Forța electromotivă (CEM) este un concept necunoscut pentru majoritatea oamenilor, dar este strâns legată de conceptul mai familiar de tensiune. Înțelegerea diferenței dintre cele două și ce înseamnă EMF vă oferă instrumentele de care aveți nevoie pentru a rezolva multe probleme în fizică și electronică și introduce conceptul de rezistență internă a unei baterii. EMF vă spune tensiunea bateriei fără ca rezistența internă să reducă valoarea, așa cum se întâmplă pentru măsurările obișnuite ale diferenței de potențial. Îl puteți calcula în câteva moduri diferite, în funcție de informațiile pe care le aveți.
TL; DR (Prea lung; Nu am citit)
Calculați EMF folosind formula:
ε = V + Ir
Aici (V) înseamnă tensiunea celulei, (I) înseamnă curentul din circuit și (r) înseamnă rezistența internă a celulei.
Ce este CEM?
Forța electromotivă este diferența de potențial (de exemplu, tensiunea) între bornele bateriei atunci când nu curge curent. S-ar putea să nu pară că ar face diferența, dar fiecare baterie are „rezistență internă”. Aceasta este ca rezistența obișnuită care reduce curentul într-un circuit, dar există în interiorul bateriei în sine. Acest lucru se datorează faptului că materialele utilizate pentru a alcătui celulele din baterie au propria lor rezistență (deoarece în esență toate materialele au).
Când nu curge curent prin celulă, această rezistență internă nu schimbă nimic, deoarece nu există curent pentru ca aceasta să încetinească. Într-un fel, EMF poate fi considerat diferența maximă de potențial între terminale într-o situație idealizată și este întotdeauna mai mare decât tensiunea bateriei în practică.
Ecuații pentru calcularea EMF
Există două ecuații principale pentru calcularea EMF. Cea mai fundamentală definiție este numărul de jouli de energie (E) pe care fiecare coulomb de sarcină (Q) îl preia în timp ce trece prin celulă:
Unde (ε) este simbolul forței electromotoare, (E) este energia din circuit și (Q) este sarcina circuitului. Dacă cunoașteți energia rezultată și cantitatea de încărcare care trece prin celulă, acesta este cel mai simplu mod de a calcula EMF, dar în majoritatea cazurilor nu veți avea aceste informații.
În schimb, puteți utiliza definiția mai mult ca legea lui Ohm (V = IR). Acest lucru poate fi exprimat ca:
\ epsilon = I (R + r)
Cu (I) care înseamnă curent, (R) pentru rezistența circuitului în cauză și (r) pentru rezistența internă a celulei. Extinderea acestui lucru relevă legătura strânsă cu legea lui Ohm:
\ epsilon = IR + Ir = V + Ir
Acest lucru arată că puteți calcula EMF dacă cunoașteți tensiunea la terminale (tensiunea utilizată în situații din lumea reală), curentul care curge și rezistența internă a celulei.
Cum se calculează EMF: un exemplu
De exemplu, imaginați-vă că aveți un circuit cu o diferență de potențial de 3,2 V, cu un curent de 0,6 A curgând și rezistența internă a bateriei la 0,5 ohmi. Folosind formula de mai sus:
\ epsilon = V + Ir = 3.2 \ text {V} + (0.6 \ text {A}) (0.5 \ text {} \ Omega) = 3.5 \ text {V}
Deci CEM al acestui circuit este de 3,5 V.