تعريف القوة الدافعة الكهربائية emf
تعرف القوة الدافعة الكهربائية بأنها الجهد الكهربائي الناتج عن خلية كهروكيميائية، أو عن طريق تغيير المجال المغناطيسي، وترمز إليها بالرمز “ε”. يتم استخدام مولد أو بطارية لتحويل الطاقة من شكل إلى آخر، حيث يصبح أحد الأطراف موجب الشحنة بينما يصبح الآخر سالبا، وبالتالي، تستخدم القوة الدافعة الكهربائية في قياس التيار الكهربائي والمغناطيسي، وهي تطبيق لقانون فاراداي .
من تطبيقات القوة الدافعة الكهربائية الحثية emf
من أهم تطبيقات القوة الدافعة الكهربائية EMF
- توليد الكهرباء : يُعرف فرق الجهد المستمر عبر أطراف الدائرة التي تنتج تيارًا ثابتًا بالقوة الدافعة الكهربائية، وعند نقل الكهرباء من مصدر مثل محطة طاقة إلى حمولة بعيدة مثل مصنع، يتعين توصيل الاثنين بواسطة الكابلات .
- تتميز هذه الكابلات بمقاومتها الكبيرة التي يتم إضافتها إلى المقاومة الداخلية للمولد، حيث يتم تحويل الطاقة إلى حرارة في الكابلات. وإذا كانت r هيالمقاومة الإجمالية للكابل، و I هو التيار المار فيه، فإن الطاقة المهدرة تساوي I²r. وتُعبر عن قوة المصنع IV، حيث V هو الفرق في الجهد في المصنع .
- يتطلب الاقتصاد أن تكون الطاقة المهدرة ، صغيرة لكنه يتطلب أيضًا أن تكون الكابلات رقيقة ، وبالتالي فهي رخيصة الثمن في الشراء ، والتركيب ، ومع ذلك ، فكلما كانت الكابلات أرق ، زادت مقاومتها r ، وبالتالي فإن الطريقة الأكثر اقتصادا لنقل الطاقة ، هي جعل التيار أصغر ما يمكن ، هذا يعني إحداث فرق الجهد الخامس على أعلى مستوى ممكن .
- عند نقل كميات كبيرة من الطاقة، يتم استخدام جهد عال جدا، وهو 132000 فولت على الخطوط الرئيسية للشبكة البريطانية، و 6000 فولت على الخطوط الفرعية، وهذه الفولتية عالية جدا لدرجة أنه لا يمكن توصيلها إلى المنازل أو حتى المصانع، ولذلك تستخدم المحولات لتحويل الجهد بطريقة سنشرحها في وقت لاحق، ويمكن تحويل الجهد بهذه الطريقة فقط باستخدام التيار المتردد، وهو أحد الأسباب الرئيسية لاستخدام التيار المتردد على نطاق واسع .
- يمكن استخدام عنصر التسخين الكهربائي مثالًا لتبديد 480 واط على 240 فولت من التيار الكهربائي، حيث يتم صنعه من شريط نيتشروم بعرض 1 مم وسمك 0.5 مم، ويتطلب حساب طول الشريط إذا كانت مقاومة نيتشروم 1.1 × 10-6 أوم متر .
- أنظمة المعادن الثنائية : ساهمت الدراسات المتعلقة بالقوة الدافعة الكهربائية لمحاليل الإلكتروليت في تطورات هامة لفهم طبيعة هذه الحلول. حاليا، نمتلك نظرية ديباي كيه هوكل أفضل لمعالجة الإلكتروليتات مقارنة بأي نوع آخر من الحلول. ومن ناحية أخرى، لم تتلق حلول المعادن السائلة الثنائية اهتماما كبيرا، رغم أنها في المقام الأول تبدو بسيطة نسبيا في طبيعتها. سبق أن تمت دراسة الخصائص الديناميكية الحرارية لعدد قليل من هذه الأنظمة، وتم إجراء دراسات كهرومغناطيسية لأنظمة الانصهار المنخفضة للمعادن لتوفير بيانات إضافية. نأمل أن تساهم هذه الدراسات في نهاية المطاف في توفير نظرية مرضية للحلول المعدنية. تشير النتائج التي تم الحصول عليها إلى أن المشكلة قد تكون معقدة في بعض الحالات على الأقل .
- التيارات إيدي : التيار الدوامي هو تيار دائري يتم تشكيله في موصل نتيجة لتغير في المجال المغناطيسي وفقا لقانون فرانز لنز.
- يتداول التيار بطريقة تخلق مجالا مغناطيسيا يقاوم التغيير، ولتحقيق ذلك في الموصل، تتحرك الإلكترونات بشكل عمودي على مجال الحث الكهرومغناطيسي .
- بسبب انحراف التيارات الدوامة المعاكسة، تتسبب هذه التيارات في فقدان الطاقة. وبشكل أدق، تحول التيارات الدوامة الطاقة إلى أشكال أكثر فائدة، مثل الطاقة الحركية، إلى حرارة. وعموما، تكون الحرارة أقل فائدة في العديد من التطبيقات. في العديد من التطبيقات، فقدان الطاقة المفيدة ليس مرغوبا فيه بشكل خاص. ولكن هناك بعض التطبيقات العملية، واحدا منها في نظام فرملة بعض القطارات أثناء الكبح، حيث يتعرض العجلات المعدنية لمجال مغناطيسي ناشئ عن مغناطيس كهربائي. وهذا يؤدي إلى توليد تيارات دوامة في العجلات. يعمل التفاعل المغناطيسي بين المجال المطبق والتيارات الدوامة على تباطؤ سرعة العجلات. وكلما زادت سرعة دوران العجلات، زاد تأثير هذا التفاعل. وبالتالي، كلما ابتعد القطار عن السرعة، انخفضت قوة الكبح، وبالتالي يتوقف القطار بسلاسة .
هل يمكن أن تكون القوة الدافعة الكهربائية سالبة
نعم، يمكن أن تكون القوة الدافعة الكهربائية سالبة. على سبيل المثال، يتم توليد تيار كهربائي معاكس للطاقة المستهلكة، ويتم اعتبار القوة الناتجة سالبة، حيث يكون اتجاه التيار المتدفق عكسيًا للقوة الحقيقية. لذلك، يمكن أن تكون القوة الدافعة الكهربائية سالبة .
ما هو الفرق بين الجهد الطرفي وEMF
- تتغير القوة الدافعة الكهربائية بتغير الجهد الطرفي، ويعني الجهد الطرفي الفرق في الجهد عبر أطراف الحمل أثناء تشغيل الدائرة. ويستخدم الفولتميتر لقياس الجهد الطرفي .
- يتم تعريف EMF بأنه أقصى فرق جهد محتمل يمكن توفيره من البطارية عندما لا يوجد تدفق للتيار، ويتم استخدام مقياس الجهد لقياس EMF .
ما هي صيغة القوة الدافعة الكهربائية
فيما يلي صيغة القوة الدافعة الكهربائية :
ε = V + Ir
حيث :
V هو جهد الخلية
أنا هو التيار عبر الدائرة
ص هي المقاومة الداخلية للخلية
ε هي القوة الدافعة الكهربائية.
الجهد الطرفي
يتم قياس الجهد الناتج من الجهاز عبر محطاته، وبالتالي، يتم تسميته في محطة الجهد بالرمز V، ويتم إعطاء جهد المحطة عن طريقه
V = emf – Ir ، حيث
- r هي المقاومة الداخلية .
- I هو التيار الجاري في الوقت المقاس، ويكون إيجابيا إذا كان الاتجاه بعيدا عن القطب .
- يمكنك أن ترى أنه كلما زاد التيار ، قل الجهد الطرفي ، وصحيح أيضًا أنه كلما زادت المقاومة الداخلية ، قل الجهد الطرفين، افترض أن حمل R لمقاومة الحمل متصل بمصدر جهد ، وبما أن المقاومة متسلسلة ، فإن المقاومة الكلية في الدائرة ، هي R load + R ، وبالتالي يتم إعطاء التيار بموجب قانون أوم .