Força eletromotriz (EMF) é um conceito desconhecido para a maioria das pessoas, mas está intimamente ligado ao conceito mais familiar de voltagem. Compreender a diferença entre os dois e o que significa EMF dá-lhe as ferramentas de que necessita para resolver muitos problemas em física e eletrônica, e apresenta o conceito de resistência interna de uma bateria. EMF informa a tensão da bateria sem a resistência interna reduzindo o valor, como faz para medições de diferença de potencial comuns. Você pode calculá-lo de duas maneiras diferentes, dependendo das informações de que dispõe.
TL; DR (muito longo; Não li)
Calcule EMF usando a fórmula:
ε = V + Ir
Aqui (V) significa a tensão da célula, (I) significa a corrente no circuito e (r) significa a resistência interna da célula.
O que é EMF?
A força eletromotriz é a diferença de potencial (isto é, voltagem) entre os terminais da bateria quando nenhuma corrente está fluindo. Pode não parecer que faria diferença, mas toda bateria tem “resistência interna”. Isso é como a resistência comum que reduz a corrente em um circuito, mas existe dentro da bateria em si. Isso ocorre porque os materiais usados para formar as células da bateria têm sua própria resistência (já que essencialmente todos os materiais têm).
Quando nenhuma corrente está fluindo através da célula, esta resistência interna não muda nada porque não há corrente para diminuir a velocidade. De certa forma, o EMF pode ser pensado como a diferença de potencial máxima entre os terminais em uma situação idealizada e é sempre maior do que a voltagem da bateria na prática.
Equações para calcular EMF
Existem duas equações principais para calcular EMF. A definição mais fundamental é o número de joules de energia (E) que cada coulomb de carga (Q) pega ao passar pela célula:
Onde (ε) é o símbolo da força eletromotriz, (E) é a energia no circuito e (Q) é a carga do circuito. Se você souber a energia resultante e a quantidade de carga que passa pela célula, esta é a maneira mais simples de calcular EMF, mas na maioria dos casos você não terá essa informação.
Em vez disso, você pode usar a definição mais parecida com a lei de Ohm (V = IR). Isso pode ser expresso como:
\ epsilon = I (R + r)
Com (I) significando corrente, (R) para a resistência do circuito em questão e (r) para a resistência interna da célula. Expandir isso revela a estreita ligação com a lei de Ohm:
\ epsilon = IR + Ir = V + Ir
Isso mostra que você pode calcular a EMF se conhecer a tensão nos terminais (a tensão usada em situações do mundo real), a corrente fluindo e a resistência interna da célula.
Como calcular EMF: um exemplo
Como exemplo, imagine que você tem um circuito com diferença de potencial de 3,2 V, com corrente de 0,6 A fluindo e resistência interna da bateria de 0,5 ohms. Usando a fórmula acima:
\ epsilon = V + Ir = 3,2 \ texto {V} + (0,6 \ texto {A}) (0,5 \ texto {} \ Omega) = 3,5 \ texto {V}
Portanto, o EMF deste circuito é 3,5 V.