Elektromotorisk kraft (EMF) er et ukjent konsept for folk flest, men det er nært knyttet til det mer kjente spenningskonseptet. Å forstå forskjellen mellom de to og hva EMF betyr, gir deg verktøyene du trenger for å løse mange problemer i fysikk og elektronikk, og introduserer konseptet med et indre batteris motstand. EMF forteller deg spenningen til batteriet uten at den interne motstanden reduserer verdien som den gjør for vanlige potensielle differansemål. Du kan beregne det på et par forskjellige måter, avhengig av hvilken informasjon du har.
TL; DR (for lang; Leste ikke)
Beregn EMF ved hjelp av formelen:
ε = V + Ir
Her (V) betyr spenningen til cellen, (I) betyr strømmen i kretsen og (r) betyr den indre motstanden til cellen.
Hva er EMF?
Den elektromotoriske kraften er potensialforskjellen (dvs. spenning) over terminalene på batteriet når ingen strøm flyter. Dette virker ikke som det ville utgjøre en forskjell, men hvert batteri har "intern motstand". Dette er som den vanlige motstanden som reduserer strømmen i en krets, men den finnes i batteriet seg selv. Dette er fordi materialene som brukes til å danne cellene i batteriet har sin egen motstand (siden i det vesentlige alle materialer har det).
Når ingen strøm strømmer gjennom cellen, endrer denne indre motstanden ingenting fordi det ikke er strøm for at den skal avta. På en måte kan EMF betraktes som den maksimale potensielle forskjellen over terminalene i en idealisert situasjon, og den er alltid større enn spenningen til batteriet i praksis.
Ligninger for beregning av EMF
Det er to hovedligninger for beregning av EMF. Den mest fundamentale definisjonen er antall joule energi (E) hver ladningskulom (Q) tar opp når den passerer gjennom cellen:
Der (ε) er symbolet for elektromotorisk kraft, er (E) energien i kretsen og (Q) er kretsens ladning. Hvis du vet den resulterende energien og mengden ladning som passerer gjennom cellen, er dette den enkleste måten å beregne EMF på, men i de fleste tilfeller vil du ikke ha den informasjonen.
I stedet kan du bruke definisjonen mer som Ohms lov (V = IR). Dette kan uttrykkes som:
\ epsilon = I (R + r)
Med (I) som betyr strøm, (R) for motstanden til den aktuelle kretsen og (r) for den indre motstanden til cellen. Å utvide dette avslører den nære koblingen med Ohms lov:
\ epsilon = IR + Ir = V + Ir
Dette viser at du kan beregne EMF hvis du kjenner spenningen over terminalene (spenningen som brukes i virkelige situasjoner), strømmen som strømmer og cellens indre motstand.
Hvordan beregne EMF: Et eksempel
Tenk deg at du har et kretsløp med en potensialforskjell på 3,2 V, med en strøm på 0,6 A som strømmer og den interne motstanden til batteriet er 0,5 ohm. Ved å bruke formelen ovenfor:
\ epsilon = V + Ir = 3.2 \ text {V} + (0.6 \ text {A}) (0.5 \ text {} \ Omega) = 3.5 \ text {V}
Så EMF for denne kretsen er 3,5 V.