подключены к стационарному резистору R .Резистором может быть что угодно, от лампочки до вольтметра. Рассмотрим площадь, ограниченную подвижным стержнем, рельсами и резистором. B перпендикулярно этой области, и площадь увеличивается по мере перемещения стержня. Таким образом, увеличивается магнитный поток между рельсами, стержнем и резистором. При изменении потока возникает ЭДС согласно закону индукции Фарадея.

Рис. 1. (a) ЭДС движения = B v индуцируется между рельсами, когда этот стержень перемещается вправо в однородном магнитном поле.Магнитное поле B находится внутри страницы, перпендикулярно движущемуся стержню и рельсам и, следовательно, к области, окружающей их. (б) Закон Ленца дает направление индуцированного поля и тока, а также полярность наведенной ЭДС. Поскольку поток увеличивается, индуцированное поле направлено в противоположном направлении или за пределы страницы. RHR-2 дает указанное направление тока, и полярность стержня будет управлять таким током. RHR-1 также указывает на такую ​​же полярность стержня. (Обратите внимание, что символ E скрипта, используемый в эквивалентной схеме в нижней части части (b), представляет собой ЭДС.)

Чтобы найти величину ЭДС, индуцированной вдоль движущегося стержня, воспользуемся законом индукции Фарадея без знака:

[латекс] \ text {emf} = \ text {N} \ frac {\ Delta \ Phi} {\ Delta t} \\ [/ latex].

Здесь и далее «ЭДС» означает величину ЭДС. В этом уравнении N = 1 и поток Φ = BA cos θ . У нас θ = 0º и cos θ = 1, поскольку B перпендикулярно A .Теперь Δ Φ = Δ ( BA ) = B Δ A , поскольку B является однородным. Обратите внимание, что площадь, заметаемая стержнем, составляет Δ A = Δ x . Ввод этих величин в выражение для ЭДС дает

[латекс] \ text {emf} = \ frac {B \ Delta A} {\ Delta t} = B \ frac {\ ell \ Delta x} {\ Delta t} \\ [/ latex].

Наконец, обратите внимание, что Δ x / Δ t = v , скорость стержня. Ввод этого в последнее выражение показывает, что

ЭДС = Bℓv ( B , ℓ и v перпендикулярно)

— ЭДС движения.Это то же самое выражение, которое было дано ранее для эффекта Холла.

Соединение: объединение сил

Между электрической и магнитной силой существует множество связей. Тот факт, что движущееся электрическое поле создает магнитное поле и, наоборот, движущееся магнитное поле создает электрическое поле, является частью того, почему электрические и магнитные силы теперь считаются разными проявлениями одной и той же силы. Это классическое объединение электрических и магнитных сил в так называемую электромагнитную силу является источником вдохновения для современных усилий по объединению других основных сил.

Чтобы найти направление индуцированного поля, направление тока и полярность наведенной ЭДС, мы применяем закон Ленца, как объяснено в Законе индукции Фарадея: Закон Ленца. (См. Рис. 1 (b).) Поток увеличивается, так как увеличивается ограниченная площадь. Таким образом, индуцированное поле должно противостоять существующему и быть вне страницы. Таким образом, RHR-2 требует, чтобы и были повернуты против часовой стрелки, что, в свою очередь, означает, что верхняя часть стержня положительна, как показано.

ЭДС движения также возникает, если магнитное поле движется и стержень (или другой объект) неподвижен относительно Земли (или некоторого наблюдателя).Мы видели пример этого в ситуации, когда движущийся магнит индуцирует ЭДС в неподвижной катушке. Важно относительное движение. В этих наблюдениях обнаруживается связь между магнитным и электрическим полями. Движущееся магнитное поле создает электрическое поле за счет наведенной ЭДС. Мы уже видели, что движущееся электрическое поле создает магнитное поле — движущийся заряд подразумевает движущееся электрическое поле, а движущийся заряд создает магнитное поле.

ЭДС движения в слабом магнитном поле Земли обычно не очень велики, иначе мы могли бы заметить напряжение на металлических стержнях, таких как отвертка, во время обычных движений.Например, простой расчет ЭДС движения стержня длиной 1 м, движущегося со скоростью 3,0 м / с перпендикулярно полю Земли, дает ЭДС = Бℓв = (5,0 × 10 −5 Тл) (1,0 м) (3,0 м / с) = 150 мкВ. Это небольшое значение согласуется с опытом. Однако есть впечатляющее исключение. В 1992 и 1996 годах с космическим шаттлом были предприняты попытки создать большие двигательные ЭДС. Привязанный спутник должен был быть выпущен на проводе длиной 20 км, как показано на рисунке 2, для создания ЭДС 5 кВ за счет движения с орбитальной скоростью через поле Земли.Эту ЭДС можно было бы использовать для преобразования некоторой кинетической и потенциальной энергии шаттла в электрическую, если бы можно было создать полную цепь. Чтобы замкнуть цепь, неподвижная ионосфера должна была обеспечить обратный путь для протекания тока. (Ионосфера — это разреженная и частично ионизированная атмосфера на орбитальных высотах. Она проводит из-за ионизации. Ионосфера выполняет ту же функцию, что и неподвижные рельсы и соединительный резистор на рисунке 1, без которых не было бы полной цепи.) Затягивание тока в кабеле из-за магнитной силы F = IℓB sin θ выполняет работу, которая уменьшает кинетическую и потенциальную энергию шаттла и позволяет преобразовать ее в электрическую энергию. Оба теста не увенчались успехом. В первом случае кабель завис, и его можно было протянуть только на пару сотен метров; во втором трос оборвался при почти полном растяжении. Следующий пример показывает выполнимость в принципе.

Пример 1. Расчет большой ЭДС движения объекта на орбите

Рисунок 2.ЭДС движения как преобразование электроэнергии для космического челнока является мотивацией для эксперимента с привязанным спутником. Согласно прогнозам, ЭДС 5 кВ будет индуцироваться в тросе длиной 20 км при движении с орбитальной скоростью в магнитном поле Земли. Цепь замыкается обратным трактом через неподвижную ионосферу.

Рассчитайте ЭДС движения, индуцированную вдоль проводника длиной 20,0 км, движущегося с орбитальной скоростью 7,80 км / с перпендикулярно магнитному полю Земли 5,00 × 10 −5 Тл.{3} \ text {V} \ end {array} \\ [/ latex].

Обсуждение

Полученное значение превышает измеренное напряжение 5 кВ для эксперимента с шаттлом, поскольку фактическое орбитальное движение троса не перпендикулярно полю Земли. Значение 7,80 кВ — это максимальная ЭДС, полученная при θ = 90º и sin θ = 1.

Сводка раздела

  • ЭДС, индуцированная движением относительно магнитного поля B , называется ЭДС движения и определяется выражением

    ЭДС = Bℓv ( B , ℓ и v перпендикулярно)

    , где — длина объекта, движущегося со скоростью v относительно поля.

Концептуальные вопросы

  1. Почему часть схемы должна перемещаться относительно других частей, чтобы можно было использовать ЭДС движения? Рассмотрим, например, что рельсы на рисунке 1 неподвижны относительно магнитного поля, в то время как стержень движется.
  2. Мощную индукционную пушку можно сделать, поместив металлический цилиндр внутрь катушки соленоида. Цилиндр принудительно выталкивается при быстром включении тока соленоида. Используйте законы Фарадея и Ленца, чтобы объяснить, как это работает.Почему цилиндр может стать активным / горячим при выстреле из пушки?
  3. Индукционная плита нагревает кастрюлю с помощью катушки переменного тока, расположенной под кастрюлей (и без горячей поверхности). Может ли поверхность печи быть проводником? Почему не работает катушка с постоянным током?
  4. Объясните, как можно разморозить замерзшую водопроводную трубу, намотав на нее катушку, по которой проходит переменный ток. Имеет значение, является ли труба проводником? Объяснять.

Задачи и упражнения

1.Используйте закон Фарадея, закон Ленца и RHR-1, чтобы показать, что магнитная сила, действующая на ток в движущемся стержне на рисунке 1, направлена ​​в направлении, противоположном его скорости.

2. Если в спутниковом тросе, показанном на рисунке 2, течет ток, используйте закон Фарадея, закон Ленца и RHR-1, чтобы показать, что на трос действует магнитная сила в направлении, противоположном его скорости.

3. (a) Реактивный самолет с размахом крыла 75,0 м летит со скоростью 280 м / с. Какая ЭДС возникает между законцовками крыльев, если вертикальная составляющая поля Земли равна 3?00 × 10 −5 T? (б) Может ли ЭДС такой величины иметь какие-либо последствия? Объяснять.

4. (a) Отвертка для цветных металлов используется в магнитном поле 2,00 Тл. Какая максимальная ЭДС может быть индуцирована на его длине 12,0 см, когда он движется со скоростью 6,00 м / с? б) Вероятно ли, что эта ЭДС будет иметь какие-либо последствия или даже будет замечена?

5. С какой скоростью должен двигаться скользящий стержень на Рисунке 1, чтобы создать ЭДС 1,00 В в поле 1,50 Тл, учитывая, что длина стержня равна 30.0 см?

6. Штанга длиной 12,0 см на Рисунке 1 движется со скоростью 4,00 м / с. Какова напряженность магнитного поля при наведении ЭДС 95,0 В.

7. Докажите, что когда B , и v не взаимно перпендикулярны, ЭДС движения определяется как ЭДС = Bℓv sin θ . Если v перпендикулярно B , то θ — это угол между и B . Если перпендикулярно B , то θ — это угол между v и B .

8. Во время полета космического челнока в августе 1992 г. удалось выпустить только 250 м проводящего троса, рассмотренного в Примере 1 (выше). ЭДС движения 40,0 В генерировалась в поле Земли 5,00 × 10 −5 Тл при движении со скоростью 7,80 × 10 3 м / с. Каков угол между скоростью шаттла и полем Земли, если предположить, что проводник перпендикулярен полю?

9. Integrated Concepts Выведите выражение для тока в системе, подобной показанной на рисунке 1, при следующих условиях.Сопротивление между рельсами составляет R, , рельсы и подвижный стержень идентичны в поперечном сечении A, и имеют одинаковое удельное сопротивление ρ . Расстояние между рельсами l, и шток движется с постоянной скоростью v перпендикулярно однородному полю B . В нулевой момент времени движущийся стержень находится рядом с сопротивлением R .

10. Integrated Concepts Привязанный спутник на Рисунке 2 имеет массу 525 кг и находится в конце 20-го.Кабель длиной 0 км, диаметром 2,50 мм с прочностью на разрыв, как сталь. (а) Насколько растягивается трос, если приложить усилие 100 Н, чтобы втянуть спутник? (Предположим, что спутник и шаттл находятся на одной высоте над Землей.) (B) Какова эффективная силовая постоянная кабеля? (c) Сколько энергии сохраняется в нем при растяжении силой 100 Н.

11. Integrated Concepts Привязанный спутник, обсуждаемый в этом модуле, вырабатывает 5,00 кВ и ток 10.0 А течет. (а) Какую силу магнитного сопротивления это создает, если система движется со скоростью 7,80 км / с? (b) Сколько кинетической энергии удаляется из системы за 1,00 ч, если не учитывать какие-либо изменения высоты или скорости за это время? (c) Каково изменение скорости, если масса системы составляет 100 000 кг? (d) Обсудите долгосрочные последствия (например, недельный полет) на орбите космического челнока, отметив, какой эффект имеет снижение скорости, и оценив величину этого эффекта.

Избранные решения проблем и упражнения

1.(а) 0,630 В (б) Нет, это очень малая ЭДС.

5. 2,22 м / с

11. (а) 10,0 Н (б) 2,81 × 10 8 Дж (в) 0,36 м / с (г) Для недельной миссии (168 часов) изменение скорости составит 60 м / с, или примерно 1%. В общем, уменьшение скорости приведет к тому, что орбита начнет вращаться по спирали внутрь, потому что скорости больше не будет достаточно для поддержания круговой орбиты. Долгосрочные последствия заключаются в том, что шаттлу потребуется немного больше топлива для поддержания желаемой скорости, в противном случае орбита будет слегка закручиваться внутрь.

Электромагнитные поля (ЭМП) и проблемы со здоровьем

Электромагнитные поля (ЭМП) генерируются вблизи линий электропередач, мобильных телефонов, вышек мобильной связи, радиовещательных вышек и аналогичных передатчиков. Могут ли ЭМП навредить здоровью человека — вопрос спорный. Одним из источников ЭМП, привлекшим к себе пристальное внимание средств массовой информации, является высоковольтная линия электропередачи.

Различные исследования всесторонне исследовали линии электропередач и рак (например, лейкоз), чтобы выяснить, существует ли причинная связь.Некоторые исследователи утверждают, что электромагнитные поля, генерируемые линиями электропередач, имеют слишком низкие частоты, чтобы влиять на живые клетки или повредить ДНК. Другие исследователи не согласны. Они предполагают, что ЭМП от линий электропередач может вызвать значительные изменения в биологической системе через электрические поля, индуцируемые в организме. Были разработаны научные стандарты, чтобы ограничить воздействие ЭМП промышленной частоты на людей, чтобы наведенные токи были ниже тех, которые возникают в организме естественным образом.

Два десятилетия споров

В 1979 году исследователи, изучающие лейкоз у детей в Денвере, Колорадо (США), обнаружили связь между сильноточной конфигурацией электропроводки рядом с домом и повышенным риском рака у детей (Wertheimer and Leeper).В этой первоначальной работе, однако, не проводились измерения электромагнитных полей, вместо этого полагались на расстояние от линий электропередач и тип проводки. С тех пор исследователи по всему миру исследовали линии электропередач. На сегодняшний день серьезные ограничения были выявлены почти во всех исследованиях линий электропередач и рака. Не удалось подтвердить, существует ли реальная связь между ЭМП и раком.

Результаты Великобритании неубедительны

Национальный совет по радиологической защите (NRPB) Великобритании недавно опубликовал отчет, в котором были обнаружены некоторые доказательства того, что воздействие ЭМП превышает 0.4 микротесла (мкТл) связаны с удвоением риска лейкемии у детей. Обзор не обнаружил доказательств повышенного риска рака у взрослых. Однако NRPB осторожно объяснил, что причинно-следственная связь не обнаружен, и рекомендовал провести дальнейшие исследования. Доказательства этого эффекта были неубедительными, поскольку ключевые исследования в обзоре могли пострадать от систематической ошибки отбора или случайных вариаций.

Нет доказательств вреда

Несмотря на доказательства повышенного риска лейкемии у детей, подвергшихся воздействию выше 0.4 мкТл ЭМП, ряд экспериментальных исследований не смог предоставить четких подтверждающих доказательств для утверждения о том, что ЭМП может быть вредным для здоровья, в том числе:
  • Нет четких доказательств того, что ЭМП влияет на биологические процессы.
  • Нет доказательств того, что ЭМП может изменять живые клетки или является генотоксичным (вредным для ДНК).
  • Нет убедительных доказательств из исследований на животных, подтверждающих утверждение, что ЭМП увеличивает риск рака.

Политика правительства штата Виктория

Департамент социальных служб штата Виктория поддерживает точку зрения о том, что действующие руководящие принципы по ЭМП и линиям электропередачи являются адекватными, поскольку ЭМП, генерируемое линиями электропередач, значительно ниже рекомендованного максимального предела воздействия.
Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *