EMF forrás zárt külső áramkörrel
A töltések szétválásának és zárt körben való mozgásának okát elektromotoros erőnek (emf, emf) nevezzük.
Bármely olyan forrás EMF-értékét, amelyben töltésleválás történik, abból a munkából becsülik meg, amelyet a mezőnek az egységnyi töltésnek az alacsonyabb potenciálú elektródáról egy nagyobb potenciálú elektródára történő mozgatására fordított.
Ez a munka a potenciál definíciója szerint megegyezik a szétválasztott töltések potenciálkülönbségével, amely a töltéseket elválasztó okhoz hasonlóan ún. elektromos erő.
Ha a forrásbilincsek egy vezető testhez vannak csatlakoztatva, és így zárt áramkört hoznak létre, akkor ez létrejön elektromosság, amelynek iránya a külső áramkörben egybeesik az EMF irányával. A forráson belül folyamatosan töltésszétválás megy végbe, és a potenciálkülönbség megmarad.
A töltött részecskék áram jelenlétében történő mozgása a zárt körben azonos irányú, és a mező által az egységnyi töltés zárt körben történő mozgatására fordított munka egy olyan értékkel becsülhető meg, amely megegyezik a forrásokon belüli erők, amelyek az erőkhöz képest egységnyi töltést mozgatnak a negatív elektródáról a pozitív elektródára elektromos mező.
Egyenáramban a forrás elektródáin koncentrált töltések folyamatosan helyreállnak, és az elektródák körüli tér, amelyet ezek a töltések okoznak, ugyanolyan jellegű, mint a nyitott külső áramkörben: potenciál. A folyamatosan regenerálódó töltések elektrosztatikus mezőjével ellentétben álló térnek nevezzük.
Az álló tér nemcsak abban különbözik az elektrosztatikus tértől, hogy ennek a térnek a forrásának töltése folyamatosan helyreáll, hanem abban is, hogy az ilyen tér mind a vezető testek körül, mind a testek belsejében található. Stacionárius mezőhöz, amelynek karaktere megegyezik a potenciál mezővel, minden olyan zárt körhöz, amely nem megy át EMF-forráson.
Utalva a hidrodinamikai analógiára az EMF forrás zárt külső áramköre esetén, el kell képzelnünk a hidraulikus rendszer működését nyitott lefolyócsővel, amelyben mondjuk van egy bizonyos vevő (hidraulikus motor). A tartályok közötti állandó szintkülönbség fenntartása érdekében a szivattyúnak pótolnia kell a felső tartályban lévő folyadék mennyiségét, amely a lefolyócsövön keresztül áramlik.
A motor által ennek a folyadékmennyiségnek a felemelésére fordított munka arányos a szintkülönbséggel, és ennek a különbségnek az értékével jellemezhető. A felső szintről az alsó szintre zuhanó folyadékáram által végzett munka arányos ugyanazzal a szintkülönbséggel, és ha nem megengedett veszteség, akkor egyenlő a motor által végzett munkával.
Az elektromotoros erő számos forrásban gyakorlatilag független az áramkörben lévő elektromos áram értékétől, ezért gyakran feltételezik, hogy az alapjáraton és teljes terhelésen is változatlan marad. Általában azonban az EMF a forrás töltése során kissé eltér az alapjárati EMF értéktől (általában kevesebb).
Az EMF változását ebben az esetben az úgynevezett forrásreakció magyarázza. Például, kémiai EMF forrásokban csökkenése a polarizáció jelenségével összefüggésben figyelhető meg, elektromos gép generátorokban — a mágneses térrel ellentétes irányú terhelőáramnak a mágneses térre gyakorolt hatása miatt.
Az elektromos áramkör egyes pontjai közötti potenciálkülönbség a feszültség eloszlásától függ az áramkör mentén. A forráskapcsok közötti potenciálkülönbség különösen a forrás külső és belső ellenállásának arányától, vagy az úgynevezett belső feszültségeséstől függ.
Az elektromotoros erő az elektromos áramkör egy rendkívül korlátozott szakaszára koncentrálódhat egy ugrás során (ami pl. galvanikus, termoelektromos és más olyan forrásokban is előfordul, ahol az EMF különböző anyagok érintkezési pontjain keletkezik) vagy elosztva. a belső forrásáramkör valamely részén.
Ez utóbbi esettel találkozunk elektromos gép generátoroknál, ahol a mágneses térben való mozgás során jelentős hosszúságú vezetékeken indukálódik emf, a teljes emf pedig az áramkör egyes szakaszaiban indukált elemi emf összege. Ezen értékek összege megegyezik a vezetékek eleje és vége közötti potenciálkülönbséggel.
Az EMF-et tartalmazó elektromos áramkörök elemzése és számítása során gyakran feltételezik, hogy az EMF a természetben koncentrálódik. A forrás belső ellenállásának jelenlétét egy további bekapcsolási ellenállás bevezetésével veszik figyelembe.
Mivel az EMF az egyik vagy másik típusú energia elektromos energiává történő átalakulását jellemzi az áram áthaladása során, amikor az EMF vagy áramforrásokról beszélünk, az "(elektromos) energiaforrás" kifejezést is használják. Mindezek a kifejezések szinonimák, ha a tényleges forrásokról van szó.
Néha az elektromos áramkörök kiszámításakor és elemzésekor különbséget tesznek áramforrások és EMF-források.
Az EMF-forrás alatt olyan energiaforrást értünk, amelynek EMF-je függetlennek tekinthető a belső ellenállás értékétől, és egy ilyen forrás EMF-jének a végtelenségig kell nyúlnia. Néha ezt sematikus megoldásokkal, stabilizáló eszközök használatával stb.