Fonte EMF com circuito externo fechado

A razão para a separação de cargas e fazendo com que elas se movam em um circuito fechado é chamada de força eletromotriz (fem, fem).

O valor EMF de qualquer fonte na qual ocorre a separação de carga é estimado a partir do trabalho gasto pelo campo para mover uma carga unitária de um eletrodo de potencial mais baixo para um eletrodo de potencial mais alto.

De acordo com a definição de potencial, este trabalho é igual à diferença de potencial das cargas separadas, que, como a causa que separa as cargas, é chamada força eletromotriz.

Se os grampos da fonte estiverem conectados a um corpo condutor e, assim, criar um circuito fechado, será estabelecido eletricidade, cuja direção coincide no circuito externo com a direção do EMF. Dentro da fonte, a separação de carga ocorre o tempo todo e a diferença de potencial é mantida.

O movimento de partículas carregadas na presença de uma corrente tem a mesma direção em todo o circuito fechado, e o trabalho gasto pelo campo para mover uma carga unitária ao longo de um circuito fechado pode ser estimado com um valor que também é igual ao trabalho de as forças dentro das fontes que movem uma unidade de carga do eletrodo negativo para o eletrodo positivo em relação às forças campo elétrico.

Em uma corrente elétrica contínua, as cargas concentradas nos eletrodos da fonte são continuamente restauradas, e o campo ao redor dos eletrodos causado por essas cargas tem o mesmo caráter de um circuito externo aberto: é potencial. Em contraste com o campo eletrostático de cargas continuamente regeneradas, ele é chamado de campo estacionário.

Um campo estacionário difere de um campo eletrostático não apenas porque a carga da fonte desse campo é constantemente restaurada, mas também porque esse campo está localizado tanto ao redor de corpos condutores quanto dentro desses corpos. Para um campo estacionário que tem o mesmo caráter de um campo potencial, para qualquer malha fechada que não passe por uma fonte EMF.

Referindo-nos à analogia hidrodinâmica no caso de um circuito externo fechado da fonte EMF, devemos imaginar o funcionamento do sistema hidráulico com um tubo de drenagem aberto, no qual, digamos, existe um determinado receptor (motor hidráulico). Para manter uma diferença de nível constante entre os tanques, a bomba deve repor a quantidade de líquido no tanque superior que flui pelo tubo de drenagem.

O trabalho despendido pelo motor para elevar esta quantidade de líquido é proporcional à diferença de níveis e pode ser caracterizado pelo valor desta diferença. O trabalho realizado pelo escoamento do fluido ao cair do nível superior para o inferior é proporcional à mesma diferença de níveis e, se não houver perda, é igual ao trabalho realizado pelo motor.

A força eletromotriz em várias fontes é praticamente independente do valor da corrente elétrica no circuito, e é por isso que muitas vezes se assume que ela permanece a mesma durante a marcha lenta da fonte e em plena carga. No entanto, como regra, o EMF durante o carregamento da fonte é ligeiramente diferente do valor do EMF durante a marcha lenta (geralmente menos).

A mudança no EMF neste caso é explicada pela chamada reação da fonte. Por exemplo, em fontes químicas de CEM sua diminuição é observada em conexão com o fenômeno da polarização, em geradores de máquinas elétricas — devido à imposição de uma corrente de carga direcionada na direção oposta ao campo magnético no campo magnético.

A diferença de potencial entre pontos individuais em um circuito elétrico depende da distribuição de tensão ao longo do circuito. Em particular, a diferença de potencial entre os terminais da fonte depende da relação entre a resistência externa e interna da fonte, ou a chamada queda de tensão interna.

A força eletromotriz pode ser concentrada em uma seção extremamente limitada do circuito elétrico em um salto (que, por exemplo, ocorre em fontes galvânicas, termoelétricas e também em outras onde o EMF surge nos pontos de contato de diferentes substâncias) ou distribuído sobre alguma parte do circuito interno da fonte.

Encontramos o último caso em geradores de máquinas elétricas, onde uma fem é induzida em um comprimento considerável de fios conforme eles se movem em um campo magnético, e a fem total é a soma das fems elementares induzidas em seções individuais do circuito. A soma desses valores é igual à diferença de potencial entre o início e o fim dos fios.

Na análise e cálculo de circuitos elétricos contendo EMF, muitas vezes assume-se que o EMF está concentrado na natureza. A presença de resistência interna da fonte é levada em consideração pela introdução de uma resistência adicional.

Como o EMF caracteriza a transformação de um ou outro tipo de energia em energia elétrica durante a passagem da corrente, quando se fala em fontes de EMF ou corrente, também é usado o termo "fonte de energia (elétrica)". Todos esses termos são sinônimos quando se trata das fontes reais.

Às vezes, quando calculam e analisam circuitos elétricos, eles fazem a diferença fontes atuais e fontes EMF.

Uma fonte de EMF é entendida como uma fonte de energia, a EMF da qual pode ser considerada independente do valor da resistência interna, e a EMF de tal fonte deve tender ao infinito. Às vezes, isso é obtido por meio de soluções esquemáticas, uso de dispositivos estabilizadores etc.