Innhold
- TL; DR (for lang; ikke lest)
- Hva er EMF?
- Ligninger for beregning av EMF
- Hvordan beregne EMF: Et eksempel
Elektromotorisk kraft (EMF) er et ukjent konsept for folk flest, men det er nært knyttet til det mer kjente spenningsbegrepet. Å forstå forskjellen mellom de to og hva EMF betyr gir deg verktøyene du trenger, løser mange problemer innen fysikk og elektronikk, og introduserer konseptet om batteriets indre motstand. EMF forteller deg spenningen på batteriet uten at den interne motstanden reduserer verdien som for vanlige målinger av potensiell forskjell. Du kan beregne det på et par forskjellige måter, avhengig av hvilken informasjon du har.
TL; DR (for lang; ikke lest)
Beregn EMF ved å bruke formelen:
ε = V + Ir
Her (V) betyr spenningen til cellen, (I) betyr strømmen i kretsen og (r) betyr den interne motstanden til cellen.
Hva er EMF?
Elektromotorisk kraft er potensialforskjellen (dvs. spenning) over terminalene på batteriet når ingen strøm strømmer. Dette kan ikke se ut som om det vil utgjøre en forskjell, men hvert batteri har “intern motstand.” Dette er som den vanlige motstanden som reduserer strømmen i en krets, men den finnes i selve batteriet. Dette er fordi materialene som brukes til å gjøre opp cellene i batteriet har sin egen motstand (siden egentlig alle materialer gjør det).
Når det ikke strømmer strøm gjennom cellen, endrer ikke denne interne motstanden noe fordi det ikke er noen strøm for at den skal bremse. På en måte kan EMF betraktes som den maksimale potensialforskjellen over terminalene i en idealisert situasjon, og den er alltid større enn spenningen til batteriet i praksis.
Ligninger for beregning av EMF
Det er to hovedligninger for beregning av EMF. Den mest grunnleggende definisjonen er antall joules energi (E) hver coulomb av ladning (Q) plukker opp når den går gjennom cellen:
ε = E ÷ Q
Hvor (ε) er symbolet for elektromotorisk kraft, (E) er energien i kretsen og (Q) er ladningen til kretsen. Hvis du vet den resulterende energien og mengden ladning som går gjennom cellen, er dette den enkleste måten å beregne EMF, men i de fleste tilfeller vil du ikke ha den informasjonen.
I stedet kan du bruke definisjonen mer som Ohms lov (V = IR). Dette kan uttrykkes som:
ε = I (R + r)
Med (I) som betyr strøm, (R) for motstanden til den aktuelle kretsen og (r) for den interne motstanden til cellen. Å utvide dette avslører den nære koblingen til Ohms lov:
ε = IR + Ir
= V + Ir
Dette viser at du kan beregne EMF hvis du kjenner spenningen over terminalene (spenningen som brukes i virkelige situasjoner), strømmen som strømmer og den interne motstanden til cellen.
Hvordan beregne EMF: Et eksempel
For eksempel kan du forestille deg at du har en krets med en potensiell forskjell på 3,2 V, med en strøm på 0,6 A og batteriets indre motstand på 0,5 ohm. Bruker formelen over:
ε = V + Ir
= 3,2 V + 0,6 A × 0,5 Ω
= 3,2 V + 0,3 V = 3,5 V
Så EMF for denne kretsen er 3,5 V.