תוֹכֶן
כוח אלקטרומוטיבי (EMF) הוא מושג לא מוכר עבור רוב האנשים, אך הוא קשור קשר הדוק לתפיסת המתח הידועה יותר. הבנת ההבדל בין השניים לבין משמעות EMF מעניקה לך את הכלים הדרושים לך לפתור בעיות רבות בפיזיקה ואלקטרוניקה, ומציגה את מושג ההתנגדות הפנימית של סוללה. EMF אומר לך את מתח הסוללה מבלי שההתנגדות הפנימית תפחית את הערך כפי שהיא נוקטת במדידות הפרשי פוטנציאל רגילים. אתה יכול לחשב אותו בכמה דרכים שונות, תלוי במידע שיש לך.
TL; DR (יותר מדי זמן; לא קרא)
חישוב EMF בעזרת הנוסחה:
ε = V + Ir
כאן (V) פירושו מתח התא, (I) פירושו הזרם במעגל ו- (r) פירושו ההתנגדות הפנימית של התא.
מה זה EMF?
הכוח האלקטרומוטי הוא ההבדל הפוטנציאלי (כלומר מתח) על פני מסופי הסוללה כאשר שום זרם אינו זורם. זה אולי לא נראה כאילו זה ישפיע, אבל לכל סוללה יש "התנגדות פנימית". זה כמו ההתנגדות הרגילה שמפחיתה את הזרם במעגל, אך היא קיימת בתוך הסוללה עצמה. הסיבה לכך היא שלחומרים המשמשים להרכבת התאים בסוללה יש התנגדות משלהם (שכן למעשה כל החומרים כן).
כאשר שום זרם לא זורם בתא, ההתנגדות הפנימית הזו לא משנה כלום מכיוון שאין זרם להאטה. במובן מסוים, ניתן לחשוב על ה- EMF כאל ההבדל הפוטנציאלי המרבי בין המסופים במצב אידיאלי, והוא תמיד גדול יותר ממתח המצבר בפועל.
משוואות לחישוב EMF
ישנן שתי משוואות עיקריות לחישוב EMF. ההגדרה הבסיסית ביותר היא מספר ג'ול האנרגיה (E) שכל קולונום מטען (Q) מרים כשהוא עובר בתא:
ε = E ÷ Q
כאשר (ε) הוא הסמל לכוח האלקטרומוטיבי, (E) הוא האנרגיה במעגל ו- (Q) הוא המטען של המעגל. אם אתה יודע מה האנרגיה המתקבלת וכמות המטען העוברת בתא, זו הדרך הפשוטה ביותר לחשב EMF, אך ברוב המקרים לא יהיה לך מידע זה.
במקום זאת, אתה יכול להשתמש בהגדרה הדומה יותר לחוק של אוהם (V = IR). זה יכול להתבטא כ:
ε = I (R + r)
עם משמעותו של (I) זרם, (R) להתנגדות המעגל המדובר ו- (r) להתנגדות הפנימית של התא. הרחבת הדברים חושפת את הקשר ההדוק עם החוק של אוהם:
ε = IR + Ir
= V + Ir
זה מראה שאתה יכול לחשב את ה- EMF אם אתה יודע את המתח על פני הטרמינלים (המתח משמש במצבים בעולם האמיתי), את הזרם הזורם ואת ההתנגדות הפנימית של התא.
כיצד לחשב EMF: דוגמה
כדוגמה, דמיין שיש לך מעגל עם הפרש פוטנציאל של 3.2 וולט, כאשר זרם של 0.6 A זורם וההתנגדות הפנימית של הסוללה היא 0.5 אוהם. באמצעות הנוסחה שלמעלה:
ε = V + Ir
= 3.2 V + 0.6 A × 0.5 Ω
= 3.2 וולט + 0.3 וולט = 3.5 וולט
אז ה- EMF של המעגל הזה הוא 3.5 וולט.