Ilgą laiką praeinant per grandinę, būtina nuolat palaikyti potencialų skirtumą įtampos šaltinio poliuose. Panašiai, jei du indai yra sujungti vamzdžiu su skirtingi lygiai vandens, tada vanduo judės iš vieno indo į kitą, kol lygiai induose bus vienodi. Įpylus vandens į vieną indą ir ištraukiant jį iš kito, galima užtikrinti, kad vandens judėjimas vamzdeliu tarp indų tęsis nenutrūkstamai.

Kai veikia šaltinis elektros energija elektronai perkeliami iš anodo į katodą.

Iš to galime daryti išvadą, kad elektros energijos šaltinio viduje veikia jėga, kuri turi nuolat palaikyti srovę grandinėje, tai yra, kitaip tariant, turi užtikrinti šio šaltinio veikimą.

Priežastis, kuri nustato ir palaiko potencialų skirtumą, sukelia srovę grandinėje, įveikdama jos išorinę ir vidinę varžą, vadinama (sutrumpintai emf) ir nurodoma raide. E.

Elektros energijos šaltinių elektrovaros jėga atsiranda veikiant kiekvienam iš jų būdingoms priežastims.

Cheminiuose elektros energijos šaltiniuose (galvaniniuose elementuose, baterijose) e. d.s. gaunami dėl cheminių reakcijų, generatoriuose e. d.s. atsiranda dėl, termoelementuose – dėl šiluminės energijos.

Potencialų skirtumas, dėl kurio srovė praeina per sekcijos varžą elektros grandinė, vadinamas įtampa tarp šio skyriaus galų. Elektrovaros jėga ir įtampa matuojami voltais. Norint išmatuoti e. d.s. ir įtampa yra prietaisai – voltmetrai (1 pav.).

Tūkstančios voltų dalys – milivoltai – matuojamos milivoltmetrais, tūkstančiai voltų – kilovoltų – kilovoltmetrais.

Norint išmatuoti e. d.s. elektros energijos šaltinio, būtina prijungti voltmetrą prie šio šaltinio gnybtų, kai išorinė grandinė yra atvira (2 pav.). Norint išmatuoti įtampą bet kurioje elektros grandinės dalyje, voltmetras turi būti prijungtas prie šios sekcijos galų (3 pav.).

2 pav. Elemento elektrovaros jėgos matavimas voltmetru	3 pav. Įtampos matavimas voltmetru įvairiose elektros grandinės dalyse

1 vaizdo įrašas. Kas yra elektrovaros jėga (EMF)

EMF šaltinis

1 pav. EML šaltinio (kairėje) ir tikrojo įtampos šaltinio (dešinėje) schemose žymėjimas

ŠaltinisEMF (idealus įtampos šaltinis) - dvipolis, Įtampa ant kurių gnybtų yra pastovus (nepriklauso nuo srovės grandinėje). Įtampa gali būti nustatyta kaip pastovi, kaip laiko funkcija arba kaip išorinis valdymo įėjimas.

Paprasčiausiu atveju įtampa apibrėžiama kaip konstanta, tai yra, EMF šaltinio įtampa yra pastovi.

Tikrieji įtampos šaltiniai

2 pav

3 pav. Apkrovos charakteristika

Idealus įtampos šaltinis (EMF šaltinis) yra fizinė abstrakcija, tai yra, toks įrenginys negali egzistuoti. Darant prielaidą, kad toks įrenginys egzistuoja elektros aš, tekantis per jį, būtų linkęs į begalybę, kai prijungiama apkrova, pasipriešinimas R H kuri linkusi į nulį. Bet pasirodo, kad galia EML šaltinis taip pat linkęs į begalybę, nes . Tačiau tai neįmanoma, nes bet kurio energijos šaltinio galia yra ribota.

Tiesą sakant, bet koks įtampos šaltinis turi vidinę varžą. r, kuris yra atvirkščiai susijęs su šaltinio galia. Tai yra, kuo didesnė galia, tuo mažesnė varža (tam tikrai pastoviai šaltinio įtampai) ir atvirkščiai. Vidinės varžos buvimas išskiria tikrą įtampos šaltinį nuo idealaus. Reikia pažymėti, kad vidinė varža yra išskirtinai konstruktyvi energijos šaltinio savybė. Tikro įtampos šaltinio lygiavertė grandinė yra nuoseklus EMF šaltinio jungtis - E(idealus įtampos šaltinis) ir vidinė varža - r.

3 paveiksle parodytos idealaus įtampos šaltinio (emf šaltinio) (mėlyna linija) ir tikrojo įtampos šaltinio (raudona linija) apkrovos charakteristikos.

Įtampos kritimas per vidinę varžą;

Įtampos kritimas visoje apkrovoje.

Įvykus trumpajam jungimui (), tai yra, visa energijos šaltinio galia išsisklaido jo vidinėje varžoje. Tokiu atveju srovė bus didžiausia šiam EML šaltiniui. Žinant įtampą tuščiąja eiga ir trumpojo jungimo srovė, galite apskaičiuoti vidinę įtampos šaltinio varžą:

Dabartinis šaltinis.

1 paveikslas - diagrama su dabartinio šaltinio simboliu

2.1 pav. Pavadinimas srovės šaltinio diagramose

3 pav. Srovės generatoriaus tipo srovės veidrodis, sumontuotas ant bipolinių tranzistorių

Dabartinis šaltinis(taip pat srovės generatorius) - dviejų gnybtų grandinė, kuri sukuria srovę, kuri nepriklauso nuo apkrovos, prie kurios ji yra prijungta, varžos. Kasdieniame gyvenime „srovės šaltiniu“ dažnai netiksliai vadinamas bet koks elektros įtampos šaltinis (baterija, generatorius, lizdas), tačiau griežtai fizine prasme taip nėra, be to, kasdieniame gyvenime dažniausiai naudojami įtampos šaltiniai yra daug artimesni savo savybėmis. charakteristikas EML šaltiniui, o ne šaltinio srovei.

1 paveiksle parodyta lygiavertė dvipolio tranzistoriaus, turinčio srovės šaltinį, grandinė (nurodanti S U be; rodyklė apskritime rodo teigiamą srovės šaltinio srovės kryptį), sukurianti srovę S U be, ty srovę, kuri priklauso nuo įtampa kitoje srityje.

Idealus srovės šaltinis

Idealaus srovės šaltinio gnybtų įtampa priklauso tik nuo išorinės grandinės varžos:

Galia, kurią srovės šaltinis suteikia tinklui, yra lygi:

Kadangi srovės šaltinio išskiriama įtampa ir galia didėja neribotą laiką didėjant pasipriešinimui.

Tikrasis srovės šaltinis

Realų srovės šaltinį, taip pat EMF šaltinį tiesiniu aproksimavimu galima apibūdinti tokiu parametru kaip vidinė varža. Skirtumas tas, kad kuo didesnė vidinė varža, tuo srovės šaltinis artimesnis idealui (EMF šaltinis, priešingai, kuo arčiau idealo, tuo mažesnė jo vidinė varža). Tikras srovės šaltinis su vidine varža yra lygiavertis tikram EMF šaltiniui su vidine varža ir EMF.

Įtampa tikrojo srovės šaltinio gnybtuose yra:

Srovės stiprumas grandinėje yra:

Realaus srovės šaltinio tinklui suteikiama galia yra lygi:

Pavyzdžiai

Srovės šaltinis yra induktorius, per kurį srovė tekėjo iš išorinio šaltinio, kurį laiką () po to, kai šaltinis buvo išjungtas. Tai paaiškina kontaktų kibirkščiavimą greito indukcinės apkrovos atjungimo metu: noras išlaikyti srovę staigiai padidėjus pasipriešinimui (atsiranda oro tarpas) sukelia tarpo suskaidymą.

Srovės transformatoriaus antrinė apvija, kurios pirminė apvija nuosekliai sujungta su galinga kintamosios srovės linija, gali būti laikoma beveik idealiu srovės šaltiniu, tik ne tiesioginės, o kintamos. Todėl srovės transformatoriaus antrinės grandinės atidarymas yra nepriimtinas; vietoj to, jei reikia perjungti antrinės apvijos grandinėje neatjungiant linijos, ši apvija preliminariai šuntuojama.

Taikymas

Realios srovės generatoriai turi įvairių apribojimų (pavyzdžiui, išėjimo įtampa), taip pat netiesinę priklausomybę nuo išorinių sąlygų. Pavyzdžiui, realios srovės generatoriai sukuria elektros srovę tik tam tikrame įtampų diapazone, kurios viršutinė riba priklauso nuo šaltinio maitinimo įtampos. Taigi tikrieji srovės šaltiniai turi apkrovos ribas.

Srovės šaltiniai plačiai naudojami analoginėse grandinėse, pavyzdžiui, matavimo tiltams maitinti, diferencialinių stiprintuvų pakopoms, ypač operaciniams stiprintuvams, maitinti.

Srovės generatoriaus koncepcija naudojama tikriems elektroniniams komponentams pateikti kaip lygiavertes grandines. Norint apibūdinti aktyvius elementus, jiems pateikiamos lygiavertės grandinės, kuriose yra valdomi generatoriai:

Įtampa valdomas srovės šaltinis (sutrumpintai ITUN)

Srovės valdomas srovės šaltinis (sutrumpintai ITUT)

Ponai, šiandien mes kalbėsime apie tai Įtampa. Šį žodį visi girdėjo ne kartą. Visi kažką apie jį žino.

Bet kas tiksliai yra ta įtampa? Kas yra fiziškai? Iš kur ji atsiranda? Šiandien mes stengsimės atsakyti į visus šiuos klausimus.

Pirmiausia išsiaiškinkime, kokia yra ši įtampa? Klasikinė fizika pateikia formalų apibrėžimą, kuris yra gana sudėtingas greitam supratimui. Tai yra susieta su formaliu lauko krūvių potencialios energijos apibrėžimu, iš tikrųjų potencialu ir jų skirtumu. Visas šias viršūnes palaiko visa formulių kaskada. Mano nuomone, tokia padėtis labai apsunkina streso atsiradimo proceso fizikos supratimą ir yra nepaprasta tik sprendžiant akademines problemas, kurios turi mažai bendro su tikrove. Dabar bandysime susitvarkyti su įtampa, kaip sakoma, ant pirštų, kad suprastume vykstančių procesų fiziką. Daugeliui to pakaks. Jei ne, tikiuosi, kad po šio paaiškinimo formulės iš mokyklinio fizikos vadovėlio bus suprantamos kiek lengviau ir greičiau.

Paimkime du elektrodus. Pavyzdžiui, maitinimo gnybtai arba akumuliatoriaus gnybtai. Dabar, jei kažkaip sukursime tokias sąlygas, kad „neigiamame“ gnybte būtų elektronų perteklius, palyginti su „pliuso“ gnybtu, tada galime sakyti, kad tarp šių dviejų gnybtų yra įtampa. Įtampos atsiradimo esmė ta, kad dalis elektronų iš vieno gnybto („teigiamas“) perkeliamas į kitą („neigiamas“). Kuo daugiau elektronų perkelsime, tuo didesnė bus sukuriama įtampa. Dabar, jei uždarysime šiuos gnybtus kartu, tada elektronai pradės grįžti iš neigiamo gnybto atgal į teigiamą, iš kur jie buvo paimti - jis tekės elektros. Tai yra, tam tikromis sąlygomis įtampa sukuria elektros srovę.

Įtampa, kaip manau, visi žinote, matuojama voltais. Tačiau voltas nėra įtrauktas į pagrindinius SI sistemos vienetus. Voltas yra 1 džaulis (energijos vienetas) / 1 kulonas (įkrovos vienetas). Kodėl taip yra? Galite pažvelgti į formalųjį išvedimą fizikos vadovėlyje. O jei paaiškinsi ant pirštų – tada viskas gana paprasta. To paties ženklo krūviai (ypač elektronai), kaip jūs ir aš prisimename, atstumia vienas kitą. Todėl norint nutempti elektroną iš teigiamo gnybto į neigiamą gnybtą – kur jau yra krūva elektronų – reikia padaryti tam tikrą dirbti. Neigiamas terminalas atstumia elektronai nuo mūsų, o mes jėga paspauskite ant jo. Tai tarsi bandymas dar labiau suspausti jau pusiau suspaustą spyruoklę. Gana sunku. Vieno volto įtampa tarp gnybtų atsiranda, kai atliekame 1 džaulio darbą, kai perkeliame 1 pakabuko krūvį iš vieno gnybto į kitą.

Nereikėtų manyti, kad šis darbas atliekamas veltui. Ne ir dar kartą ne! Ši energija kaupia atsargas. Po to, kai uždarome grandinę ir elektronika grįžta iš minuso į pliusą - džiaugiasi, kad grįžta namo, gali patys pasidaryti dirbti- pavyzdžiui, įkaitinti varžą arba pasukti elektros variklį ar dar ką nors. Taigi įtampa yra toks dalykas, kad ji visada pasiruošusi trykšti energija.

Kyla pagrįstas klausimas – kaip perkelti elektronus iš teigiamo gnybto į neigiamą? Kaip sukurti šią įtampą? Yra nemažai būdų. Pavyzdžiui, baterijose - šis perkėlimas įvyksta dėl cheminė reakcija. Saulės elementuose – dėl šviesos energijos poveikio puslaidininkinėms medžiagoms. Generatoriuose – per veiksmą magnetinis laukas ant jame judančių laidininkų. Galbūt vėliau plačiau paliesime šių dalykų prigimtį.

Šios jėgos, kurios dalyvauja elektronams perkeliant iš pliuso į minusą, vadinamos išorės jėgos. Ir darbas, kurį jie atlieka, žinoma, bus vadinamas išorinių jėgų darbu. Ir čia terminas EML atsiranda savaime - elektrovaros jėga.

EMF yra išorinių jėgų darbo, perkeliant tam tikrą krūvį, santykis su šiuo krūviu. Tiesą sakant, ta pati įtampa gaunama, tik, jei taip galima sakyti, iš kitos pusės. Įtampa vis tiek kyla tarp gnybtų ir yra atvira vartotojui. O EMF yra tai, kas yra paslėpta nuo vartotojo ir apibūdinama procesus šaltinio viduje. Šie procesai, šis darbas vyksta visą laiką, kol šaltinis veikia ir palaiko jo gaminamą įtampą.

Pažvelkime į vidinę įtampos šaltinio struktūrą, kaip pavyzdį naudodami paprastą modelį. Šis modelis yra serijinis atsparumas šaltinio branduolys- prietaisas, kuriame įvairūs įtampos formavimo procesai ir šaltinio vidinė varža. Žinoma, tikruose įrenginiuose jie yra neatskiriami vienas nuo kito. Tačiau, kad būtų lengviau suprasti vykstančius procesus, juos galima suskirstyti, esmė to nepasikeis. Taigi, ponai, vadinamoji šaltinio šerdis suteikia mums įtampą, lygiai lygią EMF. Bet maitinimo šaltinio gnybtuose - išorėje - galime išmatuoti įtampą, lygią EMF ir mažesnę už ją.

Panagrinėkime tris skirtingus atvejus (1 pav., 2 pav., 3 pav.). Visuose šiuose paveiksluose apskritimas su pliusu ir minusu yra šaltinio šerdis, kuri tiesiogiai formuoja įtampą. Jame veikia būtent išorinės jėgos ir susidaro EML. Ši šerdis suteikia mums įtampą, lygiai lygią EMF vertei. Varža R1 čia yra šaltinio vidinė varža. Paprastai praktiškai jis svyruoja nuo omo dalių iki omo vienetų. Atkreipkite dėmesį, ponai, tiek šerdis E1, tiek varža R1 yra apbraukti punktyrine linija – jie yra akumuliatoriaus viduje! Tačiau pasipriešinimas R2 yra už akumuliatoriaus ribų - tai yra mūsų naudingoji apkrova. Pavyzdžiui, lemputė. Arba žaidėjas. Ar kažkas kita.

1 atvejis Turime tobulą bateriją. Šis atvejis atitinka 1 paveikslą. Jis neturi vidinio pasipriešinimo. Gyvenime, deja, to nesutiksite, bet bus naudinga pagalvoti, kad suprastumėte procesų fiziką. Tokiu atveju, net ir esant prijungtai apkrovai, akumuliatoriaus išvesties gnybtuose turėsime įtampą, lygią EMF.

1 paveikslas - Idealus šaltinisĮtampa

2 atvejis Mes neturime tobulos baterijos. Ji turi savo vidinę varžą R1. Bet akumuliatoriaus nekrauname, nieko prie jo nejungiame. Šis atvejis atitinka 2 pav. Tada akumuliatoriaus išėjimo gnybtuose taip pat stebėsime įtampą U3, lygią EMF.

2 pav. Tikrasis įtampos šaltinis be apkrovos (tuščioji eiga)

3 atvejis- neturime idealaus akumuliatoriaus ir krauname jį varža R2. Per grandinę teka srovė I. Šis atvejis atitinka 3 pav. Ir šiuo atveju mūsų stebima įtampa gnybtuose nebus lygi EMF! Jis bus mažesnis. Taip, šaltinis E1 kažkur akumuliatoriaus žarnyne vis tiek generuoja įtampą U1, lygią EMF. Tačiau ši įtampa padalintas tarp akumuliatoriaus vidinės varžos R1 ir mūsų apkrovos R2. O varža R1, kaip prisimename, taip pat yra akumuliatoriaus žarnose ir mums, vartotojams, neprieinama. Todėl akumuliatoriaus gnybtuose stebėsime įtampą, mažesnę nei akumuliatoriaus EMF. Tai yra labiausiai paplitęs reiškinys realiame gyvenime. Ir būtent jis gerai iliustruoja, kas skiriasi šaltinis emf ir šaltinio sukuriama įtampa.

3 pav. Realus įtampos šaltinis su apkrova

Taigi, ponai, santrauka yra tokia: įtampos šaltinio sukuriama įtampa yra lygi EML, kai galime nepaisyti šaltinio vidinės varžos, tiksliau, įtampos kritimo jame. Jei šaltinio vidinė įtampa nukrenta, akivaizdu, kad šaltinio generuojama išėjimo įtampa bus mažesnė nei EMF. Taip, riba tarp EML ir įtampos sąvokų yra gana neaiški, dažnai kyla painiavos, bet, ponai, dabar jos bus mažiau.

Dabar paliesime akimirką streso ženklas. Taip, įtampa gali būti teigiama ir neigiama. Tai visiškai nepakeis proceso fizikos. Viskas lieka galioti – vis tiek turime daugiau elektronų ant „neigiamo“ gnybto nei ant „teigiamo“. Viskas priklauso nuo to, kokį elektrodą pasirinksime Nuorodos taškas, tai yra, už nulis. O kas apskritai laikoma nuliu? Visuotinai priimta, kad nulis šiuo atveju yra mūsų motina žemė. Taip ir vyksta. Mes priimame savo iš pradžių atrištas(neprijungta jokiais laidais) nuo įžeminimo šaltinio. Ir tada vienas iš jo gnybtų - pasirinkti iš - yra prijungtas prie žemės. Jei neigiamą gnybtą prijungėme prie žemės, tai reiškia, kad laisvajame nuo žemės gnybte yra mažiau elektronų nei tame, kurį įžeminome, ir mes turime teigiamą šaltinį. Jei priešingai - teigiamas gnybtas yra prijungtas prie žemės - mūsų šaltinis sukuria neigiamą įtampą. Tik ir viskas. Jei neturime šaltinio gnybto, prijungto prie žemės arba prie kai kurie kiti bendri taškai šiame diegime laikomi nuliu, tada apie tokį energijos šaltinį kalbėti nėra prasmės – jis teigiamas ar neigiamas. Galime tik pasakyti, kad ant „neigiamo“ gnybto yra daugiau elektronų nei ant teigiamo, arba kad jis turi mažesnį potencialą.

Jei iš pradžių turėjome maitinimo šaltinį suprojektuotą taip, kad vienas jo gnybtų būtų prijungtas prie žemės, tada viskas akivaizdu.

Skubu įspėti pavojingą kliedesį. Kadangi iš pradžių svarstome nuo žemės atjungti maitinimo šaltiniai, tada vieno iš jo gnybtų sujungimas su žeme nesukels jokios srovės tekėjimo! Dažnai galite rasti teiginį, kad kai kurios srovės tekės į žemę, jei prie jo prijungsite vieną iš šaltinio gnybtų. Ne, ponai, ne ir dar kartą ne. Ten niekas nenutekės. Galite patys įsitikinti. Paimkite voltmetrą ir išmatuokite įtampą tarp gnybtų šaltinis atrištas nuo žemės ir žemė. Rodys 0 voltų, be įtampos. Nėra įtampos, nėra srovės. Tačiau jei maitinimo šaltinis yra prijungtas prie žemės vienu iš gnybtų, tai yra visiškai kitas reikalas, sujungus kitą gnybtą su žeme, trumpas sujungimasšaltinis.

Apskritai žemės ir įžeminimo tema nėra tokia paprasta, kaip atrodo iš pirmo žvilgsnio. Yra daug sudėtingų momentų ir spąstų, ypač kai reikia įžeminti aukšto dažnio grandines arba grandines, kuriose labai didelė srovė. Tačiau tai visiškai kito straipsnio tema.

Kol baigsime. Sėkmės visiems ir iki greito pasimatymo!

Prisijunk prie mūsų