La fuerza electromotriz (EMF) es un concepto desconocido para la mayoría de las personas, pero está estrechamente relacionado con el concepto más familiar de voltaje. Comprender la diferencia entre los dos y lo que significa EMF le proporciona las herramientas que necesita para resolver muchos problemas en física y electrónica, e introduce el concepto de la resistencia interna de una batería. EMF le indica el voltaje de la batería sin que la resistencia interna reduzca el valor, como lo hace para las mediciones ordinarias de diferencia de potencial. Puede calcularlo de diferentes maneras, dependiendo de la información que tenga.
TL; DR (Demasiado tiempo; No leyó)
Calcular EMF con la fórmula:
ε = V + Ir
Aquí (V) significa el voltaje de la celda, (I) significa la corriente en el circuito y (r) significa la resistencia interna de la celda.
¿Qué es EMF?
La fuerza electromotriz es la diferencia de potencial (es decir, el voltaje) entre los terminales de la batería cuando no fluye corriente. Puede que esto no parezca una diferencia, pero cada batería tiene "resistencia interna". Esto es como la resistencia ordinaria que reduce la corriente en un circuito, pero existe dentro de la misma batería. Esto se debe a que los materiales utilizados para componer las celdas de la batería tienen su propia resistencia (ya que esencialmente todos los materiales).
Cuando no fluye corriente a través de la celda, esta resistencia interna no cambia nada porque no hay corriente para que disminuya la velocidad. En cierto modo, el EMF se puede considerar como la diferencia de potencial máxima entre los terminales en una situación idealizada, y siempre es más grande que el voltaje de la batería en la práctica.
Ecuaciones para calcular EMF
Hay dos ecuaciones principales para calcular EMF. La definición más fundamental es el número de joules de energía (E) que cada culombio de carga (Q) recoge a medida que pasa a través de la célula:
ε = E ÷ Q
Donde (ε ) es el símbolo de la fuerza electromotriz, (E) es la energía en el circuito y (Q) es la carga del circuito. Si conoce la energía resultante y la cantidad de carga que pasa por la celda, esta es la forma más simple de calcular los campos electromagnéticos, pero en la mayoría de los casos no tendrá esa información.
En cambio, puede usar la definición más como la ley de Ohm (V = IR). Esto se puede expresar como:
ε = I (R + r)
Con (I) significando corriente, (R) para la resistencia del circuito en cuestión y (r) para el resistencia interna de la célula. Expandir esto revela el estrecho vínculo con la ley de Ohm:
ε = IR + Ir
= V + Ir
Esto muestra que puedes calcular el EMF si conoces el voltaje a través de los terminales (el voltaje como se usa en situaciones del mundo real), la corriente que fluye y la resistencia interna de la celda.
Cómo calcular EMF: un ejemplo
Como ejemplo, imagine que tiene un circuito con una diferencia de potencial de 3.2 V, con una corriente de 0.6 A y una resistencia interna de la batería de 0.5 ohmios. Usando la fórmula anterior:
ε = V + Ir
= 3.2 V + 0.6 A × 0.5 Ω
= 3.2 V + 0.3 V = 3.5 V
Entonces el EMF de este circuito es 3.5 V.
