La force électromotrice (CEM) est un concept inconnu pour la plupart des gens, mais il est étroitement lié au concept plus familier de tension. Comprendre la différence entre les deux et ce que signifie EMF vous donne les outils dont vous avez besoin pour résoudre de nombreux problèmes de physique et d'électronique, et introduit le concept de résistance interne d'une batterie. EMF vous indique la tension de la batterie sans que la résistance interne ne réduise la valeur comme elle le fait pour les mesures de différence de potentiel ordinaires. Vous pouvez le calculer de différentes manières, en fonction des informations dont vous disposez.
TL; DR (trop long; n'a pas lu)
Calculez l'EMF en utilisant la formule :
= V + Ir
Ici (V) signifie la tension de la cellule, (I) signifie le courant dans le circuit et (r) signifie la résistance interne de la cellule.
Qu'est-ce que l'EMF ?
La force électromotrice est la différence de potentiel (c'est-à-dire la tension) aux bornes de la batterie lorsqu'aucun courant ne circule. Cela peut ne pas sembler faire une différence, mais chaque batterie a une "résistance interne". C'est comme la résistance ordinaire qui réduit le courant dans un circuit, mais il existe dans la batterie lui-même. En effet, les matériaux utilisés pour constituer les cellules de la batterie ont leur propre résistance (puisque pratiquement tous les matériaux le font).
Lorsqu'aucun courant ne circule dans la cellule, cette résistance interne ne change rien car il n'y a pas de courant pour qu'elle ralentisse. D'une certaine manière, la CEM peut être considérée comme la différence de potentiel maximale entre les bornes dans une situation idéalisée, et elle est toujours supérieure à la tension de la batterie en pratique.
Équations pour le calcul des champs électromagnétiques
Il existe deux équations principales pour calculer les champs électromagnétiques. La définition la plus fondamentale est le nombre de joules d'énergie (E) que chaque coulomb de charge (Q) capte lorsqu'il traverse la cellule :
Où (ε) est le symbole de la force électromotrice, (E) est l'énergie dans le circuit et (Q) est la charge du circuit. Si vous connaissez l'énergie résultante et la quantité de charge traversant la cellule, c'est le moyen le plus simple de calculer les champs électromagnétiques, mais dans la plupart des cas, vous n'aurez pas cette information.
Au lieu de cela, vous pouvez utiliser la définition davantage comme la loi d'Ohm (V = IR). Cela peut s'exprimer ainsi :
\epsilon =I(R+r)
Avec (I) signifiant courant, (R) pour la résistance du circuit considéré et (r) pour la résistance interne de la cellule. L'étendre révèle le lien étroit avec la loi d'Ohm :
\epsilon =IR+Ir=V+Ir
Cela montre que vous pouvez calculer l'EMF si vous connaissez la tension aux bornes (la tension telle qu'elle est utilisée dans des situations réelles), le courant circulant et la résistance interne de la cellule.
Comment calculer les champs électromagnétiques: un exemple
A titre d'exemple, imaginez que vous ayez un circuit avec une différence de potentiel de 3,2 V, avec un courant de 0,6 A circulant et la résistance interne de la batterie à 0,5 ohms. En utilisant la formule ci-dessus :
\epsilon =V+Ir = 3.2\text{ V}+(0.6\text{ A})(0.5\text{ }\Omega)=3.5\text{ V}
La FEM de ce circuit est donc de 3,5 V.