Elektromotorisk kraft (EMF) er et ukendt koncept for de fleste mennesker, men det er tæt knyttet til det mere velkendte spændingskoncept. At forstå forskellen mellem de to og hvad EMF betyder giver dig de værktøjer, du har brug for, til at løse mange problemer inden for fysik og elektronik og introducerer konceptet om et batteris indre modstand. EMF fortæller dig spændingen på batteriet uden, at den interne modstand reducerer værdien, som den gør for almindelige målinger af potentielle forskelle. Du kan beregne det på et par forskellige måder, afhængigt af hvilke oplysninger du har.
TL; DR (for lang; Har ikke læst)
Beregn EMF ved hjælp af formlen:
ε = V + Ir
Her (V) betyder celleens spænding, (I) betyder strømmen i kredsløbet og (r) betyder celleens interne modstand.
Hvad er EMF?
Den elektromotoriske kraft er potentialforskellen (dvs. spænding) over terminalerne på batteriet, når der ikke strømmer strøm. Dette ser måske ikke ud til at gøre en forskel, men hvert batteri har "intern modstand". Dette er som den almindelige modstand, der reducerer strømmen i et kredsløb, men den findes inden i batteriet sig selv. Dette skyldes, at de materialer, der bruges til at udgøre cellerne i batteriet, har deres egen modstand (da stort set alle materialer gør det).
Når der ikke strømmer nogen strøm gennem cellen, ændrer denne interne modstand ikke noget, fordi der ikke er nogen strøm til, at den bremser. På en måde kan EMF betragtes som den maksimale potentialeforskel på terminalerne i en idealiseret situation, og den er altid større end batteriets spænding i praksis.
Ligninger til beregning af EMF
Der er to hovedligninger til beregning af EMF. Den mest grundlæggende definition er antallet af joule energi (E), hver ladningskulom (Q) samler op, når den passerer gennem cellen:
Hvor (ε) er symbolet for elektromotorisk kraft, (E) er energien i kredsløbet, og (Q) er kredsløbet. Hvis du kender den resulterende energi og mængden af ladning, der passerer gennem cellen, er dette den enkleste måde at beregne EMF på, men i de fleste tilfælde har du ikke disse oplysninger.
I stedet kan du bruge definitionen mere som Ohms lov (V = IR). Dette kan udtrykkes som:
\ epsilon = I (R + r)
Med (I), der betyder strøm, (R) for modstanden i det pågældende kredsløb og (r) for den interne modstand i cellen. Udvidelse af dette afslører den tætte forbindelse med Ohms lov:
\ epsilon = IR + Ir = V + Ir
Dette viser, at du kan beregne EMF, hvis du kender spændingen på tværs af terminalerne (spændingen som brugt i virkelige situationer), strømmen strømmer og celleens interne modstand.
Sådan beregnes EMF: Et eksempel
Forestil dig som et eksempel, at du har et kredsløb med en potentialeforskel på 3,2 V, med en strøm på 0,6 A, der strømmer og batteriets interne modstand er 0,5 ohm. Brug formlen ovenfor:
\ epsilon = V + Ir = 3,2 \ tekst {V} + (0,6 \ tekst {A}) (0,5 \ tekst {} \ Omega) = 3,5 \ tekst {V}
Så EMF for dette kredsløb er 3,5 V.
