Az elektromotoros erő (EMF) a legtöbb ember számára ismeretlen fogalom, de szorosan kapcsolódik a feszültség ismertebb fogalmához. A kettő közötti különbség megértése és az EMF jelentése megadja azokat az eszközöket, amelyekre sok megoldására van szükség fizikai és elektronikai problémák, és bevezeti az akkumulátor belső ellenállásának fogalmát. Az EMF megmondja az akkumulátor feszültségét anélkül, hogy a belső ellenállás csökkentené az értéket, mint a szokásos potenciálkülönbség méréseknél. Számos módon kiszámíthatja, attól függően, hogy milyen információval rendelkezik.
TL; DR (túl hosszú; Nem olvastam)
Számítsa ki az EMF-et a következő képlettel:
ε = V + Ir
Itt (V) a cella feszültségét, (I) az áramban lévő áramot és (r) a cella belső ellenállását jelenti.
Mi az EMF?
Az elektromotoros erő az akkumulátor pólusai közötti potenciálkülönbség (azaz feszültség), amikor áram nem folyik. Lehet, hogy ez nem tűnik különbségnek, de minden akkumulátornak van „belső ellenállása”. Ez mint a szokásos ellenállás, amely csökkenti az áramot az áramkörben, de létezik az akkumulátoron belül maga. Az akkumulátor celláinak felépítéséhez felhasznált anyagok saját ellenállással rendelkeznek (mivel lényegében minden anyag igen).
Amikor a cellán nem folyik áram, ez a belső ellenállás semmit sem változtat, mert nincs áram, amely lelassulna. Bizonyos szempontból az EMF elképzelhető a terminálok közötti maximális potenciálkülönbségként egy idealizált helyzetben, és ez mindig nagyobb, mint a gyakorlatban az akkumulátor feszültsége.
Egyenletek az EMF kiszámításához
Az EMF kiszámításához két fő egyenlet van. A legalapvetőbb definíció az energia joule (E) száma, amelyek mindegyik töltési coulombja (Q) felveszi, amikor áthalad a cellán:
Ahol (ε) az elektromotoros erő szimbóluma, (E) az áramkörben lévő energia és (Q) az áramkör töltése. Ha ismeri a keletkező energiát és a cellán áthaladó töltés mennyiségét, ez az EMF kiszámításának legegyszerűbb módja, de a legtöbb esetben nem rendelkezik ezzel az információval.
Ehelyett inkább a definíciót használhatja, mint Ohm törvénye (V = IR). Ez a következőképpen fejezhető ki:
\ epsilon = I (R + r)
(I) áramot jelent, (R) a kérdéses áramkör ellenállását és (r) a cella belső ellenállását. Ennek kibővítése feltárja az szoros kapcsolatot Ohm törvényével:
\ epsilon = IR + Ir = V + Ir
Ez azt mutatja, hogy kiszámíthatja az EMF-et, ha ismeri a kapcsok közötti feszültséget (a valós helyzetekben használt feszültséget), az áramló áramot és a cella belső ellenállását.
Az EMF kiszámítása: Példa
Példaként képzeljük el, hogy van 3,2 V potenciálkülönbségű áramkör, 0,6 A árammal áramlik, és az akkumulátor belső ellenállása 0,5 ohmos. A fenti képlet segítségével:
\ epsilon = V + Ir = 3.2 \ text {V} + (0.6 \ text {A}) (0.5 \ text {} \ Omega) = 3.5 \ text {V}
Tehát ennek az áramkörnek az EMF-je 3,5 V.