Siła elektromotoryczna (EMF) jest pojęciem nieznanym większości ludzi, ale jest ściśle powiązana z bardziej znanym pojęciem napięcia. Zrozumienie różnicy między nimi i tego, co oznacza EMF, daje narzędzia, których potrzebujesz, aby rozwiązać wiele problemy fizyki i elektroniki oraz wprowadza pojęcie rezystancji wewnętrznej baterii. EMF informuje o napięciu akumulatora bez rezystancji wewnętrznej, zmniejszając wartość, jak to ma miejsce w przypadku zwykłych pomiarów różnicy potencjałów. Możesz to obliczyć na kilka różnych sposobów, w zależności od posiadanych informacji.
TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)
Oblicz pole elektromagnetyczne za pomocą wzoru:
ε = V + Ir
Tutaj (V) oznacza napięcie ogniwa, (I) oznacza prąd w obwodzie, a (r) oznacza rezystancję wewnętrzną ogniwa.
Co to jest pole elektromagnetyczne?
Siła elektromotoryczna to różnica potencjałów (tj. napięcia) na zaciskach akumulatora, gdy nie płynie prąd. Może się wydawać, że nie miałoby to znaczenia, ale każda bateria ma „wewnętrzną rezystancję”. To jest jak zwykła rezystancja, która zmniejsza prąd w obwodzie, ale istnieje w akumulatorze samo. Dzieje się tak, ponieważ materiały użyte do wytworzenia ogniw w akumulatorze mają swoją własną odporność (ponieważ w zasadzie wszystkie materiały mają).
Gdy przez ogniwo nie płynie prąd, ten wewnętrzny opór niczego nie zmienia, ponieważ nie ma prądu, który mógłby spowolnić. W pewnym sensie EMF można traktować jako maksymalną różnicę potencjałów na zaciskach w wyidealizowanej sytuacji i w praktyce zawsze jest ona większa niż napięcie akumulatora.
Równania do obliczania pola elektromagnetycznego
Istnieją dwa główne równania do obliczania pola elektromagnetycznego. Najbardziej podstawową definicją jest liczba dżuli energii (E) pobierana przez każdy kulomb ładunku (Q) podczas przechodzenia przez komórkę:
Gdzie (ε) jest symbolem siły elektromotorycznej, (E) jest energią w obwodzie, a (Q) jest ładunkiem obwodu. Jeśli znasz wynikową energię i ilość ładunku przechodzącego przez ogniwo, jest to najprostszy sposób obliczenia pola elektromagnetycznego, ale w większości przypadków nie będziesz mieć tych informacji.
Zamiast tego możesz użyć definicji bardziej jak prawo Ohma (V = IR). Można to wyrazić jako:
\epsilon =I(R+r)
Gdzie (I) oznacza prąd, (R) dla rezystancji danego obwodu i (r) dla rezystancji wewnętrznej ogniwa. Rozszerzenie tego ujawnia ścisły związek z prawem Ohma:
\epsilon =IR+Ir=V+Ir
To pokazuje, że możesz obliczyć EMF, jeśli znasz napięcie na zaciskach (napięcie używane w sytuacjach rzeczywistych), przepływający prąd i wewnętrzną rezystancję ogniwa.
Jak obliczyć pole elektromagnetyczne: przykład
Jako przykład wyobraź sobie, że masz obwód z różnicą potencjałów 3,2 V, z przepływającym prądem 0,6 A i rezystancją wewnętrzną akumulatora 0,5 oma. Korzystając z powyższego wzoru:
\epsilon =V+Ir = 3.2\text{ V}+(0.6\text{ A})(0.5\text{ }\Omega)=3.5\text{ V}
Więc EMF tego obwodu wynosi 3,5 V.