Sorgente EMF con circuito esterno chiuso

La ragione della separazione delle cariche e del loro movimento in un circuito chiuso è chiamata forza elettromotrice (emf, emf).

Il valore EMF di qualsiasi sorgente in cui si verifica la separazione della carica è stimato dal lavoro speso dal campo per spostare una carica unitaria da un elettrodo di potenziale inferiore a un elettrodo di potenziale maggiore.

Secondo la definizione di potenziale, questo lavoro è uguale alla differenza potenziale delle cariche separate, che, come la causa che separa le cariche, è chiamata forza elettromotiva.

Se i morsetti della sorgente sono collegati a un corpo conduttivo e quindi creano un circuito chiuso, allora verrà stabilito elettricità, la cui direzione coincide nel circuito esterno con la direzione dell'EMF. All'interno della sorgente avviene continuamente la separazione della carica e la differenza di potenziale viene mantenuta.

Il movimento delle particelle cariche in presenza di una corrente ha la stessa direzione in tutto il circuito chiuso, e il lavoro speso dal campo per spostare una carica unitaria lungo un circuito chiuso può essere stimato con un valore pari anche al lavoro di le forze all'interno delle sorgenti che spostano una carica unitaria dall'elettrodo negativo all'elettrodo positivo rispetto alle forze campo elettrico.

In una corrente elettrica continua, le cariche concentrate sugli elettrodi della sorgente sono continuamente ripristinate, e il campo intorno agli elettrodi causato da queste cariche ha lo stesso carattere di un circuito esterno aperto: è potenziale. In contrasto con il campo elettrostatico delle cariche continuamente rigenerate, è chiamato campo stazionario.

Un campo stazionario differisce da un campo elettrostatico non solo per il fatto che la carica della sorgente di questo campo viene costantemente ripristinata, ma anche per il fatto che tale campo si trova sia attorno ai corpi conduttori che all'interno di questi corpi. Per un campo stazionario che ha lo stesso carattere di un campo potenziale, per qualsiasi circuito chiuso che non passa attraverso una sorgente EMF.

Facendo riferimento all'analogia idrodinamica nel caso di un circuito esterno chiuso della sorgente EMF, dobbiamo immaginare il funzionamento del sistema idraulico con un tubo di scarico aperto, in cui, diciamo, è presente un certo ricevitore (motore idraulico). Per mantenere una differenza di livello costante tra i serbatoi, la pompa deve reintegrare la quantità di liquido nel serbatoio superiore che scorre attraverso il tubo di scarico.

Il lavoro svolto dal motore per sollevare questa quantità di liquido è proporzionale alla differenza di livello e può essere caratterizzato dal valore di questa differenza. Il lavoro svolto dal flusso del fluido nel precipitare dal livello superiore a quello inferiore è proporzionale alla stessa differenza di livello e, se non sono ammesse perdite, è pari al lavoro svolto dal motore.

La forza elettromotrice in più sorgenti è praticamente indipendente dal valore della corrente elettrica nel circuito, motivo per cui si presume spesso che rimanga la stessa sia durante il funzionamento a vuoto della sorgente che a pieno carico. Tuttavia, di norma, l'EMF durante la ricarica della sorgente è leggermente diverso dal valore EMF durante il minimo (di solito inferiore).

Il cambiamento nell'EMF in questo caso è spiegato dalla cosiddetta reazione alla fonte. Per esempio, nelle sorgenti di campi elettromagnetici chimici la sua diminuzione si osserva in connessione con il fenomeno della polarizzazione, nei generatori di macchine elettriche — a causa dell'imposizione di una corrente di carico diretta nella direzione opposta al campo magnetico sul campo magnetico.

La differenza di potenziale tra i singoli punti in un circuito elettrico dipende dalla distribuzione della tensione lungo il circuito. In particolare, la differenza di potenziale tra i terminali del source dipende dal rapporto tra la resistenza esterna e interna del source, ovvero la cosiddetta caduta di tensione interna.

La forza elettromotrice può essere concentrata su una sezione estremamente limitata del circuito elettrico in un salto (che, ad esempio, si verifica in galvanica, termoelettrica, e anche in altre fonti dove l'EMF nasce nei punti di contatto di diverse sostanze) o distribuita su una parte del circuito della sorgente interna.

Incontriamo quest'ultimo caso nei generatori di macchine elettriche, dove una fem viene indotta su una lunghezza considerevole di fili mentre si muovono in un campo magnetico, e la fem totale è la somma delle fem elementari indotte nelle singole sezioni del circuito. La somma di questi valori è uguale alla differenza di potenziale tra l'inizio e la fine dei fili.

Nell'analisi e nel calcolo dei circuiti elettrici contenenti campi elettromagnetici, si presume spesso che i campi elettromagnetici siano concentrati in natura. La presenza di resistenza interna della sorgente viene presa in considerazione introducendo un'ulteriore resistenza nello stato On.

Poiché l'EMF caratterizza la trasformazione dell'uno o dell'altro tipo di energia in energia elettrica durante il passaggio di corrente, quando si parla di fonti di EMF o corrente si usa anche il termine "fonte di energia (elettrica)". Tutti questi termini sono sinonimi quando si tratta delle fonti effettive.

A volte, quando calcolano e analizzano i circuiti elettrici, fanno la differenza fonti correnti e fonti EMF.

Una fonte di EMF è intesa come una tale fonte di energia, la cui EMF può essere considerata indipendente dal valore della resistenza interna, e l'EMF di tale fonte deve tendere all'infinito. A volte ciò si ottiene attraverso soluzioni schematiche, l'uso di dispositivi di stabilizzazione, ecc.