Tartalom
- TL; DR (túl hosszú; nem olvastam)
- Mi az EMF?
- Az EMF kiszámításához szükséges egyenletek
- Az EMF kiszámítása: példa
Az elektromotoros erő (EMF) a legtöbb ember számára ismeretlen fogalom, de szorosan kapcsolódik a feszültség ismeretsebb fogalmához. A kettő és az EMF közötti különbség megértése megadja a szükséges eszközöket a fizika és az elektronika számos problémájának megoldásához, és bemutatja az akkumulátor belső ellenállásának fogalmát. Az EMF megmutatja az akkumulátor feszültségét a belső ellenállás nélkül, csökkentve az értéket, mint a szokásos potenciálkülönbségméréseknél. Kiszámolhatja néhány különböző módon, attól függően, hogy milyen információkkal rendelkezik.
TL; DR (túl hosszú; nem olvastam)
Az EMF kiszámítása az alábbi képlet alapján:
ε = V + Ir
Itt (V) a cella feszültségét, (I) az áramkörben lévő áramot és (r) a cella belső ellenállását jelenti.
Mi az EMF?
Az elektromotoros erő az akkumulátor érintkezőin keresztüli potenciálkülönbség (azaz feszültség), ha áram nem áramlik. Lehet, hogy nem tűnik különbségnek, de minden akkumulátornak „belső ellenállása” van. Ez olyan, mint a szokásos ellenállás, amely csökkenti az áramot az áramkörben, de maga az akkumulátoron belül létezik. Ennek oka az, hogy az akkumulátor celláinak elkészítéséhez használt anyagoknak megvan a saját ellenállásuk (mivel lényegében minden anyag rendelkezik).
Amikor semmilyen áram nem áramlik át a cellán, ez a belső ellenállás nem változtat semmit, mert nincs áram, amely lelassulhat. Bizonyos értelemben az EML úgy tekinthető, mint egy idealizált helyzetben a terminálok közötti maximális potenciálkülönbség, és mindig nagyobb, mint a gyakorlatban az akkumulátor feszültsége.
Az EMF kiszámításához szükséges egyenletek
Az EML kiszámításához két fő egyenlet létezik. A legalapvetőbb meghatározás az, hogy az energia töltényének száma (E) az egyes töltési coulombok (Q) felveszik, amikor áthaladnak a cellán:
ε = E ÷ Q
Ahol (ε) az elektromotoros erő szimbóluma, (E) az áramkörben lévő energia és (Q) az áramkör töltése. Ha ismeri az így keletkező energiát és a cellán áthaladó töltésmennyiséget, ez a legegyszerűbb módszer az EMF kiszámításához, de a legtöbb esetben nincs ilyen információ.
Ehelyett inkább az Ohm törvényéhez hasonló definíciót használhatja (V = IR). Ez kifejezhető:
ε = I (R + r)
Az (I) áramot jelent, (R) a kérdéses áramkör ellenállását és (r) a cella belső ellenállását jelenti. Ennek kibővítése feltárja a szoros kapcsolatot az Ohmi törvényekkel:
ε = IR + Ir
= V + Ir
Ez azt mutatja, hogy kiszámolhatja az EMF-et, ha ismeri a csatlakozók közötti feszültséget (a valós helyzetekben használt feszültséget), az áramló áramot és a cella belső ellenállását.
Az EMF kiszámítása: példa
Példaként képzelje el, hogy van egy 3,2 V feszültségkülönbségű áramkör, 0,6 A árammal és az akkumulátor belső ellenállása 0,5 ohm mellett. A fenti képlet segítségével:
ε = V + Ir
= 3,2 V + 0,6 A × 0,5 Ω
= 3,2 V + 0,3 V = 3,5 V
Tehát ennek az áramkörnek az EML értéke 3,5 V.