Fuente EMF con circuito externo cerrado

La razón por la que las cargas se separan y se mueven en un circuito cerrado se denomina fuerza electromotriz (fem, fem).

El valor EMF de cualquier fuente en la que se produzca la separación de carga se estima a partir del trabajo realizado por el campo para mover una unidad de carga desde un electrodo de menor potencial a un electrodo de mayor potencial.

De acuerdo con la definición de potencial, este trabajo es igual a la diferencia de potencial de las cargas separadas, que, al igual que la causa que separa las cargas, se llama fuerza electromotriz.

Si las pinzas de la fuente están conectadas a un cuerpo conductor y, por lo tanto, crean un circuito cerrado, entonces se establecerá electricidad, cuya dirección coincide en el circuito externo con la dirección de la FEM. Dentro de la fuente, la separación de carga se lleva a cabo todo el tiempo y se mantiene la diferencia de potencial.

El movimiento de partículas cargadas en presencia de una corriente tiene la misma dirección en todo el circuito cerrado, y el trabajo gastado por el campo para mover una unidad de carga a lo largo de un circuito cerrado se puede estimar con un valor que también es igual al trabajo de las fuerzas dentro de las fuentes que mueven una unidad de carga del electrodo negativo al electrodo positivo en relación con las fuerzas campo eléctrico.

En una corriente eléctrica continua, las cargas concentradas en los electrodos de la fuente se restauran continuamente, y el campo alrededor de los electrodos causado por estas cargas tiene el mismo carácter que en un circuito externo abierto: es potencial. A diferencia del campo electrostático de cargas continuamente regeneradas, se denomina campo estacionario.

Un campo estacionario difiere de un campo electrostático no solo en que la carga de la fuente de este campo se restablece constantemente, sino también en que dicho campo se encuentra tanto alrededor de los cuerpos conductores como dentro de estos cuerpos. Para un campo estacionario que tiene el mismo carácter que un campo potencial, para cualquier bucle cerrado que no pase por una fuente EMF.

Refiriéndonos a la analogía hidrodinámica en el caso de un circuito externo cerrado de la fuente EMF, debemos imaginar el funcionamiento del sistema hidráulico con un tubo de drenaje abierto, en el que, digamos, hay un cierto receptor (motor hidráulico). Para mantener una diferencia de nivel constante entre los tanques, la bomba debe reponer la cantidad de líquido en el tanque superior que fluye a través de la tubería de drenaje.

El trabajo realizado por el motor para elevar esta cantidad de líquido es proporcional a la diferencia de niveles y se puede caracterizar por el valor de esta diferencia. El trabajo realizado por el flujo de fluido al caer del nivel superior al nivel inferior es proporcional a la misma diferencia de niveles y, si no se permite ninguna pérdida, es igual al trabajo realizado por el motor.

La fuerza electromotriz en varias fuentes es prácticamente independiente del valor de la corriente eléctrica en el circuito, por lo que a menudo se supone que permanece igual tanto durante el ralentí de la fuente como a plena carga. Sin embargo, como regla, el EMF durante la carga de la fuente es ligeramente diferente del valor de EMF durante el ralentí (generalmente menos).

El cambio en EMF en este caso se explica por la llamada reacción de fuente. Por ejemplo, en fuentes químicas de campos electromagnéticos su disminución se observa en relación con el fenómeno de la polarización, en generadores de máquinas eléctricas — debido a la imposición de una corriente de carga dirigida en la dirección opuesta al campo magnético en el campo magnético.

La diferencia de potencial entre puntos individuales en un circuito eléctrico depende de la distribución de voltaje a lo largo del circuito. En particular, la diferencia de potencial entre los terminales de la fuente depende de la relación entre la resistencia externa e interna de la fuente, o la llamada caída de tensión interna.

La fuerza electromotriz se puede concentrar en una sección extremadamente limitada del circuito eléctrico en un salto (que, por ejemplo, ocurre en fuentes galvánicas, termoeléctricas y también en otras fuentes donde el EMF surge en los puntos de contacto de diferentes sustancias) o distribuido sobre alguna parte del circuito fuente interno.

Encontramos el último caso en los generadores de máquinas eléctricas, donde se induce una fem sobre una longitud considerable de cables a medida que se mueven en un campo magnético, y la fem total es la suma de las fem elementales inducidas en secciones individuales del circuito. La suma de estos valores es igual a la diferencia de potencial entre el principio y el final de los cables.

En el análisis y cálculo de circuitos eléctricos que contienen CEM, a menudo se supone que los CEM están concentrados en la naturaleza. La presencia de resistencia interna de la fuente se tiene en cuenta introduciendo una resistencia adicional.

Dado que EMF caracteriza la transformación de uno u otro tipo de energía en energía eléctrica durante el paso de la corriente, cuando se habla de fuentes de EMF o corriente, también se usa el término "fuente de energía (eléctrica)". Todos estos términos son sinónimos cuando se trata de las fuentes reales.

A veces, cuando calculan y analizan circuitos eléctricos, marcan la diferencia. fuentes de corriente y fuentes EMF.

Una fuente de EMF se entiende como tal fuente de energía, cuya EMF puede considerarse independiente del valor de la resistencia interna, y la EMF de dicha fuente debe tender al infinito. A veces esto se logra mediante soluciones esquemáticas, uso de dispositivos estabilizadores, etc.