Siła elektromotoryczna

Siła elektromotoryczna - SEM, \(\varepsilon\), jest to napięcie źródła prądu - jest przyczyną, dla której utrzymywana jest równica potencjałów elektrycznych między dwoma punktami otwartego obwodu elektrycznego, jest czynnikiem, który powoduje przepływ prądu w obwodzie.

To podstawowy parametr wszelkich źródeł energii elektrycznych, w tym taki jak:

prądnica,
bateria,
termopara,
fotoogniwo.

Inną wielkością, która charakteryzuje źródło prądu jest jego opór wewnętrzny \(R_w\).

Rozpatrzmy następujący obwód.

siła elektromotoryczna

Woltomierz mierzy napięcie na końcach opornika \(R\). Jeżeli zaczniemy zmieniać wartość oporu \(R\), w obwodzie popłynie prąd o różnym natężeniu, które zmierzy amperomierz. Okazuje się, że napięcie między punktami A i B również się wówczas zmieni, z uwagi na istnienie oporu wewnętrznego \(R_w\). Im większy prąd płynie w obwodzie, tym większy spadek napięcia zaobserwujemy. Ten spadek napięcia jest równy \(\Delta U=IR_w\) (wynika z prawa Ohma). Zatem napięcie \(U_z\) na zaciskach źródła z którego pobierany jest prąd jest równe:

\(U_z=\varepsilon-IR_w\)

Zatem, gdy otworzymy obwód (\(I=0\)) otrzymamy wprost: \(U_z=\varepsilon\).

Siła elektromotoryczna (SEM) źródła prądu jest równa w obwodzie otwartym napięciu na zaciskach tego źródła.

Zauważmy, że aby woltomierz zmierzył siłę elektromotoryczną przy odłączonym oporze \(R\) musi mieć nieskończenie wielki opór elektryczny, co nie jest możliwe w rzeczywistości. Zwykłe podłączenie zatem woltomierza do zacisków źródła nie da nam poprawnej wartości SEM, a jedynie wartość zbliżoną. Istnieją inne, niestety skomplikowane metody pomiaru SEM (tzw, metody kompensacyjne).

Wzory

W obwodzie z prądem siła elektromotoryczna jest równa ilorazowi mocy chwilowej \(P\), jaką wydziela źródło do natężenia prądu I tego źródła.

Siła elektromotoryczna jest także równa pracy W wykonanej przez źródło do wartości ładunku \(q\), jaki został przeniesiony w wyniku wykonania tej pracy.

Wzór jest następujący:

\(\varepsilon=\frac{P}{I}=\frac{W}{q}\)

gdzie: