EMF-bron met gesloten extern circuit

De reden voor de scheiding van ladingen en ervoor zorgen dat ze in een gesloten circuit bewegen, wordt de elektromotorische kracht (emf, emf) genoemd.

De EMF-waarde van elke bron waarin ladingsscheiding plaatsvindt, wordt geschat op basis van het werk dat door het veld wordt verricht om een ​​eenheidslading van een elektrode met een lagere potentiaal naar een elektrode met een hogere potentiaal te verplaatsen.

In overeenstemming met de definitie van potentiaal is deze arbeid gelijk aan het potentiaalverschil van de gescheiden ladingen, dat, net als de oorzaak die de ladingen scheidt, wordt genoemd elektromotorische kracht.

Als de bronklemmen zijn aangesloten op een geleidend lichaam en zo een gesloten circuit creëren, dan komt deze tot stand elektriciteit, waarvan de richting in het externe circuit samenvalt met de richting van de EMF. Binnen de bron vindt voortdurend ladingsscheiding plaats en het potentiaalverschil wordt gehandhaafd.

De beweging van geladen deeltjes in de aanwezigheid van een stroom heeft dezelfde richting door het gesloten circuit, en de arbeid die het veld verricht om een ​​eenheidslading langs een gesloten circuit te verplaatsen, kan worden geschat met een waarde die ook gelijk is aan de arbeid van de krachten binnen de bronnen die een eenheidslading van de negatieve elektrode naar de positieve elektrode verplaatsen ten opzichte van de krachten elektrisch veld.

Bij gelijkstroom worden de op de elektroden van de bron geconcentreerde ladingen continu hersteld, en het veld rond de elektroden veroorzaakt door deze ladingen heeft hetzelfde karakter als in een open extern circuit: het is potentiaal. In tegenstelling tot het elektrostatische veld van continu geregenereerde ladingen, wordt het een stationair veld genoemd.

Een stationair veld verschilt niet alleen van een elektrostatisch veld doordat de lading van de bron van dit veld voortdurend wordt hersteld, maar ook doordat een dergelijk veld zich zowel rond geleidende lichamen als binnenin deze lichamen bevindt. Voor een stationair veld dat hetzelfde karakter heeft als een potentieel veld, voor elke gesloten lus die niet door een EMF-bron gaat.

Verwijzend naar de hydrodynamische analogie in het geval van een gesloten extern circuit van de EMF-bron, moeten we ons de werking van het hydraulische systeem voorstellen met een open afvoerleiding, waarin, laten we zeggen, een bepaalde ontvanger (hydraulische motor) is. Om een ​​constant niveauverschil tussen de tanks te behouden, moet de pomp de hoeveelheid vloeistof in de bovenste tank aanvullen die door de afvoerleiding stroomt.

De arbeid die de motor levert om deze hoeveelheid vloeistof te verhogen, is evenredig met het niveauverschil en kan worden gekarakteriseerd door de waarde van dit verschil. De arbeid die de vloeistofstroom verricht bij het vallen van het bovenste niveau naar het lagere niveau, is evenredig met hetzelfde niveauverschil en, als er geen verlies is toegestaan, gelijk aan de arbeid die door de motor wordt verricht.

De elektromotorische kracht in een aantal bronnen is praktisch onafhankelijk van de waarde van de elektrische stroom in het circuit, daarom wordt vaak aangenomen dat deze zowel bij stationair draaien van de bron als bij vollast gelijk blijft. In de regel is de EMF tijdens het opladen van de bron echter iets anders dan de EMF-waarde tijdens stationair draaien (meestal minder).

De verandering in EMF wordt in dit geval verklaard door de zogenaamde bronreactie. Bijvoorbeeld, in chemische EMF-bronnen de afname ervan wordt waargenomen in verband met het fenomeen polarisatie, in elektrische machinegeneratoren — door het opleggen van een belastingsstroom die in de tegenovergestelde richting van het magnetische veld op het magnetische veld is gericht.

Het potentiaalverschil tussen individuele punten in een elektrisch circuit hangt af van de spanningsverdeling over het circuit. Met name het potentiaalverschil tussen de bronklemmen is afhankelijk van de verhouding tussen de externe en interne weerstand van de bron, ofwel de zogenaamde interne spanningsval.

De elektromotorische kracht kan worden geconcentreerd op een extreem beperkt deel van het elektrische circuit in een sprong (wat bijvoorbeeld voorkomt in galvanische, thermo-elektrische en ook in andere bronnen waar de EMF ontstaat op de contactpunten van verschillende stoffen) of verdeeld over een deel van het interne broncircuit.

We komen het laatste geval tegen bij generatoren van elektrische machines, waar een emf wordt geïnduceerd over een aanzienlijke lengte van draden terwijl ze in een magnetisch veld bewegen, en de totale emf is de som van de elementaire emf's die worden geïnduceerd in individuele secties van het circuit. De som van deze waarden is gelijk aan het potentiaalverschil tussen het begin en het einde van de draden.

Bij de analyse en berekening van elektrische circuits die EMF bevatten, wordt vaak aangenomen dat de EMF geconcentreerd van aard is. Met de aanwezigheid van interne weerstand van de bron wordt rekening gehouden door een extra aan-weerstand in te voeren.

Aangezien EMF de transformatie kenmerkt van een of ander type energie in elektrische energie tijdens het passeren van stroom, wordt bij het spreken over bronnen van EMF of stroom ook de term "bron van (elektrische) energie" gebruikt. Al deze termen zijn synoniem als het gaat om de eigenlijke bronnen.

Soms maken ze een verschil als ze elektrische circuits berekenen en analyseren stroombronnen en EMF-bronnen.

Een bron van EMF wordt opgevat als een dergelijke energiebron, waarvan de EMF onafhankelijk kan worden beschouwd van de waarde van de interne weerstand, en de EMF van een dergelijke bron moet naar oneindig neigen. Soms wordt dit bereikt door middel van schematische oplossingen, gebruik van stabilisatiemiddelen, etc.