ما الفرق بين EMF والجهد: شرح بسيط في المثال

ما هي القوة الكهربائية؟

لقد درسنا هذه المشكلة بالتفصيل في مقالة منفصلة:https://arm.electricianexp.com/chto-takoe-eds-obyasnenie-prostymi-slovami.html

يُعرف EMF بأنه كمية مادية تميز تشغيل أي قوى خارجية تقع في مصادر الطاقة التيار المباشر أو المتناوب. علاوة على ذلك ، إذا كانت هناك دائرة مغلقة ، فيمكننا القول أن EMF يساوي عمل القوى في تحريك شحنة موجبة إلى سلبية في دائرة مغلقة. أو بكلمات بسيطة ، يمثل EMF للمصدر الحالي العمل المطلوب لتحريك شحنة وحدة بين القطبين.

علاوة على ذلك ، إذا كان المصدر الحالي لديه قوة غير محدودة ، ولا توجد مقاومة داخلية (الموضع A في الشكل) ، فيمكن حساب EMF من قانون أوم لقسم السلسلةلان الجهد والقوة الكهربائية في هذه الحالة متساويان.

I = U / R ،

حيث U هو الجهد ، وفي المثال المعتبر هو EMF.

ومع ذلك ، فإن مصدر الطاقة الحقيقي لديه مقاومة داخلية محدودة. لذلك ، لا يمكن تطبيق هذا الحساب في الممارسة العملية. في هذه الحالة ، لتحديد EMF ، استخدم صيغة الدائرة الكاملة.

I = E / (R + r) ،

حيث E (يُشار إليه أيضًا باسم "ԑ") هو EMF ؛ R هي مقاومة الحمل ، r هي المقاومة الداخلية لمصدر الطاقة ، I هو التيار في الدائرة.

ومع ذلك ، فإن هذه الصيغة لا تأخذ في الاعتبار مقاومة موصلات الدائرة. من الضروري أن نفهم أنه داخل مصدر التيار المستمر وفي الدائرة الخارجية ، يتدفق التيار في اتجاهات مختلفة. يكمن الاختلاف في حقيقة أنه داخل العنصر يتدفق من ناقص إلى زائد ، ثم في الدائرة الخارجية من زائد إلى ناقص.

هذا موضح بوضوح في الشكل أدناه:

في هذه الحالة ، يتم قياس القوة الكهربائية باستخدام الفولتميتر ، في حالة عدم وجود حمل ، أي مصدر الطاقة في وضع الخمول.

للعثور على EMF من خلال مقاومة الجهد والحمل ، تحتاج إلى العثور على المقاومة الداخلية لمصدر الطاقة ، لقياس هذا الجهد مرتين في تيارات الحمل المختلفة ، ثم العثور على المقاومة الداخلية. فيما يلي إجراء الحساب بالصيغ ، ثم R1 ، R2 هي مقاومة الحمل للقياسين الأول والثاني ، على التوالي ، القيم المتبقية متشابهة ، U1 ، U2 هي جهد المصدر عند أطرافه تحت الحمل.

لذلك ، نحن نعرف التيار ، فهو يساوي:

I1 = E / (R1 + r)

I2 = E / (R2 + r)

حيث:

R1 = U1 / I1

R2 = U2 / I2

إذا استبدلنا في المعادلات الأولى ، فعندئذٍ:

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

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

الآن نقسم الأجزاء اليسرى واليمنى إلى بعضها البعض:

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

بعد حساب مقاومة المصدر الحالي نحصل على:

ص = (U1-U2) / (I1-I2)

المقاومة الداخلية:

r = (U1 + U2) / I ،

حيث U1 ، U2 هو الجهد عند أطراف المصدر عند تيارات الحمل المختلفة ، I هو التيار في الدائرة.

ثم يكون EMF:

E = I * (R + r) أو E = U1 + I1 * r

ما هو الجهد

الجهد الكهربائي (المشار إليه بـ U) هو كمية مادية تعكس الخصائص الكمية للمجال الكهربائي في نقل الشحنة من النقطة A إلى النقطة B. وبناءً على ذلك ، يمكن أن يكون الجهد بين نقطتين في الدائرة ، ولكن على عكس EMF ، يمكن أن يكون بين استنتاجين منها أحد عناصر السلسلة. تذكر أن EMF يميز العمل الذي تقوم به القوى الخارجية ، أي عمل المصدر الحالي أو EMF لنقل الشحنة عبر الدائرة بأكملها ، وليس على عنصر معين.

يمكن التعبير عن هذا التعريف بلغة بسيطة. جهد مصادر التيار المباشر هو القوة التي تحرك الإلكترونات الحرة من ذرة إلى أخرى في اتجاه معين.

لتبديل التيار ، يتم استخدام المفاهيم التالية:

• الجهد اللحظي هو الفرق المحتمل بين النقاط في فترة زمنية معينة ؛
• قيمة السعة - تمثل القيمة القصوى المعيارية لقيمة الجهد اللحظي على مدى فترة من الزمن ؛
• متوسط ​​القيمة هو المكون الثابت للجهد ؛
• RMS و RMS.

يعتمد جهد الدائرة على مادة الموصل ومقاومة الحمل ودرجة الحرارة. تقاس مثل القوة الكهربائية بالفولت.

في كثير من الأحيان ، لفهم المعنى المادي للإجهاد ، يتم مقارنته ببرج المياه. يتم تحديد عمود الماء بالجهد ، والتدفق مع التيار.

في الوقت نفسه ، ينخفض ​​عمود الماء في البرج تدريجيًا ، مما يميز انخفاض الجهد وانخفاض القوة الحالية.

إذن ما هو الفرق

لفهم أفضل لما هو الفرق في القوة الكهربائية من الجهد ، فكر في مثال. هناك مصدر للطاقة الكهربائية للقوة اللانهائية ، حيث لا توجد مقاومة داخلية. يتم تحميل الحمل في الدائرة الكهربائية. في هذه الحالة ، القول بأن EMF والجهد متساويان ، أي أنه لا يوجد فرق بين هذه المفاهيم ، صحيح.

ومع ذلك ، فهذه ظروف مثالية لا تحدث في الحياة الحقيقية. يتم استخدام هذه الشروط حصريًا في الحسابات. في الحياة الواقعية ، تؤخذ المقاومة الداخلية لمصدر الطاقة بعين الاعتبار. في هذه الحالة ، يختلف EMF والجهد.

يوضح الشكل ما الفرق في قيم القوة الكهربائية والجهد في الظروف الحقيقية. تصف الصيغة أعلاه لقانون أوم لسلسلة كاملة جميع العمليات. مع الدائرة المفتوحة ، ستكون أطراف البطارية 1.5 فولت. هذه هي قيمة EMF. من خلال توصيل الحمل ، في هذه الحالة يكون مصباح ، سيكون له جهد 1 فولت.

الفرق من مصدر مثالي هو المقاومة الداخلية لمصدر الطاقة. عند هذه المقاومة ، يحدث انخفاض الجهد. يتم وصف هذه العمليات من خلال قانون أوم لسلسلة كاملة.

إذا أظهر جهاز القياس في أطراف مصدر الطاقة الكهربائية قيمة 1.5 فولت ، فستكون قوة كهربائية ، لكننا سنكررها ، بشرط عدم وجود حمل.

عند توصيل الحمل ، سيكون للأطراف قيمة أقل بشكل واضح. هذا هو التوتر.

الخلاصة

من ما سبق ، يمكننا أن نستنتج أن الفرق الرئيسي بين EMF والجهد هو:

1. تعتمد القوة الكهربائية على مصدر الطاقة ، ويعتمد الجهد على الحمل المتصل والتيار المتدفق عبر الدائرة.
2. القوة الكهربائية هي كمية مادية تميز عمل القوى الخارجية ذات الأصل غير الكهربائي التي تحدث في دارات التيار المستمر والتيار المتردد.
3. الجهد و EMF لديه وحدة قياس واحدة - فولت.
4. U هي كمية مادية تساوي عمل المجال الكهربائي الفعال الناتج عند نقل شحنة اختبار الوحدة من النقطة A إلى النقطة B.

وبالتالي ، باختصار ، إذا تم تمثيل U كعمود من الماء ، فيمكن تصور EMF أنها مضخة تحافظ على مستوى ثابت من الماء. نأمل أن تفهم الفرق الرئيسي بعد قراءة المقال!

المواد ذات الصلة:

• ما الفرق بين المحول والمحول التلقائي
• الفرق بين المقاول والمبتدئ
• كيفية معرفة ما إذا كان هناك جهد في المخرج