La fuerza electromotriz (EMF) es un concepto desconocido para la mayoría de las personas, pero está estrechamente relacionado con el concepto más familiar de voltaje. Comprender la diferencia entre los dos y lo que significa EMF le brinda las herramientas que necesita para resolver muchos problemas de física y electrónica, e introduce el concepto de resistencia interna de una batería. EMF le indica el voltaje de la batería sin que la resistencia interna reduzca el valor, como ocurre con las mediciones de diferencia de potencial ordinarias. Puede calcularlo de dos formas diferentes, dependiendo de la información que tenga.
TL; DR (demasiado largo; No leí)
Calcule EMF usando la fórmula:
ε = V + Ir
Aquí (V) significa el voltaje de la celda, (I) significa la corriente en el circuito y (r) significa la resistencia interna de la celda.
¿Qué es EMF?
La fuerza electromotriz es la diferencia de potencial (es decir, voltaje) a través de los terminales de la batería cuando no fluye corriente. Puede que esto no parezca que marcaría la diferencia, pero cada batería tiene una "resistencia interna". Esto es como la resistencia ordinaria que reduce la corriente en un circuito, pero existe dentro de la batería sí mismo. Esto se debe a que los materiales utilizados para formar las celdas de la batería tienen su propia resistencia (ya que básicamente todos los materiales la tienen).
Cuando no fluye corriente a través de la celda, esta resistencia interna no cambia nada porque no hay corriente para que disminuya la velocidad. En cierto modo, se puede pensar en la EMF como la máxima diferencia de potencial entre los terminales en una situación idealizada, y en la práctica siempre es mayor que el voltaje de la batería.
Ecuaciones para calcular EMF
Hay dos ecuaciones principales para calcular los campos electromagnéticos. La definición más fundamental es el número de julios de energía (E) que cada culombio de carga (Q) recoge al pasar a través de la celda:
Donde (ε) es el símbolo de la fuerza electromotriz, (E) es la energía en el circuito y (Q) es la carga del circuito. Si conoce la energía resultante y la cantidad de carga que pasa a través de la celda, esta es la forma más sencilla de calcular los campos electromagnéticos, pero en la mayoría de los casos no tendrá esa información.
En su lugar, puede utilizar la definición más como la ley de Ohm (V = IR). Esto se puede expresar como:
\ epsilon = I (R + r)
Con (I) que significa corriente, (R) para la resistencia del circuito en cuestión y (r) para la resistencia interna de la celda. Ampliar esto revela el estrecho vínculo con la ley de Ohm:
\ epsilon = IR + Ir = V + Ir
Esto muestra que puede calcular la EMF si conoce el voltaje en los terminales (el voltaje que se usa en situaciones del mundo real), el flujo de corriente y la resistencia interna de la celda.
Cómo calcular EMF: un ejemplo
Como ejemplo, imagine que tiene un circuito con una diferencia de potencial de 3,2 V, con una corriente de 0,6 A fluyendo y la resistencia interna de la batería a 0,5 ohmios. Usando la fórmula anterior:
\ epsilon = V + Ir = 3.2 \ text {V} + (0.6 \ text {A}) (0.5 \ text {} \ Omega) = 3.5 \ text {V}
Entonces el EMF de este circuito es 3.5 V.