כוח אלקטרומוטיבי (EMF) הוא מושג לא מוכר לרוב האנשים, אך הוא קשור קשר הדוק למושג המתח המוכר יותר. הבנת ההבדל בין השניים ומשמעות EMF נותנת לך את הכלים שאתה צריך לפתור בעיות בפיזיקה ואלקטרוניקה, ומציג את מושג ההתנגדות הפנימית של סוללה. EMF אומר לך את המתח של הסוללה מבלי שההתנגדות הפנימית מפחיתה את הערך כפי שהיא עושה עבור מדידות הפרש פוטנציאל רגילות. אתה יכול לחשב את זה בכמה דרכים שונות, תלוי איזה מידע יש לך.
TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)
חישוב EMF באמצעות הנוסחה:
ε = V + Ir
כאן (V) פירושו מתח התא, (I) פירושו הזרם במעגל ו- (r) פירושו ההתנגדות הפנימית של התא.
מה זה EMF?
הכוח האלקטרו-מוטורי הוא ההפרש הפוטנציאלי (כלומר, המתח) על גבי מסופי הסוללה כאשר לא זרם זרם. זה אולי לא נראה כאילו זה ישפיע, אבל לכל סוללה יש "התנגדות פנימית". זה כמו ההתנגדות הרגילה שמפחיתה את הזרם במעגל, אך היא קיימת בתוך הסוללה את עצמה. הסיבה לכך היא כי לחומרים המשמשים להרכבת התאים בסוללה יש עמידות משלהם (שכן למעשה כל החומרים כן).
כאשר לא זורם זרם דרך התא, ההתנגדות הפנימית הזו לא משנה שום דבר מכיוון שאין זרם שהוא יאט. באופן מסוים, ניתן לחשוב על ה- EMF כהפרש הפוטנציאל המרבי על גבי המסופים במצב אידיאלי, והוא תמיד גדול יותר מהמתח של הסוללה בפועל.
משוואות לחישוב EMF
ישנן שתי משוואות עיקריות לחישוב EMF. ההגדרה הבסיסית ביותר היא מספר הג'אול של האנרגיה (E) שכל קולומב מטען (Q) קולט כשהוא עובר בתא:
כאשר (ε) הוא הסמל לכוח אלקטרומוטורי, (E) הוא האנרגיה במעגל ו- (Q) הוא המטען של המעגל. אם אתה יודע את האנרגיה המתקבלת ואת כמות המטען העוברת בתא, זו הדרך הפשוטה ביותר לחישוב EMF, אך ברוב המקרים לא יהיה לך את המידע הזה.
במקום זאת, אתה יכול להשתמש בהגדרה יותר כמו החוק של Ohm (V = IR). זה יכול לבוא לידי ביטוי כ:
\ epsilon = I (R + r)
כאשר (I) פירושו זרם, (R) להתנגדות המעגל המדובר ו- (r) להתנגדות הפנימית של התא. הרחבת זה חושפת את הקשר ההדוק עם חוק אוהם:
\ epsilon = IR + Ir = V + Ir
זה מראה שאתה יכול לחשב את EMF אם אתה יודע את המתח על גבי המסופים (המתח כפי שמשתמשים במצבים בעולם האמיתי), את הזרם הזורם ואת ההתנגדות הפנימית של התא.
כיצד לחשב EMF: דוגמא
כדוגמה, דמיין שיש לך מעגל עם הפרש פוטנציאלי של 3.2 וולט, עם זרם של 0.6 A הזורם וההתנגדות הפנימית של הסוללה היא 0.5 אוהם. באמצעות הנוסחה שלעיל:
\ epsilon = V + Ir = 3.2 \ text {V} + (0.6 \ text {A}) (0.5 \ text {} \ Omega) = 3.5 \ text {V}
אז ה- EMF של המעגל הזה הוא 3.5 וולט.