Elektromotorisk kraft (EMF) är ett okänt koncept för de flesta, men det är nära kopplat till det mer välbekanta spänningskonceptet. Att förstå skillnaden mellan de två och vad EMF betyder ger dig de verktyg du behöver lösa många problem inom fysik och elektronik, och introducerar konceptet för ett batteris interna motstånd. EMF berättar batteriets spänning utan att det interna motståndet minskar värdet som det gör för vanliga potentialdifferensmätningar. Du kan beräkna det på ett par olika sätt, beroende på vilken information du har.
TL; DR (för lång; Läste inte)
Beräkna EMF med formeln:
e = V + Ir
Här (V) betyder cellens spänning, (I) betyder strömmen i kretsen och (r) betyder cellens interna motstånd.
Vad är EMF?
Den elektromotoriska kraften är potentialskillnaden (dvs. spänning) över batteriets poler när ingen ström flyter. Det verkar inte som att det skulle göra skillnad, men varje batteri har "internt motstånd". Detta är som det vanliga motståndet som minskar strömmen i en krets, men den finns i batteriet sig. Detta beror på att materialen som används för att bilda cellerna i batteriet har sin egen motståndskraft (eftersom i princip alla material har det).
När ingen ström flyter genom cellen ändrar inte detta interna motstånd någonting eftersom det inte finns någon ström för att den ska sakta ner. På ett sätt kan EMF ses som den maximala potentialskillnaden över terminalerna i en idealiserad situation, och den är alltid större än batteriets spänning i praktiken.
Ekvationer för beräkning av EMF
Det finns två huvudekvationer för beräkning av EMF. Den mest grundläggande definitionen är antalet joule energi (E) som varje laddningskulom (Q) tar upp när den passerar genom cellen:
Där (ε) är symbolen för elektromotorisk kraft, är (E) energin i kretsen och (Q) är kretsens laddning. Om du känner till den resulterande energin och mängden laddning som passerar genom cellen är detta det enklaste sättet att beräkna EMF, men i de flesta fall har du inte den informationen.
Istället kan du använda definitionen mer som Ohms lag (V = IR). Detta kan uttryckas som:
\ epsilon = I (R + r)
Med (I) som betyder ström, (R) för motståndet i kretsen i fråga och (r) för cellens interna motstånd. Utvidgningen av detta avslöjar den nära kopplingen till Ohms lag:
\ epsilon = IR + Ir = V + Ir
Detta visar att du kan beräkna EMF om du känner till spänningen över terminalerna (spänningen som används i verkliga situationer), strömmen som flyter och cellens interna motstånd.
Hur man beräknar EMF: ett exempel
Föreställ dig som exempel att du har en krets med en potentialskillnad på 3,2 V, med en ström på 0,6 A och det interna motståndet hos batteriet vid 0,5 ohm. Med formeln ovan:
\ epsilon = V + Ir = 3.2 \ text {V} + (0.6 \ text {A}) (0.5 \ text {} \ Omega) = 3.5 \ text {V}
Så EMF för denna krets är 3,5 V.