Siła elektromotoryczna

Siła elektromotoryczna - SEM, ε, 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 ΔU=IR_w (wynika z prawa Ohma). Zatem napięcie U_z na zaciskach źródła z którego pobierany jest prąd jest równe:

U_z=ε-IR_w

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

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:

ε=P/I=W/q

gdzie:

ε - siła elektromotoryczna (SEM),
P - moc,
I - natężenie prądu,
W - praca,
q - ładunek elektryczny.

Jednostka siły elektromotorycznej

Jednostką siły elektromotorycznej jest wolt ([ε] = 1 V).

Prawo Ohma dla całego obwodu

Korzystając ze wzoru:

U_z=ε-IR_w

oraz definicji oporu elektrycznego

U_z=IR

otrzymamy:

IR=ε-IR_w

ε=IR+IR_w

ε=I(R+R_w)

albo

$I = \frac{\epsilon}{R+R_w}$

gdzie:

I - natężenie prądu,
ε - siła elektromotoryczna (SEM),
R - opór elektryczny,
R_w - opór wewnętrzny źródła prądu.

To tak zwane prawo Ohma dla całego obwodu.

Natężenie prądu w obwodzie elektrycznym jest równe stosunkowi siły elektromotorycznej źródła prądu do całkowitego oporu obwodu.

Pytania

Co ma wspólnego siła elektromotoryczna z siłą?

To dwa różne pojęcia. Nazewnictwo wynika z zaszłości historycznej.

Łączenie ogniw

Ogniwa możemy łączyć ze sobą. Sposób w jaki to zrobimy da różne efekty końcowe. Połączone ze sobą ogniwa tworzą baterię ogniw.

Prawo Ohma

Natężenie prądu płynącego w danym odcinku przewodnika jest wprost proporcjonalne do napięcia, jakie jest przyłożone do końców tego odcinka przewodnika.