Elektromotive Kraft (EMF) und Potentialdifferenz (PD)

EMF und PD werden beide in Volt gemessen, aber sie sind nicht gleich.Es ist wichtig, den Unterschied zwischen ihnen im elektrischen und elektronischen Schaltungsdesign zu verstehen.Dies hilft Verwirrung und stellt sicher, dass die richtigen Begriffe verwendet werden.In diesem Artikel wird diese grundlegenden Konzepte untersucht und erklärt, was sie anders macht, wie sie verwendet werden und wie sie in verschiedenen elektrischen Komponenten zusammenarbeiten.Der Artikel erklärt nicht nur die Theorie hinter EMF und PD, sondern zeigt auch, wie sie sich im wirklichen Leben anwenden, von einfachen Batterien bis hin zu komplexen elektronischen Geräten.Die Kenntnis dieser Prinzipien ist gut, um die Technologie zu verbessern und elektrische Systeme effizienter und effektiver zu gestalten, indem der Elektronenfluss und die Spannungsniveaus genau gesteuert werden.

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Abbildung 1: Elektromotivkraft (EMF) und Potentialdifferenz (PD)

Verständnis der elektromotiven Kraft (EMF)

Elektromotive Kraft oder EMF ist eine Grundidee im Elektromagnetismus, mit dem sich die Elektronen in einem Elektrokreis bewegen.EMF ist die Energie, die eine Stromquelle für jede elektrische Ladungseinheit bietet, unabhängig von dem Strom, den sie erzeugt.Dies ist wichtig bei Geräten wie Generatoren und Batterien, bei denen Energie in Strom verwandelt wird.EMF wird oft als Spannung angesehen, die eine Stromquelle gibt, wenn kein Strom fließt, und zeigt ihre Rolle als Ausgangspunkt der Energiebewegung und nicht als Ergebnis davon.

Im Alltag kann EMF auch gegen Widerstand den Strom durch einen Stromkreis drücken und die Elektrizität fließen.In der Physik ist die EMF die Arbeit, die erforderlich ist, um eine Ladung um einen Stromkreis um einen Schaltkreis zu bewegen, da sowohl außerhalb als auch Inneren Widerstände berücksichtigt werden.

Abbildung 2: Elektrochemische Zelle

Abbildung 3: EMF -Arbeitsprinzip

Was ist die Potentialdifferenz (Spannung)?

Die Potentialdifferenz, auch als Spannung bekannt, misst die Differenz der elektrischen Energie zwischen zwei Punkten in einer Schaltung und zeigt, wie viel Energie gewonnen oder verloren geht, wenn sich eine Ladung zwischen diesen Punkten bewegt.Dieser Unterschied macht den elektrischen Strom durch Stromteile wie Widerstände oder Kondensatoren, die sich in Wärme, Licht oder andere Energieformen verwandeln.

Spannung, auch als Potentialdifferenz bekannt, ist sowohl in der Theorie als auch in der Praxis in der Elektrotechnik wichtig.Es repräsentiert die Energie, die Elektronen durch einen Leiter und einen Teil des Ohmschen Gesetzes bewegt, der Spannung, Strom und Widerstand verbindet.Die Spannung ist gut für Betriebsgeräte wie Transistoren in Mikrochips, das Aufleuchten von LEDs und das Verwalten von Batterieladungen und Entladungen.Hochspannungen sind bei der Stromübertragung nützlich, um den Energieverlust über große Entfernungen zu minimieren.

In elektronischen Schaltkreisen steuern die Spannungsstufen, wie sich digitale Schaltkreise verhalten, bestimmen, wann Halbleitergeräte ein- oder ausgeschaltet sind, und beeinflussen die Leistung und die Lebensdauer von Elektromotoren.

Abbildung 4: Energie gemessen in PD

Abbildung 5: Spannungspolarität

Elektromotive Kraft (EMF) und Potentialdifferenz (PD) Vergleich

Um den Unterschied zwischen EMF und Potentialdifferenz zu erklären, denken Sie an eine einfache Batterie in einer Schaltung.Die auf der Batterie markierte Spannung wie 1,5 Volt ist ihre EMF, die die maximale Kraft ist, die den Strom durch die Schaltung drückt.Wenn die Batterie jedoch unter starker Last oder mit zunehmendem Alter verwendet wird, fällt diese Spannung aufgrund des internen Widerstands ab.

EMF (elektromotive Kraft) ist die Spannung, wenn die Batterie nichts mit Strom versorgt, gemessen ohne Last.Es ist die interne Leistung der Batterie.Die Potentialdifferenz ist die tatsächliche Spannung, die Sie beim Stromversorgungsschaltkreis erkennen.Wenn es keine Last gibt, entspricht die Potentialdifferenz der EMF.Wenn jedoch eine Last angeschlossen ist, sinkt die Potentialdifferenz, obwohl die EMF gleich bleibt.

Potentialdifferenz (PD)	Vs.	Elektromotive Kraft (EMF)
Passiert Wenn der Strom durch einen Widerstand fließt	Definition	Der Elektrische Kraft, die von einer Zelle oder einer Batterie erzeugt wird
PD ist der Effekt.	Beziehung	EMF ist die Ursache
Null Wenn kein Strom fließt	Vorhandensein von Strom	Existiert Auch wenn kein Strom fließt
Volt	Einheit	Volt
Änderungen basierend auf der Schaltung	Konstanz	Bleibt das gleiche
V	Symbol	E
Kommt darauf an auf den Widerstand zwischen zwei Punkten	Abhängigkeit von Widerstand	Tut sich nicht auf Widerstand verlassen
V = Ir	Formel	E = I (r + r)
Licht Birne	Beispiel	Zelle, Batterie

Abbildung 6: Schaltplan EMF und PD

Beispielprobleme

Problem 1: Finden Sie den Strom, der durch eine Batterie mit 2 Volt und 0,02 Ohm in internem Widerstand fließt, wenn seine Klemmen direkt miteinander verbunden sind.

Um dies herauszufinden, werden wir das OHM -Gesetz, die Formel, die Spannung, Strom und Widerstand bezieht.

Lassen Sie uns zunächst auflisten, was wir wissen:

• Spannung (v) = 2 Volt

• Interner Widerstand (R) = 0,02 Ohm

• Ohm's Law = v = ir

Aber wir wollen den Strom (i) finden, also ordnen wir die Formel neu an:

Wenn Sie also die Klemmen anschließen, fließen 100 Ampere Strom durch die Batterie.

Problem 2: Ermitteln Sie den Strom, der durch eine Batterie mit 10 Volt, 5 Ohm Innenwiderstand und 5 Ohm in Reihe angeschlossene Lastwiderstand fließt.Berechnen Sie auch die Klemmenspannung der Batterie.

Auch hier wird das OHM -Gesetz unser Leitfaden sein, aber diesmal haben wir uns mit zwei Serienwiderständen befassen: den inneren Widerstand der Batterie und den Lastwiderstand.

Folgendes wissen wir:

• EMF (Spannung) = 10 Volt

• Lastwiderstand (RAD) = 5 Ohm

• Interner Widerstand (R) = 5 Ohm

Um den Strom zu finden, verwenden wir die Formel:

1 Ampere Strom fließt also durch die Schaltung.

Um die Klemmenspannung der Batterie zu ermitteln (die Spannung, die Sie tatsächlich über ihre Klemmen messen würden), subtrahieren wir den Spannungsabfall über den internen Widerstand von der EMF.

Dies kann berechnet werden als:

Die Klemmenspannung beträgt also 5 Volt.Dies sagt uns, dass die Batterie einen Teil ihrer ursprünglichen Spannung über ihren eigenen inneren Widerstand verliert und Sie an den Klemmen 5 Volt hinterlassen.

Abschluss

Die Diskussion über die elektromotive Kraft (EMF) und die Potentialdifferenz (PD) deckt wichtige grundlegende Ideen für das Entwerfen und Betrieb von Schaltungen ab.Durch die Erläuterung des Unterschieds zwischen EMF, das ist die Spannung in einer Stromquelle, wenn sie nicht mit einer Last angeschlossen ist, und die PD, die die Spannung ist, wenn die Quelle verwendet wird, hilft uns, dass wir besser verstehen, wie elektrische Geräte in verschiedenen Situationen funktionieren.Zu den Beispielproblemen zeigten, wie diese Konzepte im wirklichen Leben gelten, was deutlich macht, warum sie wichtig sind.Dieses Verständnis trägt dazu bei, bessere elektrische Systeme zu schaffen und das zu verbinden, was sie theoretisch mit praktischer Ingenieurwesen lernen.Wenn wir diese Ideen gründlich analysieren, können wir immer wieder die moderne Elektronik vorantreiben und unsere Technologie nicht nur leistungsfähiger, sondern auch zuverlässiger und nachhaltiger machen.

Häufig gestellte Fragen [FAQ]

1. Was ist ein Beispiel für elektromotive Kraft?

Ein Beispiel für die elektromotive Kraft ist die von einer Batterie erzeugte Spannung.Zum Beispiel erzeugt eine typische AA -Batterie eine EMK von etwa 1,5 Volt.Wenn die Batterie nicht an eine Schaltung angeschlossen ist (d. H. Kein Strom fließt), kann die EMF über ihre Klemmen gemessen werden.Diese Spannung ist auf die chemischen Reaktionen zurückzuführen, die in der Batterie auftreten, und erzeugen folglich eine Spannung.

2. Was ist ein Beispiel für Potentialdifferenz?

Ein Beispiel für die Potentialdifferenz ist die Spannung über eine Glühbirne in einer Schaltung.Wenn eine 12-Volt-Batterie an eine für 12 Volt ausgelegte Glühbirne angeschlossen ist, beträgt die Potentialdifferenz über die Glühbirnen-Anschlüsse 12 Volt, während die Glühbirne betrieben wird.Diese Potentialdifferenz führt dazu, dass der Strom durch die Glühbirne fließt und sie beleuchtet.

3. Was ist die Einheit der elektromotiven Kraft einer Zelle?

Die Einheit der elektromotiven Kraft ist der Volt (V), der wie für die Potentialdifferenz.Es quantifiziert das von der Zelle erzeugte elektrische Potential unabhängig vom Strom fließend.

4. Wie ist die EMK größer als die Potentialdifferenz?

Die EMF kann in einem praktischen Szenario, in dem sich ein Akku oder ein Generator unter Belastung befinden, größer sein als die Potentialdifferenz.Betrachten Sie beispielsweise eine Batterie mit einer EMF von 9 Volt.Bei einem Schaltungszeichnungsstrom kann die Potentialdifferenz an den Klemmen der Batterie auf 8,5 Volt aufgrund des internen Widerstands fallen.Das ursprüngliche 9 Volt ist die EMF, die maximale Potentialdifferenz, wenn kein Strom fließt, während die 8,5 Volt die tatsächliche Potentialdifferenz unter Last sind.

5. Ist die Potentialdifferenz eine Kraft oder Energie?

Die Potentialdifferenz ist weder eine Kraft noch eine Energie.Es ist eine Messung des elektrischen Potentials zwischen zwei Punkten in einer Schaltung.Es repräsentiert die erforderliche Arbeit pro Ladung, um eine Ladung zwischen diesen beiden Punkten zu bewegen, und wird in Volt ausgedrückt.

6. Sind EMF und elektrische Energie gleich?

Nein, EMF und elektrische Energie sind nicht gleich.EMF bezieht sich auf das Potential, das eine Quelle für die Bewegen von elektrischen Ladungen, die in Volt ausgedrückt werden, erzeugt werden.Die elektrische Energie hingegen bezieht sich auf die tatsächlichen Arbeiten oder Energie, die über eine in Joules gemessene Stromkreis bewegt werden, wenn sich elektrische Ladungen durch eine Schaltung bewegen.

7. Kann EMF negativ sein?

Ja, EMF kann je nach Messrichtung und Art der Quelle negativ sein.Beispielsweise ist die gemessene EMF negativ, wenn die Messrichtung (gemäß der rechten Regel in der Physik) negativ ist, wenn die Messrichtung entgegengesetzt ist (gemäß der rechten Regel in der Physik), wenn die Messbewegung entgegengesetzt ist.Diese negative EMF zeigt an, dass die Richtung der induzierten Spannung der gewählten Referenzrichtung entgegengesetzt ist.