A força eletromotriz (EMF) é um conceito desconhecido para a maioria das pessoas, mas está intimamente ligada ao conceito mais familiar de tensão. Compreender a diferença entre os dois e o que significa EMF fornece as ferramentas que você precisa para resolver muitos problemas em física e eletrônica e introduz o conceito da resistência interna de uma bateria. O EMF informa a tensão da bateria sem que a resistência interna reduza o valor, como ocorre nas medições comuns de diferença de potencial. Você pode calculá-lo de duas formas diferentes, dependendo de quais informações você tem.

TL; DR (muito longo; não leu)

Calcule EMF usando a fórmula:

ε = V + Ir

Aqui (V) significa a tensão da célula, (I) significa a corrente no circuito e (r) significa a resistência interna da célula.

O que é o EMF?

A força eletromotriz é a diferença de potencial (ou seja, tensão) entre os terminais da bateria quando não há corrente fluindo. Isso pode parecer que não faria diferença, mas toda bateria tem “resistência interna”. É como a resistência comum que reduz a corrente em um circuito, mas existe dentro da própria bateria. Isso ocorre porque os materiais usados ​​para compor as células da bateria têm sua própria resistência (uma vez que essencialmente todos os materiais o fazem).

Quando nenhuma corrente está fluindo pela célula, essa resistência interna não muda nada porque não há corrente para desacelerar. De certa forma, a EMF pode ser considerada como a diferença máxima de potencial entre os terminais em uma situação idealizada, e é sempre maior do que a tensão da bateria na prática.

Equações para o cálculo da EMF

Existem duas equações principais para calcular o EMF. A definição mais fundamental é o número de joules de energia (E) que cada coulomb de carga (Q) capta ao passar pela célula:

ε = E ÷ Q

Onde (ε ) é o símbolo da força eletromotriz, (E) é a energia no circuito e (Q) é a carga do circuito. Se você conhece a energia resultante e a quantidade de carga que passa pela célula, essa é a maneira mais simples de calcular o EMF, mas na maioria dos casos você não terá essa informação.

Em vez disso, você pode usar a definição mais como a lei de Ohm (V = IR). Isso pode ser expresso como:

ε = I (R + r)

Com (I) significando corrente, (R) para a resistência do circuito em questão e (r) para o resistência interna da célula. Expandir isso revela o estreito vínculo com a lei de Ohm:

ε = IR + Ir

= V + Ir

Isso mostra que você pode calcular o EMF se conhecer a voltagem os terminais (a voltagem usada em situações do mundo real), o fluxo de corrente e a resistência interna da célula.

Como calcular o EMF: um exemplo

Como exemplo, imagine você tem um circuito com uma diferença de potencial de 3,2 V, com uma corrente de 0,6 A fluindo e a resistência interna da bateria a 0,5 ohms. Usando a fórmula acima:

ε = V + Ir

= 3.2 V + 0.6 A × 0.5 Ω

= 3.2 V + 0.3 V = 3.5 V

Então o EMF deste circuito é de 3,5 V.