Elektromotor kuvvet

Elektromanyetizma ve elektronikte, elektromotor kuvvet (emf, ile gösterilir ve birimi volttur), elektriksel olmayan bir kaynak tarafından üretilen elektriksel eylemdir. Cihazlar (dönüştürücüler); piller (kimyasal enerjiyi dönüştüren) ya da jeneratörler (mekanik enerjiyi dönüştüren) gibi diğer enerji türlerini elektrik enerjisine dönüştürerek bir emf sağlar. Bazen elektromotor kuvveti tanımlamak için su basıncına bir analoji kullanılır (Bu durumda "kuvvet" kelimesi, cisimler arasındaki etkileşim kuvvetleri anlamında kullanılmaz).

Elektromanyetik indüksiyonda, emf, döngüde bir kez hareket ederse, kapalı bir iletken döngüsü etrafında bir elektrik yükü (bu örnekte bir elektron) üzerinde yapılacak elektromanyetik iş olarak tanımlanabilir. Bir döngüyü birbirine bağlayan ve zamanla değişen bir manyetik akı için; elektrik potansiyelinin skaler alanı, dolaşımdaki bir elektrik vektör alanı nedeniyle tanımlanmaz. Ancak yine de bir emf, döngü etrafında sanal elektrik potansiyeli olarak ölçülebilen bir iş yapar.

Thévenin'in eşdeğer devresi gibi modellenen iki uçlu bir cihazda (bir elektrokimyasal hücre gibi) eşdeğer emf, iki uç arasındaki açık devre potansiyel farkı veya gerilim olarak ölçülebilir. Bu potansiyel fark, uçlara harici bir devre bağlanırsa bir elektrik akımını çalıştırabilir ve bu durumda cihaz, o devrenin gerilim kaynağı olur.

Emf sağlayabilen cihazlar arasında elektrokimyasal hücreler, termoelektrik cihazlar, güneş pilleri, fotodiyotlar, elektrik jeneratörleri, transformatörler ve hatta Van de Graaff jeneratörleri bulunur. Doğada, bir yüzey boyunca manyetik alan dalgalanmaları meydana geldiğinde emf üretilir. Örneğin, jeomanyetik bir fırtına sırasında Dünya'nın manyetik alanının kayması; manyetik alan çizgileri iletkenler arasında kaydırılırken ve kesilirken, elektrik şebekesinde akımlara neden olur.

Bir elektrik jeneratöründe, jeneratörün içinde zamanla değişen bir manyetik alan, bir elektrik alan oluşturur. Bu işlem, jeneratör terminalleri arasında bir gerilim farkı yaratan elektromanyetik indüksiyon yoluyla meydana gelir.Yük ayrımı jeneratör içinde gerçekleşir çünkü elektronlar, açık devre durumunda daha fazla yük ayrılmasını imkansız kılan bir elektrik alanı geliştirilinceye kadar bir terminalden diğerine doğru akar. Emf, yük ayrımı nedeniyle elektrik gerilimi ile karşılanır. Bir yük bağlanırsa, bu gerilim bir akımı sürdürebilir. Bu tür elektrikli makinelerde emf'yi yöneten genel ilke, Faraday'ın indüksiyon yasasıdır.

1830 civarında Michael Faraday, iki elektrot-elektrolit arayüzünün her birindeki kimyasal reaksiyonların, voltaik hücre için "emf yatağı" sağladığını tespit etti. Yani, bu reaksiyonlar akımı yönlendirir ve başlangıçta düşünüldüğü gibi sonsuz bir enerji kaynağı değildir. Açık devre durumunda; ayrılan yüklerden gelen elektrik alan, reaksiyonları durdurmak için yeterli olana kadar yük ayrımı devam eder. Daha önceki yıllarda, hücrelerinin metal-metal (elektrot-elektrot) arayüzünde bir temas potansiyeli farkını ölçen Alessandro Volta, tek başına temasın (kimyasal bir reaksiyonu hesaba katmadan) emf'nin kaynağı olduğu konusunda yanlış bir görüşe sahipti.

İç direnci olmayan bir cihazda, Q elektrik yükü bu cihazdan geçerse ve W enerjisi kazanırsa, bu cihaz için net emf, birim yük başına kazanılan enerjidir veya W/Q'dur. Yük başına düşen diğer enerji ölçüleri gibi emf de, joule/coulomb değerine eşit olan SI birimi voltu kullanır.

burada E cs, emf ile ilişkili yük ayrımının yarattığı korunumlu elektrostatik alanını, d ℓ A ucundan B ucuna giden yolun bir elemanını ve '·' vektör iç çarpımını belirtir. Bu denklem yalnızca uçbirim olan A ve B konumları için geçerlidir ve emf kaynağı dışındaki kısımlarla A ve B noktaları arasındaki yollara uygulanmaz (elektromotor kuvveti yalnızca kaynağın sınırları içinde bulunur). Bu denklem, yük ayırma Ecs' den kaynaklanan elektrostatik elektrik alanı içerir ve (örneğin) Faraday'ın indüksiyon yasası nedeniyle elektrik alanın korunumlu olmayan herhangi bir bileşenini içermez.

burada E, korunumlu ve korunumsuz tüm elektrik alandır ve integral, rastgele ancak değişen bir manyetik alanın olduğu sabit bir C kapalı eğrisi etrafındadır. Elektrostatik alan, bir devre etrafındaki net emf'ye katkıda bulunmaz çünkü elektrik alanın elektrostatik kısmı korunumludur (yani, kapalı bir yol etrafındaki alana karşı yapılan iş sıfırdır, geçerli olan Kirchhoff'un gerilim yasasına bakın, devre elemanları hareketsiz kaldığı ve radyasyon ihmal edildiği sürece).