Η ηλεκτρομαγνητική δύναμη (EMF) είναι μια άγνωστη ιδέα για τους περισσότερους ανθρώπους, αλλά συνδέεται στενά με την πιο οικεία έννοια της τάσης. Η κατανόηση της διαφοράς μεταξύ των δύο και τι σημαίνει EMF σας δίνει τα εργαλεία που χρειάζεστε για να λύσετε πολλά προβλήματα στη φυσική και την ηλεκτρονική, και εισάγει την έννοια της εσωτερικής αντίστασης μιας μπαταρίας. Το EMF σας λέει την τάση της μπαταρίας χωρίς την εσωτερική αντίσταση να μειώνει την τιμή όπως συμβαίνει για τις συνήθεις μετρήσεις διαφοράς δυναμικού. Μπορείτε να το υπολογίσετε με δύο διαφορετικούς τρόπους, ανάλογα με τις πληροφορίες που έχετε.
TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)
Υπολογίστε το EMF χρησιμοποιώντας τον τύπο:
ε = V + Ιρ
Εδώ (V) σημαίνει την τάση της κυψέλης, (I) σημαίνει το ρεύμα στο κύκλωμα και (r) σημαίνει την εσωτερική αντίσταση της κυψέλης.
Τι είναι το EMF;
Η ηλεκτροκινητική δύναμη είναι η διαφορά δυναμικού (δηλ. Τάση) μεταξύ των ακροδεκτών της μπαταρίας όταν δεν ρέει ρεύμα. Αυτό μπορεί να μην φαίνεται ότι θα έκανε τη διαφορά, αλλά κάθε μπαταρία έχει «εσωτερική αντίσταση». Αυτό είναι όπως η συνηθισμένη αντίσταση που μειώνει το ρεύμα σε ένα κύκλωμα, αλλά υπάρχει μέσα στην μπαταρία εαυτό. Αυτό συμβαίνει επειδή τα υλικά που χρησιμοποιούνται για τη σύνθεση των κυψελών της μπαταρίας έχουν τη δική τους αντίσταση (αφού ουσιαστικά όλα τα υλικά).
Όταν κανένα ρεύμα δεν ρέει μέσα από το κελί, αυτή η εσωτερική αντίσταση δεν αλλάζει τίποτα επειδή δεν υπάρχει ρεύμα για να επιβραδυνθεί. Κατά κάποιο τρόπο, το EMF μπορεί να θεωρηθεί ως η μέγιστη διαφορά δυναμικού μεταξύ των ακροδεκτών σε ιδανική κατάσταση και είναι πάντα μεγαλύτερη από την τάση της μπαταρίας στην πράξη.
Εξισώσεις για τον υπολογισμό του EMF
Υπάρχουν δύο βασικές εξισώσεις για τον υπολογισμό του EMF. Ο πιο θεμελιώδης ορισμός είναι ο αριθμός των joules της ενέργειας (E) που κάθε coulomb φορτίου (Q) παίρνει καθώς περνά μέσα από το κελί:
Όπου (ε) είναι το σύμβολο της ηλεκτροκινητικής δύναμης, (E) είναι η ενέργεια στο κύκλωμα και (Q) είναι το φορτίο του κυκλώματος. Εάν γνωρίζετε την προκύπτουσα ενέργεια και το ποσό φόρτισης που περνά μέσα από το κελί, αυτός είναι ο απλούστερος τρόπος υπολογισμού του EMF, αλλά στις περισσότερες περιπτώσεις δεν θα έχετε αυτές τις πληροφορίες.
Αντ 'αυτού, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τον ορισμό περισσότερο όπως ο νόμος του Ohm (V = IR). Αυτό μπορεί να εκφραστεί ως:
\ epsilon = I (R + r)
Με (I) σημαίνει ρεύμα, (R) για την αντίσταση του εν λόγω κυκλώματος και (r) για την εσωτερική αντίσταση της κυψέλης. Η επέκταση αυτού αποκαλύπτει τον στενό σύνδεσμο με τον νόμο του Ohm:
\ epsilon = IR + Ir = V + Ir
Αυτό δείχνει ότι μπορείτε να υπολογίσετε το EMF εάν γνωρίζετε την τάση στους ακροδέκτες (η τάση όπως χρησιμοποιείται σε πραγματικές καταστάσεις), το ρεύμα που ρέει και η εσωτερική αντίσταση της κυψέλης.
Τρόπος υπολογισμού EMF: Ένα παράδειγμα
Για παράδειγμα, φανταστείτε ότι έχετε κύκλωμα με πιθανή διαφορά 3,2 V, με ρεύμα 0,6 A που ρέει και εσωτερική αντίσταση της μπαταρίας στα 0,5 ohms. Χρησιμοποιώντας τον παραπάνω τύπο:
\ epsilon = V + Ir = 3.2 \ text {V} + (0.6 \ text {A}) (0.5 \ text {} \ Omega) = 3.5 \ κείμενο {V}
Έτσι το EMF αυτού του κυκλώματος είναι 3,5 V.