Forza elettromotrice

Laforza elettromotrice, of.e.m., è la condizione di squilibrio energetico realizzata da ungeneratore elettricotra i suoi capi in modo da determinare il movimento processionale dellecariche elettriche. È il rapporto tra illavorocompiuto dal dispositivo per muovere le cariche al suo interno (convenzionalmente positive) dal polo a minorepotenzialeverso quello a maggior potenziale, e la quantità di carica spostata.
Questagrandezza fisicacorrisponde alladifferenza di potenzialemassima ai capi di ungeneratore elettricosconnesso dalcircuito elettrico. La f.e.m. si differenzia da unadifferenza di potenziale, in quanto è sempre maggiore della differenza di potenziale utile presente quando il generatore viene connesso alcircuito elettrico, dal momento che laresistenzainterna del generatore riduce questa tensione.
L'utilizzo della parolaforzaha un significato differente da quello oggi generalmente accettato, cioè diforzain senso meccanico; essa, tuttavia, trova ancora applicazione, ad esempio, per esprimere la massima differenza di potenziale che ungeneratore di tensioneproduce fra i suoi poli o la differenza di potenziale fra glielettrodidi unacella elettrochimica. In particolare, nel caso di unacella galvanica, la forza elettromotrice corrisponde alla differenza di potenziale che si instaura in corrispondenza dei morsetti della cella a circuito aperto (cioè in assenza di circolazione di corrente, ovvero all'equilibrio).
Nel1800, dopo un disaccordo professionale sulla risposta galvanica sostenuta daLuigi Galvani,Alessandro Voltasviluppò la notapilavoltaica, precursore della batteria, che produce unatensionecostante ai suoi capi. Nei suoi studi Volta accanto ai concetti di "capacità" e di "quantità" usò per la prima volta il concetto di "tensione elettrica" per rendere conto delle proprietà intensive dell'elettricità.
All'interno di ungeneratore elettricosi verificano processi che trasportano le cariche positive verso il polo positivo e le cariche negative verso quello negativo. Questi processi si oppongono alla repulsione fracariche elettrichedello stessosegno.
Essi possono essere di naturaelettrochimica,elettromagnetica,termoelettrica,fotoelettrica,piezoelettricae così via.
IllavoroLnecessario al trasporto delle cariche verso i rispettivi poli è direttamente proporzionale alla quantità di caricaq; la forza elettromotriceEè definita come quantità di lavoro compiuto per unità di carica, secondo la formula:
L'unità di misuraSIdella forza elettromotrice è ilvolt, la stessa che si impiega per misurare ilpotenzialee latensione; l'unità di misuraCGSè lostatvolt. Nelle formule, la forza elettromotrice viene indicata talora con le letteref,e,EoV.
In un circuito chiuso, la differenza di potenziale ΔVmisurata ai poli di un generatore reale risulta sempre leggermente inferiore alla forza elettromotrice del generatore per effetto dellaresistenzainternaridello stesso:
La forza elettromotrice indotta in un circuito chiuso è uguale all'opposto della variazione delflusso magneticoΦBche lo attraversa in una unità ditempo, come stabilisce laLegge di Faraday-Neumann-Lenznellanotazione di Newton:
E per la definizione diinduttanza elettricaΦB=LI{\displaystyle \Phi _{B}=LI},
Il segno – è dovuto al fatto che la forza elettromotrice indotta si oppone alla variazione del flusso magnetico che l’ha generata in virtù dellalegge di Lenz.
Nel caso in cui la variazione del flusso sia dovuta a una modifica meccanica del sistema, come ad esempio la riduzione dell'area di una spira, si parla di forza elettromotrice cinetica.