Преди повече от 300 години. Въпросът не е най-трудният, но разбирането му ще изисква малко внимание и търпение.
Специален раздел на механиката е посветен на изучаването на силата на триене - така наречената механика на фрикционното взаимодействие (или трибология).
Силата на триене е силата, с която телата в контакт и движещи се едно спрямо друго взаимодействат едно с друго. Това е силата на триене, която пречи на свободното движение на контактуващите тела.
Видове триене и сили на триене
Откъде идва силата на статично триене?
Ако изследваме повърхността на пода и краката на шкафа през микроскоп, ще открием множество микроскопични туберкули с невъобразими форми.
Когато телата опират едно в друго, туберкулите се захващат едно за друго, поради което телата остават в неподвижно състояние.
Въздействието върху едно от телата или върху двете тела наведнъж, за да ги преместите едно спрямо друго, ще доведе до деформация на туберкулите, което ще предизвика електромагнитно отблъскване на молекулите, което е в основата на статичното триене.
Ако физическите усилия се прилагат плавно, до определен критичен момент силата на статичното триене ще бъде равна по големина на силата, с която се опитваме да преместим шкафа от мястото му.
Сила на триене при плъзгане
В момента, в който шкафът се премести от мястото си, силата на статично триене ще достигне максималната си стойност.
В този момент настъпва унищожаването на туберкулите и в резултат на това шкафът започва да пързалка.
Снимка 1. Колела и други устройства се използват за намаляване на триенето при плъзгане
Възниква нов тип сила на триене - сила на триене при плъзгане. Тази сила възниква от взаимодействието на повърхности, плъзгащи се една върху друга.
Тази сила се проявява в момента на физическо движение (плъзгане) на краката на шкафа по пода или когато скейтът на хокеист или фигурист се плъзга по повърхността.
Ако преведем случващото се в „туберкули“, при плъзгане има разкъсване на връзките между молекулите, концентрирани в различни туберкули.
Когато обектите са неподвижни - тоест, когато действа силата на статично триене - такива прекъсвания не възникват.
„Моделът на туберкулозата“ е условен. Изобретен е, за да представя сложни неща на прост език.
Същите процеси могат да бъдат обяснени в по-дълбоки научни термини, разбирането на които ще изисква специално обучение от читателя.
Най-простите физични закони, свързани със силата на триене
Отговорът на въпроса какво е силата на триене може да се получи не само чрез изучаване на теоретични принципи, но и чрез решаване на практически проблеми.
За да разрешите проблеми, свързани с изчисляването на стойностите на силата на триене, ще ви трябват някои научни факти, характеризиращи силата на триене.
Например, векторът на силата на триене при плъзгане, приложена към тялото от плъзгащата повърхност, винаги е насочена в посока, обратна на посоката на вектора на скоростта на обекта.
Ако посоката на скоростта се промени, посоката на силата на триене при плъзгане също ще се промени. Зависимостта на силата на триене от скоростта е важна отличителна черта, присъща на тази сила (която например не съществува в силата на гравитацията или силата на еластичността).
Най-простият модел на сухо триене се характеризира със следните закони:
. Силата на триене при плъзгане е равна на максималната стойност на силата на статично триене.
. Коефициентът на триене не зависи нито от площта на взаимодействащите повърхности, нито от скоростта на движение на взаимодействащите обекти един спрямо друг.
. Съществува правопропорционална зависимост между опорната противодействаща сила и абсолютната стойност на силата на триене при плъзгане, изчислена по формулата: f = µN.
Коефициентът на пропорционалност µ се нарича коефициент на триене.
Физиците са изчислили коефициентите на триене за десетки хиляди двойки материали.
Например, коефициент на статично триенеза двойката „каучук – сух асфалт” е 0,95, а коефициент на триене при плъзганеза една и съща двойка варира от 0,5 до 0,8.
Чрез промяна на свойствата на взаимодействащите обекти можете да повлияете на големината на силата на триене, която възниква по време на тяхното взаимодействие.
Например, подобряването на външната форма на състезателните автомобили или шарката на протектора на използваните гуми прави възможно увеличаването на тяхната скорост чрез намаляване на силата на триене при плъзгане.
Електродвижеща сила електродвижеща сила
(emf), количество, характеризиращо източника на енергия от неелектростатичен характер в електрическа верига, необходимо за поддържане на електрически ток в нея. EMF е числено равна на работата по преместване на единица положителен заряд по затворена верига. Общата емф във верига с постоянен ток е равна на потенциалната разлика в краищата на отворената верига. Индукционната едс се създава от вихрово електрическо поле, генерирано от променливо магнитно поле. В SI се измерва във волтове.
ЕЛЕКТРОДВИЖЕЩА СИЛАЕЛЕКТРОМОДВИЖЕЩА СИЛА (emf; e) - количество, характеризиращо източника на енергия от неелектростатичен характер в електрическа верига, необходимо за поддържане на електрически ток в нея (см.ЕЛЕКТРИЧЕСТВО). Потенциалните сили на електростатично (или стационарно) поле не могат да поддържат постоянен ток във верига. За да се поддържа непрекъснат ток във веригата, е необходим източник на ток ( см.), или генератор (см.ГЕНЕРАТОР)електрически ток, осигуряващ действието на външни сили (см.СИЛИ НА ТРЕТИ СТРАНИ). Силите на трети страни са с неелектростатичен произход и действат вътре в източници на ток (генератори, галванични клетки, батерии и т.н.), създавайки потенциална разлика между краищата на останалата част от веригата и привеждайки в движение заредени частици вътре в източниците на ток .
Тъй като когато електрическият заряд се движи по затворена верига, работата, извършена от електростатичните сили, е нула, зарядът се движи само под въздействието на външни сили. Следователно електродвижещата сила на източника на ток ще бъде числено равна на работата на външните сили A в източници на постоянен или променлив ток за преместване на един положителен заряд Q по затворена верига. ЕМП, действаща във верига, се определя като циркулация на вектора на напрежението на външните сили.
Произходът на външните сили може да варира. Потенциалната разлика, създадена на клемите на отворен генератор, се приема като мярка за електродвижещата сила, действаща в генератора. Един и същ източник на ток, в зависимост от силата на взетия ток, може да има различни напрежения на електродите. Източници на ток - батерии, термоелементи, електрически генератори - едновременно затварят електрическата верига. Токът протича през външната част на веригата - проводника - и през вътрешната част - източника на ток. Източникът на ток има два полюса: положителен (по-висок потенциал) и отрицателен (по-нисък потенциал). Трети сили, чийто характер може да бъде различен (химически, механични, термични), разделят зарядите в източника на ток. Общата едс във верига с постоянен ток (максимумът от тези напрежения, който съществува, когато веригата е отворена) е равна на потенциалната разлика в краищата на отворената верига и показва едс на източника.
EMF определя силата на тока във верига при дадено съпротивление (закон на Ом (см.ЗАКОН OMA)). EMF се измерва, подобно на напрежението, във волтове (см.волт). За поддържане на непрекъснат електрически ток генераторите се използват като източник на електродвижеща сила. В генераторите външните сили са сили от вихровото електрическо поле, което възниква, когато магнитното поле се променя с течение на времето, или силата на Лоренц (см.ЛОРЕНЦИАНСКА СИЛА), действащи от магнитното поле върху електрони в движещ се проводник; в галванични клетки (см.ГАЛВАНИЧНА КЛЕТКА)а батериите са химически сили.
енциклопедичен речник. 2009 .
Вижте какво е "електродвижеща сила" в други речници:
Eds, Phys. количество, характеризиращо действието на външни (непотенциални) сили в източници на постоянен ток. или редуващи се текущ; в затворен проводящ контур е равна на работата на тези сили за преместване на единица позиция. заряд по цялата верига. Ако чрез Esgr...... Физическа енциклопедия
електродвижеща сила- Скаларна величина, характеризираща способността на външно поле и индуцирано електрическо поле да предизвикат електрически ток. Забележка - Електродвижещата сила е равна на линейния интеграл от напрегнатостта на външното поле и индуцираното... ... Ръководство за технически преводач
- (ЕМП), сумата от ПОТЕНЦИАЛНИТЕ РАЗЛИКИ в цялата ЕЛЕКТРИЧЕСКА ВЕРИГА като цяло. Когато веригата е отворена и не протича ток, тази сила е равна на потенциалната разлика между клемите на източника на ток. Когато във веригата има ток, външната потенциална разлика намалява.... ... Научно-технически енциклопедичен речникГолям енциклопедичен речник
- (emf), причината, която причинява електрически ток в затворена верига. текущ. E. s. се създава от източник на ток, който се преобразува в електричество. енергията е всеки друг вид енергия (механична в електрически генератори, химическа в елементи и т.н.). Ако веригата е източник на ток... ... Технически железопътен речник
Електродвижеща сила- скаларна величина, характеризираща способността на външно поле и индуцирано електрическо поле да предизвикат електрически ток...
За да се поддържа електрически ток в проводник за дълго време, е необходимо зарядите, доставяни от тока, постоянно да се отстраняват от края на проводника, който има по-нисък потенциал (имайте предвид, че токоносителите се приемат за положителни заряди) , докато зарядите се подават постоянно към края с по-висок потенциал. Тоест, необходимо е да се осигури циркулацията на таксите. В този цикъл зарядите трябва да се движат по затворен път. Движението на токоносителите се осъществява с помощта на сили от неелектростатичен произход. Такива сили се наричат трети страни. Оказва се, че за поддържане на тока са необходими външни сили, които действат по цялата дължина на веригата или в отделни участъци от веригата.
Определение и формула на ЕМП
Определение
Скаларна физическа величина, която е равна на работата на външните сили за преместване на единица положителен заряд, се нарича електродвижеща сила (ЕМП), действащи във верига или участък от верига. Показан е ЕМП. Математически записваме дефиницията на EMF като:
където A е работата, извършена от външни сили, q е зарядът, върху който се извършва работата.
Електродвижещата сила на източника е числено равна на потенциалната разлика в краищата на елемента, ако е отворен, което прави възможно измерването на ЕМП чрез напрежение.
ЕМП, която действа в затворена верига, може да се определи като циркулация на вектора на напрежението на външните сили:
където е напрегнатостта на полето на външните сили. Ако силата на полето на външните сили не е нула само в част от веригата, например на сегмент 1-2, тогава интегрирането в израз (2) може да се извърши само върху този участък. Съответно ЕМП, действаща върху секция 1-2 на веригата, се определя като:
Формула (2) дава най-общата дефиниция на ЕМП, която може да се използва за всякакви случаи.
Закон на Ом за произволен участък от верига
Участъкът от веригата, върху който действат външни сили, се нарича разнороден. Той удовлетворява следното равенство:
където U 12 =IR 21 – спад на напрежението (или напрежение) в участък 1-2 на веригата (I-ток); – потенциална разлика между краищата на сечението; – електродвижеща сила, съдържаща се в участък от веригата. равна на алгебричната сума на ЕДС на всички източници, които се намират в дадена област.
Трябва да се има предвид, че ЕМП може да бъде положителен и отрицателен. ЕМП се нарича положителен, ако увеличава потенциала в посока на тока (токът протича от минуса към плюса на източника).
Единици
Размерността на ЕМП съвпада с размерността на потенциала. Основната единица за измерване на ЕМП в системата SI е: =V
Примери за решаване на проблеми
Пример
Упражнение.Електродвижещата сила на елемента е 10 V. Той създава ток във веригата, равен на 0,4 A. Каква е работата, извършена от външни сили за 1 минута?
Решение.Като основа за решаване на проблема използваме формулата за изчисляване на EMF:
Зарядът, който преминава през въпросната верига за 1 минута. може да се намери като:
Изразяваме работата от (1.1), използваме (1.2), за да изчислим таксата, получаваме:
Нека преобразуваме времето, дадено в условията на задачата, в секунди (min=60 s) и извършим изчисленията:
Отговор. A=240 J
Пример
Упражнение.Метален диск с радиус a се върти с ъглова скорост и е свързан към електрическа верига с помощта на плъзгащи се контакти, които се допират до оста на диска и неговата обиколка (фиг. 1). Каква ще бъде ЕДС, която се появява между оста на диска и неговия външен ръб?
Електродвижещата сила, известна като EMF, както и напрежението, се измерват във волтове, но са от съвсем различно естество.
EMF от хидравлична гледна точка
Мисля, че вече сте запознати с водната кула от предишната статия за
Да приемем, че кулата е напълно пълна с вода. Пробихме дупка в долната част на кулата и вкарахме тръба, по която водата тече към вашия дом.
Съседът искаше да полее краставиците, ти реши да измиеш колата, майка ти започна да пере и готово! Водният поток ставаше все по-малък и скоро съвсем пресъхна... Какво стана? Водата в кулата е изтекла...
Времето, необходимо за изпразване на кулата, зависи от капацитета на самата кула, както и от това колко клиенти ще използват водата.
Същото може да се каже и за кондензатора на радио елемента:
Да кажем, че го заредихме от 1,5 волтова батерия и той прие заряда. Нека начертаем зареден кондензатор така:
Но веднага щом прикрепим към него товар (нека товарът да е светодиод), като затворим бутона S, в първите части от секундата светодиодът ще светне ярко, след което тихо ще избледнее... и докато изгасне напълно . Времето на затихване на светодиода ще зависи от капацитета на кондензатора, както и от това какъв товар свързваме към заредения кондензатор.
Както казах, това е еквивалентно на обикновена пълна кула и потребители, които използват водата.
Но защо тогава нашите кули никога не остават без вода? Да, защото работи водоснабдителна помпа! Тази помпа откъде взема вода? От кладенец, който е пробит за извличане на подземни води. Понякога се нарича още артезианска.
Веднага след като кулата се напълни напълно с вода, помпата се изключва. В нашите водни кули помпата винаги поддържа максимално ниво на водата.
И така, нека си спомним какво е напрежението? По аналогия с хидравликата това е нивото на водата във водната кула. Пълна кула означава максимално ниво на водата, което означава максимално напрежение. В кулата няма вода - напрежението е нула.
ЕМП на електрически ток
Както си спомняте от предишни статии, водните молекули са „електрони“. За да възникне електрически ток, електроните трябва да се движат в една посока. Но за да се движат в една посока, трябва да има напрежение и някакво натоварване. Тоест водата в кулата е напрежение и хората, които хабят вода за своите нужди, са товар, тъй като те създават воден поток от тръба, която се намира в подножието на водната кула. И потокът не е нищо повече от сила на тока.
Трябва да се спазва и условието водата винаги да е на максимално ниво, колкото и хора да я използват за нуждите си едновременно, в противен случай кулата ще се изпразни. За водна кула този спасител е водна помпа. Ами електрическият ток?
За да протича електрически ток, трябва да има някаква сила, която избутва електроните в една посока за продължителен период от време. Тоест тази сила трябва да движи електроните! Електродвижеща сила!Да точно! ЕЛЕКТРОДВИЖЕЩА СИЛА! Можем да го наречем съкратено EMF - делектро движдайки СЪСтиня. Измерва се във волтове, като напрежението, и обикновено се обозначава с буквата д.
Значи и нашите батерии имат такава „помпа“? Има и би било по-правилно да го наречем „помпа за захранване с електрони“). Но, разбира се, никой не казва това. Казват просто - ЕМП. Чудя се къде се крие тази помпа в акумулатора? Това е просто електрохимична реакция, поради която се поддържа „нивото на водата“ в батерията, но след това въпреки това тази помпа се износва и напрежението в батерията започва да пада, защото „помпата“ няма време да помпа вода. Накрая напълно се поврежда и напрежението на батерията пада почти до нула.
Реален източник на ЕМП
Източникът на електрическа енергия е източник на ЕМП с вътрешно съпротивление R int. Това могат да бъдат всякакви химически батерии, като батерии и акумулатори
Тяхната вътрешна структура от гледна точка на ЕМП изглежда така:
Където де ЕМП и R вътре вътрешното съпротивление на батерията
И така, какви изводи могат да се направят от това?
Ако към батерията не е прикрепен товар, като лампа с нажежаема жичка и т.н., тогава в резултат токът в такава верига ще бъде нула. Една опростена диаграма би изглеждала така:
Но ако въпреки това свържем крушка с нажежаема жичка към нашата батерия, тогава нашата верига ще се затвори и ток ще тече във веригата:
Ако начертаете графика на зависимостта на силата в текущата верига от напрежението на батерията, тя ще изглежда така:
Какъв е изводът? За да измерим ЕМП на батерия, просто трябва да вземем добър мултицет с високо входно съпротивление и да измерим напрежението на клемите на батерията.
Идеален източник на ЕМП
Да кажем, че нашата батерия има нулево вътрешно съпротивление, тогава се оказва, че R in = 0.
Не е трудно да се досетите, че в този случай спадът на напрежението при нулево съпротивление също ще бъде нула. В резултат нашата графика ще изглежда така:
В резултат на това просто получихме източник на ЕМП. Следователно източникът на ЕМП е идеален източник на енергия, при който напрежението на клемите не зависи от тока във веригата. Тоест, без значение какъв товар прикрепяме към такъв източник на ЕМП, той все още ще произведе необходимото напрежение без намаляване. Самият източник на ЕМП е обозначен така:
На практика няма идеален източник на ЕМП.
Видове ЕМП
– електрохимичен(ЕМП на батерии и акумулатори)
– фотоелектричен ефект(получаване на електрически ток от слънчева енергия)
– индукция(генератори на принципа на електромагнитната индукция)
– Ефект на Seebeck или термоЕМП(появата на електрически ток в затворена верига, състояща се от последователно свързани разнородни проводници, контактите между които са при различни температури)
– пиезоЕМП(получаване на ЕМП от)
Резюме
ЕМП е сила с НЕелектрически произход, която предизвиква протичане на електрически ток във верига.
истинскиизточникът на ЕМП има вътрешно съпротивление в себе си, идеаленВътрешното съпротивление на източника на ЕМП е нула.
Идеалният източник на ЕМП винаги има постоянна стойност на напрежението на своите клеми, независимо от натоварването във веригата.
Електродвижещата сила (emf; ε) е величина, характеризираща източник на енергия от неелектростатичен характер в електрическа верига, необходима за поддържане на електрически ток в нея. Потенциалните сили на електростатично (или стационарно) поле не могат да поддържат постоянен ток във верига. За да се поддържа непрекъснат ток във веригата, е необходимо или генератор на електрически ток, за да се осигури действието на външни сили. Силите на трети страни са с неелектростатичен произход и действат вътре в източници на ток (генератори, галванични клетки, батерии и т.н.), създавайки потенциална разлика между краищата на останалата част от веригата и привеждайки в движение заредени частици вътре в източниците на ток .
Тъй като когато електрическият заряд се движи по затворена верига, работата, извършена от електростатичните сили, е нула, зарядът се движи само под въздействието на външни сили. Следователно електродвижещата сила на източника на ток ще бъде числено равна на работата на външните сили A в източници на постоянен или променлив ток за преместване на един положителен заряд Q по затворена верига. ЕМП, действаща във верига, се определя като циркулация на вектора на напрежението на външните сили.
Произходът на външните сили може да варира. Потенциалната разлика, създадена на клемите на отворен генератор, се приема като мярка за електродвижещата сила, действаща в генератора. Един и същ източник на ток, в зависимост от силата на взетия ток, може да има различни напрежения на електродите. Източници на ток - батерии, термоелементи, електрически генератори - едновременно затварят електрическата верига. Токът протича през външната част на веригата - проводника - и през вътрешната част - източника на ток. Източникът на ток има два полюса: положителен (по-висок потенциал) и отрицателен (по-нисък потенциал). Трети сили, чийто характер може да бъде различен (химически, механични, термични), разделят зарядите в източника на ток. Общата едс във верига с постоянен ток (максимумът от тези напрежения, който съществува, когато веригата е отворена) е равна на потенциалната разлика в краищата на отворената верига и показва едс на източника.
EMF определя силата на тока във веригата при дадено съпротивление (закон на Ом). EMF, подобно на напрежението, се измерва във волтове. За поддържане на непрекъснат електрически ток генераторите се използват като източник на електродвижеща сила. В генераторите външните сили са сили от вихровото електрическо поле, което възниква, когато магнитното поле се променя с течение на времето, или силата на Лоренц, действаща от магнитното поле върху електрони в движещ се проводник; в галваничните елементи и батериите това са химически сили.