Elektromotorische kracht (EMF) en potentiaalverschil (PD)

EMF en PD worden beide gemeten in volt, maar ze zijn niet hetzelfde.Het is belangrijk om het verschil tussen hen te begrijpen in elektrisch en elektronisch circuitontwerp.Dit helpt verwarring te voorkomen en zorgt ervoor dat de juiste termen worden gebruikt.Dit artikel onderzoekt deze basisconcepten en legt uit wat ze anders maakt, hoe ze worden gebruikt en hoe ze samenwerken in verschillende elektrische componenten.Het artikel verklaart niet alleen de theorie achter EMF en PD, maar laat ook zien hoe ze in het echte leven van toepassing zijn, van eenvoudige batterijen tot complexe elektronische apparaten.Het kennen van deze principes is goed voor het verbeteren van technologie en het efficiënter en effectiever maken van elektrische systemen door de elektronenstroom en spanningsniveaus nauwkeurig te regelen.

Catalogus

Figuur 1: Elektromotorische kracht (EMF) en potentiaalverschil (PD)

Inzicht in elektromotorische kracht (EMF)

Elektromotorische kracht of EMF, is een basisidee in elektromagnetisme waardoor elektronen in een elektrisch circuit bewegen.EMF is de energie die een stroombron biedt voor elke eenheid van elektrische lading, ongeacht de stroom die het creëert.Dit is belangrijk in apparaten zoals generatoren en batterijen, waar energie wordt omgezet in elektriciteit.EMF wordt vaak gezien als de spanning die een stroombron geeft wanneer er geen stroom stroomt, wat zijn rol als uitgangspunt van energiebeweging aantoont in plaats van een resultaat ervan.

In dagelijkse termen is EMF de reden waarom een ​​batterij stroom door een circuit kan duwen, zelfs tegen weerstand, waardoor de elektriciteit stroomt.In de natuurkunde is EMF het werk dat nodig is om een ​​lading helemaal rond een circuit te verplaatsen, rekening houdend met zowel buiten- als binnenweerstanden.

Figuur 2: elektrochemische cel

Figuur 3: EMF Working Principle

Wat is het potentiële verschil (spanning)?

Potentiaalverschil, ook bekend als spanning, meet het verschil in elektrische energie tussen twee punten in een circuit, waaruit blijkt hoeveel energie wordt gewonnen of verloren wanneer een lading tussen deze punten beweegt.Dit verschil maakt de elektrische stroom door circuitonderdelen zoals weerstanden of condensatoren, verandert in warmte, licht of andere vormen van energie.

Spanning, ook bekend als potentiaalverschil, is belangrijk in zowel theorie als praktijk in elektrotechniek.Het vertegenwoordigt de energie die elektronen door een geleider en een deel van de wet van Ohm verplaatst, die spanning, stroom en weerstand verbindt.De spanning is goed voor bedieningsapparaten zoals transistors in microchips, het verlichten van LED's en het beheren van batterij opladen en ontladen.Hoge spanningen zijn nuttig in vermogenstransmissie om energieverlies over lange afstanden te minimaliseren.

In elektronische circuits bepalen de spanningsniveaus hoe digitale circuits zich gedragen, bepalen wanneer halfgeleiderapparaten in- of uitschakelen en de prestaties en levensduur van elektrische motoren beïnvloeden.

Figuur 4: Energie gemeten in PD

Figuur 5: Spanningspolariteit

Elektromotorische kracht (EMF) en Potential Difference (PD) vergelijking

Denk aan een eenvoudige batterij in een circuit om het verschil tussen EMF en potentiaalverschil uit te leggen.De spanning op de batterij, zoals 1,5 volt, is de EMF, dat is de maximale kracht die de stroom door het circuit duwt.Wanneer de batterij echter in gebruik is, onder zware belasting of naarmate deze ouder wordt, daalt deze spanning door interne weerstand.

EMF (elektromotorische kracht) is de spanning wanneer de batterij niets voedt, gemeten zonder enige belasting.Het is de interne stroom van de batterij.Potentiaalverschil is de werkelijke spanning die u ziet wanneer de batterij een circuit voedt.Wanneer er geen belasting is, is het potentiaalverschil gelijk aan de EMF.Maar wanneer een belasting is verbonden, daalt het potentiaalverschil, hoewel de EMF hetzelfde blijft.

Potentieel verschil (PD)	Vs.	Electromotive Force (EMF)
Gebeurt Wanneer de stroom door een weerstand stroomt	Definitie	De elektrische kracht gegenereerd door een cel of batterij
PD is het effect.	Relatie	EMF is de oorzaak
Nul Als er geen stroom stroomt	Aanwezigheid van stroom	Bestaat Zelfs als er geen stroom stroomt
Volt	Eenheid	Volt
Wijzigingen Gebaseerd op het circuit	Standvastigheid	Verblijf hetzelfde
V	Symbool	E
Hangt ervan af over de weerstand tussen twee punten	Afhankelijkheid van weerstand	Doet niet vertrouwen op weerstand
V = IR	Formule	E = I (r + r)
Licht lamp	Voorbeeld	Cel, batterij

Figuur 6: Circuitdiagram EMF en PD

Voorbeeldproblemen

Probleem 1: Zoek de stroom die door een batterij stroomt met 2 volt en 0,02 ohm interne weerstand wanneer de terminals rechtstreeks op elkaar zijn aangesloten.

Om dit uit te zoeken, zullen we de wet van de OHM gebruiken, formule die spanning, stroom en weerstand relateert.

Laten we eerst een lijst maken van wat we weten:

• spanning (v) = 2 volt

• Interne weerstand (R) = 0,02 ohm

• OHM's wet = V = ir

Maar we willen de huidige (I) vinden, dus herschikken we de formule naar:

Dus als u de terminals aansluit, stroomt 100 ampère stroom door de batterij.

Probleem 2: Zoek de stroom die door een batterij stroomt met 10 volt, 5 ohm interne weerstand en 5 ohm belastingsweerstand verbonden in serie.Bereken ook de terminalspanning van de batterij.

Nogmaals, de wet van Ohm zal onze gids zijn, maar deze keer hebben we te maken met twee weerstanden in series: de interne weerstand van de batterij en de belastingweerstand.

Dit is wat we weten:

• emf (spanning) = 10 volt

• Laadweerstand (rload) = 5 ohm

• Interne weerstand (R) = 5 ohm

Om de stroom te vinden, gebruiken we de formule:

Dus stroomt 1 amp stroom door het circuit.

Om de terminalspanning van de batterij te vinden (wat de spanning is die u daadwerkelijk over de terminals zou meten), trekken we de spanningsval af over de interne weerstand van de EMF.

Dit kan worden berekend als:

De terminalspanning is dus 5 volt.Dit vertelt ons dat de batterij een deel van zijn oorspronkelijke spanning verliest over zijn eigen interne weerstand, waardoor u 5 volt hebt bij de terminals.

Conclusie

De discussie over Electromotive Force (EMF) en Potential Difference (PD) omvat belangrijke basisideeën in elektriciteitsbehoefte voor het ontwerpen en operationele circuits.Door het verschil tussen EMF uit te leggen, dat is de spanning in een stroombron wanneer deze niet is verbonden met een belasting, en PD, wat de spanning is wanneer de bron wordt gebruikt, helpt het artikel ons beter te begrijpen hoe elektrische apparaten in verschillende situaties werken.De voorbeeldproblemen zijn opgenomen hoe deze concepten in het echte leven van toepassing zijn, waardoor duidelijk wordt waarom ze ertoe doen.Dit begrip helpt om betere elektrische systemen te creëren, waardoor wat ze in theorie leren, verbinden met praktische engineering.Door deze ideeën grondig te analyseren, kunnen we de moderne elektronica blijven bevorderen, waardoor onze technologie niet alleen krachtiger maar ook betrouwbaarder en duurzamer wordt.

Veelgestelde vragen [FAQ]

1. Wat is een voorbeeld van elektromotorische kracht?

Een voorbeeld van elektromotorische kracht is de spanning die wordt gegenereerd door een batterij.Een typische AA -batterij produceert bijvoorbeeld een EMF van ongeveer 1,5 volt.Wanneer de batterij niet is aangesloten op een circuit (d.w.z. geen stroom stroomt) kan de EMF worden gemeten over de terminals.Deze spanning is te wijten aan de chemische reacties die in de batterij plaatsvinden en een scheiding van lading creëren en bijgevolg een spanning genereren.

2. Wat is een voorbeeld van potentieel verschil?

Een voorbeeld van potentieel verschil is de spanning over een gloeilamp in een circuit.Wanneer een 12-volt batterij is verbonden met een gloeilamp die is ontworpen voor 12 volt, is het potentiële verschil over de terminals van de lamp 12 volt terwijl de lamp werkt.Dit potentiële verschil zorgt ervoor dat de stroom door de lamp stroomt en verlicht.

3. Wat is de eenheid van elektromotorische kracht van een cel?

De eenheid van elektromotorische kracht is de volt (V), hetzelfde als voor potentiaalverschil.Het kwantificeert het elektrische potentiaal dat door de cel wordt gecreëerd, onafhankelijk van de stroom die stroomt.

4. Hoe EMF is groter dan potentieel verschil?

EMF kan groter zijn dan potentiaalverschil in een praktisch scenario waarbij een batterij of generator wordt belast.Overweeg bijvoorbeeld een batterij met een EMF van 9 volt.Wanneer aangesloten op een circuittekeningstroom, kan het potentiaalverschil gemeten over de terminals van de batterij dalen tot bijvoorbeeld 8,5 volt vanwege interne weerstand.De oorspronkelijke 9 volt is de EMF, het maximale potentiaalverschil wanneer geen stroom stroomt, terwijl de 8,5 volt het werkelijke potentiaalverschil is onder belasting.

5. Is potentieel verschil een kracht of energie?

Potentieel verschil is noch een kracht noch energie.Het is een meting van elektrische potentiaal tussen twee punten in een circuit.Het vertegenwoordigt het vereiste werk per lading van eenheid om een ​​lading tussen die twee punten te verplaatsen en wordt uitgedrukt in volt.

6. Zijn EMF en elektrische energie hetzelfde?

Nee, EMF en elektrische energie zijn niet hetzelfde.EMF verwijst naar het potentieel dat door een bron is gecreëerd om elektrische ladingen te verplaatsen, uitgedrukt in volt.Elektrische energie daarentegen verwijst naar het werkelijke werk dat wordt gedaan of energie overgedragen wanneer elektrische ladingen door een circuit worden beweegt gemeten in joules.

7. Kan EMF negatief zijn?

Ja, EMF kan negatief zijn, afhankelijk van de meetrichting en de aard van de bron.In het geval van elektrische generatoren, als de meetrichting bijvoorbeeld tegengesteld is aan de richting van de geïnduceerde EMF (volgens de rechterregel in de fysica), zal de gemeten EMF negatief zijn.Deze negatieve EMF geeft aan dat de richting van de geïnduceerde spanning tegengesteld is aan de gekozen referentierichting.