แรงเคลื่อนไฟฟ้า (EMF) เป็นแนวคิดที่ไม่คุ้นเคยสำหรับคนส่วนใหญ่ แต่มีการเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับแนวคิดเรื่องแรงดันไฟฟ้าที่คุ้นเคยมากกว่า การทำความเข้าใจความแตกต่างระหว่างทั้งสองและความหมายของ EMF จะช่วยให้คุณมีเครื่องมือที่จำเป็นในการแก้ปัญหามากมาย ปัญหาทางฟิสิกส์และอิเล็กทรอนิกส์ และแนะนำแนวคิดเรื่องความต้านทานภายในของแบตเตอรี่ EMF จะบอกคุณถึงแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่โดยไม่มีความต้านทานภายในลดค่าลงเช่นเดียวกับการวัดค่าความต่างศักย์ปกติทั่วไป คุณสามารถคำนวณได้หลายวิธี ขึ้นอยู่กับข้อมูลที่คุณมี
ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)
คำนวณ EMF โดยใช้สูตร:
ε = V + Ir
ในที่นี้ (V) หมายถึงแรงดันไฟฟ้าของเซลล์ (I) หมายถึงกระแสในวงจรและ (r) หมายถึงความต้านทานภายในของเซลล์
EMF คืออะไร?
แรงเคลื่อนไฟฟ้าคือความต่างศักย์ (เช่น แรงดันไฟ) ที่ขั้วของแบตเตอรี่เมื่อไม่มีกระแสไหล สิ่งนี้อาจดูเหมือนไม่สร้างความแตกต่าง แต่แบตเตอรี่ทุกก้อนมี “ความต้านทานภายใน” นี่คือ เหมือนความต้านทานธรรมดาที่ลดกระแสในวงจร แต่มีอยู่ภายในแบตเตอรี่ ตัวเอง. เนื่องจากวัสดุที่ใช้ทำเซลล์ในแบตเตอรี่มีความต้านทานของตัวเอง (เนื่องจากวัสดุทั้งหมดมีส่วนประกอบเป็นสำคัญ)
เมื่อไม่มีกระแสไหลผ่านเซลล์ ความต้านทานภายในนี้จะไม่เปลี่ยนแปลงใดๆ เนื่องจากไม่มีกระแสให้กระแสไหลช้าลง ในแง่หนึ่ง EMF ถือได้ว่าเป็นความต่างศักย์สูงสุดระหว่างขั้วต่างๆ ในสถานการณ์ในอุดมคติ และมีค่ามากกว่าแรงดันไฟฟ้าในทางปฏิบัติของแบตเตอรี่เสมอ
สมการสำหรับการคำนวณ EMF
มีสองสมการหลักสำหรับการคำนวณ EMF คำจำกัดความพื้นฐานที่สุดคือจำนวนจูลของพลังงาน (E) แต่ละคูลอมบ์ของประจุ (Q) หยิบขึ้นมาเมื่อผ่านเซลล์:
โดยที่ (ε) เป็นสัญลักษณ์ของแรงเคลื่อนไฟฟ้า (E) คือพลังงานในวงจรและ (Q) คือประจุของวงจร หากคุณทราบพลังงานที่เกิดขึ้นและปริมาณประจุที่ไหลผ่านเซลล์ นี่เป็นวิธีที่ง่ายที่สุดในการคำนวณ EMF แต่โดยส่วนใหญ่แล้ว คุณจะไม่มีข้อมูลนั้น
คุณสามารถใช้คำจำกัดความเหมือนกฎของโอห์ม (V = IR) แทน นี้สามารถแสดงเป็น:
\epsilon =ฉัน(R+r)
โดย (I) หมายถึงกระแส (R) สำหรับความต้านทานของวงจรที่เป็นปัญหาและ (r) สำหรับความต้านทานภายในของเซลล์ การขยายนี้เผยให้เห็นความเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับกฎของโอห์ม:
\epsilon =IR+Ir=V+Ir
ข้อมูลนี้แสดงว่าคุณสามารถคำนวณ EMF ได้หากคุณทราบแรงดันไฟที่ขั้วต่างๆ (แรงดันไฟฟ้าที่ใช้ในสถานการณ์จริง) กระแสที่ไหล และความต้านทานภายในของเซลล์
วิธีการคำนวณ EMF: ตัวอย่าง
ตัวอย่างเช่น สมมติว่าคุณมีวงจรที่มีความต่างศักย์ 3.2 V โดยมีกระแสไหล 0.6 A และความต้านทานภายในของแบตเตอรี่ที่ 0.5 โอห์ม โดยใช้สูตรข้างต้น:
\epsilon =V+Ir = 3.2\text{ V}+(0.6\text{ A})(0.5\text{ }\Omega)=3.5\text{ V}
ดังนั้น EMF ของวงจรนี้คือ 3.5 V