Indhold
- TL; DR (for lang; læste ikke)
- Hvad er EMF?
- Ligninger til beregning af EMF
- Sådan beregnes EMF: et eksempel
Elektromotorisk kraft (EMF) er et ukendt koncept for de fleste mennesker, men det er tæt knyttet til det mere kendte spændingsbegreb. At forstå forskellen mellem de to og hvad EMF betyder giver dig de værktøjer, du har brug for, løser mange problemer inden for fysik og elektronik, og introducerer konceptet om et batteris interne modstand. EMF fortæller dig batteriets spænding, uden at den interne modstand reducerer værdien, som den gør ved almindelige målinger af potentiel forskel. Du kan beregne det på et par forskellige måder, afhængigt af hvilke oplysninger du har.
TL; DR (for lang; læste ikke)
Beregn EMF ved hjælp af formlen:
ε = V + Ir
Her (V) betyder spændingen i cellen, (I) betyder strømmen i kredsløbet, og (r) betyder den interne modstand af cellen.
Hvad er EMF?
Elektromotorisk kraft er den potentielle forskel (dvs. spænding) over batteriets terminaler, når der ikke strømmer nogen strøm. Dette ser måske ikke ud som om det ville gøre en forskel, men hvert batteri har "intern modstand." Dette er som den almindelige modstand, der reducerer strømmen i et kredsløb, men det findes i selve batteriet. Dette skyldes, at materialerne, der bruges til at sammensætte cellerne i batteriet, har deres egen modstand (da det stort set alle materialer gør).
Når der ikke strømmer nogen strøm gennem cellen, ændrer denne interne modstand ikke noget, fordi der ikke er nogen strøm, der bremser. På en måde kan EMF betragtes som den maksimale potentialeforskel over terminalerne i en idealiseret situation, og den er altid større end batteriets spænding i praksis.
Ligninger til beregning af EMF
Der er to hovedligninger til beregning af EMF. Den mest grundlæggende definition er antallet af joules energi (E), hver coulomb af ladning (Q) samler op, når den passerer gennem cellen:
ε = E ÷ Q
Hvor (ε) er symbolet for elektromotorisk kraft, (E) er energien i kredsløbet, og (Q) er kredsløbets ladning. Hvis du kender den resulterende energi og mængden af ladning, der passerer gennem cellen, er dette den enkleste måde at beregne EMF, men i de fleste tilfælde har du ikke den information.
I stedet kan du bruge definitionen mere som Ohms lov (V = IR). Dette kan udtrykkes som:
ε = I (R + r)
Med (I) betyder strøm, (R) for modstanden i det pågældende kredsløb og (r) for den interne modstand af cellen. Udvidelse af dette afslører det tætte link til Ohms lov:
ε = IR + Ir
= V + Ir
Dette viser, at du kan beregne EMF, hvis du kender spændingen over terminalerne (spændingen, der bruges i virkelige situationer), strømmen og den interne modstand i cellen.
Sådan beregnes EMF: et eksempel
Forestil dig som eksempel et kredsløb med en potentialforskel på 3,2 V, med en strøm på 0,6 A og batteriets indre modstand på 0,5 ohm. Brug formlen ovenfor:
ε = V + Ir
= 3,2 V + 0,6 A × 0,5 Ω
= 3,2 V + 0,3 V = 3,5 V
Så dette kredsløbs EMF er 3,5 V.