Elektromotorna sila (EMF) nepoznat je pojam većini ljudi, ali usko je povezana sa poznatijim konceptom napona. Razumijevanje razlike između njih i onoga što EMF znači daje vam alate koji su vam potrebni za rješavanje mnogih problema u fizici i elektronici te uvodi koncept unutarnjeg otpora baterije. EMF vam govori napon baterije bez da unutarnji otpor smanjuje vrijednost kao što je to slučaj kod uobičajenih mjerenja razlika potencijala. Možete ga izračunati na nekoliko različitih načina, ovisno o tome koje podatke imate.
TL; DR (predugo; Nisam pročitao)
Izračunajte EMF koristeći formulu:
ε = V + Ir
Ovdje (V) znači napon ćelije, (I) znači struju u krugu i (r) znači unutarnji otpor ćelije.
Što je EMF?
Elektromotorna sila je razlika potencijala (tj. Napona) na stezaljkama akumulatora kada ne teče struja. Možda se ne čini da bi to moglo učiniti razliku, ali svaka baterija ima "unutarnji otpor". Ovo je poput uobičajenog otpora koji smanjuje struju u krugu, ali postoji u bateriji sebe. To je zato što materijali koji se koriste za izradu ćelija u bateriji imaju vlastiti otpor (budući da u osnovi svi materijali imaju).
Kad kroz ćeliju ne teče struja, ovaj unutarnji otpor ne mijenja ništa jer nema struje da bi se usporio. Na neki se način EMF može smatrati maksimalnom razlikom potencijala na stezaljkama u idealiziranoj situaciji, a u praksi je uvijek veći od napona baterije.
Jednadžbe za izračunavanje EMF-a
Dvije su jednadžbe za izračunavanje EMF-a. Najosnovnija definicija je broj džula energije (E) koji svaki kulon naboja (Q) pokupi dok prolazi kroz stanicu:
Gdje je (ε) simbol elektromotorne sile, (E) je energija u krugu, a (Q) naboj kruga. Ako znate rezultirajuću energiju i količinu naboja koji prolazi kroz ćeliju, ovo je najjednostavniji način za izračunavanje EMF-a, ali u većini slučajeva nećete imati te informacije.
Umjesto toga, možete koristiti definiciju više poput Ohmovog zakona (V = IR). To se može izraziti kao:
\ epsilon = I (R + r)
Sa (I) što znači struja, (R) za otpor dotičnog kruga i (r) za unutarnji otpor ćelije. Proširivanjem ovoga otkriva se uska veza s Ohmovim zakonom:
\ epsilon = IR + Ir = V + Ir
To pokazuje da možete izračunati EMF ako znate napon na stezaljkama (napon koji se koristi u stvarnim situacijama), struju koja teče i unutarnji otpor ćelije.
Kako izračunati EMF: Primjer
Kao primjer, zamislimo da imate krug s razlikom potencijala od 3,2 V, s strujom od 0,6 A koja teče i unutarnjim otporom baterije od 0,5 ohma. Koristeći gornju formulu:
\ epsilon = V + Ir = 3,2 \ text {V} + (0,6 \ text {A}) (0,5 \ text {} \ Omega) = 3,5 \ text {V}
Dakle, EMF ovog kruga je 3,5 V.