Elektromotorische kracht (EMF) is voor de meeste mensen een onbekend concept, maar het is nauw verbonden met het meer bekende concept van spanning. Als u het verschil tussen de twee begrijpt en wat EMF betekent, krijgt u de tools die u nodig hebt om veel op te lossen problemen in de natuurkunde en elektronica, en introduceert het concept van de interne weerstand van een batterij. EMF vertelt u de spanning van de batterij zonder dat de interne weerstand de waarde vermindert, zoals bij gewone potentiaalverschilmetingen. Je kunt het op verschillende manieren berekenen, afhankelijk van de informatie die je hebt.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Bereken EMF met behulp van de formule:
ε = V + Ir
Hier betekent (V) de spanning van de cel, (I) de stroom in het circuit en (r) de interne weerstand van de cel.
Wat is EMV?
De elektromotorische kracht is het potentiaalverschil (d.w.z. spanning) over de klemmen van de batterij wanneer er geen stroom vloeit. Dit lijkt misschien niet alsof het een verschil zou maken, maar elke batterij heeft "interne weerstand". Dit is zoals de gewone weerstand die de stroom in een circuit vermindert, maar het bestaat in de batterij zelf. Dit komt omdat de materialen die worden gebruikt om de cellen in de batterij te vormen, hun eigen weerstand hebben (aangezien vrijwel alle materialen dat hebben).
Wanneer er geen stroom door de cel stroomt, verandert deze interne weerstand niets omdat er geen stroom is om te vertragen. In zekere zin kan de EMF worden gezien als het maximale potentiaalverschil over de terminals in een geïdealiseerde situatie, en het is in de praktijk altijd groter dan de spanning van de batterij.
Vergelijkingen voor het berekenen van EMF
Er zijn twee hoofdvergelijkingen voor het berekenen van EMF. De meest fundamentele definitie is het aantal joule energie (E) dat elke coulomb lading (Q) opneemt als het door de cel gaat:
Waar (ε) het symbool is voor elektromotorische kracht, (E) is de energie in het circuit en (Q) is de lading van het circuit. Als u de resulterende energie en de hoeveelheid lading die door de cel gaat, weet, is dit de eenvoudigste manier om EMF te berekenen, maar in de meeste gevallen heeft u die informatie niet.
In plaats daarvan kun je de definitie meer gebruiken als de wet van Ohm (V = IR). Dit kan worden uitgedrukt als:
\epsilon =I(R+r)
Met (I) betekent stroom, (R) voor de weerstand van het circuit in kwestie en (r) voor de interne weerstand van de cel. Als je dit uitbreidt, wordt het nauwe verband met de wet van Ohm onthuld:
\epsilon =IR+Ir=V+Ir
Dit laat zien dat u de EMF kunt berekenen als u de spanning over de klemmen kent (de spanning zoals gebruikt in echte situaties), de stroom die vloeit en de interne weerstand van de cel.
EMV berekenen: een voorbeeld
Stel je bijvoorbeeld voor dat je een circuit hebt met een potentiaalverschil van 3,2 V, met een stroom van 0,6 A die vloeit en de interne weerstand van de batterij op 0,5 ohm. Met behulp van de bovenstaande formule:
\epsilon =V+Ir = 3.2\text{ V}+(0.6\text{ A})(0.5\text{ }\Omega)=3.5\text{ V}
Dus de EMF van dit circuit is 3,5 V.