Was ist elektromotorische Kraft (EMF)? Wie hängt es mit der Potentialdifferenz zusammen?

Elektromotorische Kraft, abgekürzt als EMF und bezeichnet mit$\varepsilon$, ist keine Kraft. Es ist definiert als die Energie, die beim Aufbau einer Ladung auf der Elektrode einer Batterie verwendet wird, wenn der Stromkreis offen ist. Einfach gesagt ist es die pro Ladungseinheit verrichtete Arbeit, die die in Volt gemessene Potentialdifferenz zwischen den Elektroden der Batterie ist. Mathematisch,$\textbf{V} = \frac{\textbf{W}}{\textbf{q}}$.

Energie steht zunächst in Form von chemischer Energie zur Verfügung. Diese Energie wird genutzt, um beispielsweise eine Ladung aufzunehmen$+q$zur Anode durch Überwindung der elektrostatischen Anziehungskraft aufgrund der negativen Ladungen an der Kathode und der elektrostatischen Abstoßungskraft aufgrund der positiven Ladungen an der Anode. Die chemische Energie wird dann in elektrostatische potentielle Energie umgewandelt, die im elektrischen Feld zwischen den Elektroden der Batterie vorhanden ist.

Ich mag den Begriff EMF (Elektromotorische Kraft) nicht, da er sehr verwirrend ist.

Elektromotorische Kraft , auch EMK genannt (bezeichnet$\mathcal{E}$und in Volt gemessen) ist die Spannung, die von einer beliebigen Quelle elektrischer Energie wie einer Batterie oder einem Dynamo entwickelt wird.

Das bedeutet, dass alle EMF Spannungen sind, aber nicht alle Spannungen EMF sind. Eine Spannung ist nur dann eine EMK, wenn sie eine Energiequelle ist.

Ähnlich wie bei der Unterscheidung zwischen Lumineszenzlicht (von einer Glühbirne) und reflektiertem Licht (von Ihrem Schreibtisch), wenn Sie es messen, gibt es keinen physikalisch messbaren Unterschied. Der einzige Unterschied besteht darin, dass das eine eine Quelle ist und das andere nicht.

Der Link, den Sie bereitgestellt haben, beantwortet so ziemlich alle Ihre Antworten, aber ich werde trotzdem ein bisschen mehr zitieren und erklären.

Erstens Das Wort "Kraft" bedeutet in diesem Fall nicht eine mechanische Kraft, gemessen in Newton, sondern ein Potential oder eine Energie pro Ladungseinheit, gemessen in Volt.

Es ist weder die Schaffung von Potenzial noch ein Prozess und es ist nicht einmal eine Kraft. Es wurde als Kraft bekannt, weil falsche Interpretationen in der Vergangenheit den Anschein erweckten, als würde eine Kraft der Batterie die Teilchen in einen Kreislauf treiben. Diese Analyse wurde später offensichtlich verworfen, aber der Name setzt sich durch!

In elektrischen Schaltungen haben EMK und Potential einen signifikanten Unterschied. Während die EMK die Potentialdifferenz zwischen den Anschlüssen einer Quelle im offenen Stromkreis ist, ist das Potential die Potentialdifferenz zwischen den Anschlüssen in einem geschlossenen Stromkreis.

Das Potenzial ist definiert als$V = \epsilon - Ir$. Hier$\epsilon$ist die EMK der Quelle und$Ir$ist der Potentialabfall im Innenwiderstand. Es ist ziemlich klar, dass das Ersetzen von Potential durch EMK in irgendeiner Art von Schaltung keine sehr kluge Entscheidung ist, aber manchmal ist der potentielle Abfall des Innenwiderstands vernachlässigbar.

Es entsteht nichts, aber es kann davon ausgegangen werden, dass ein Stromkreis eine Spannung erzeugt, wenn die Leistung, Kombination aus dieser Spannung und einem Strom, der daraus fließen würde, von "außerhalb des Stromkreises" gewonnen wurde - z. B. durch chemische Prozesse ( Batterien) oder elektromagnetische Prozesse (Dynamo, der mechanische Energie in elektrische umwandelt). Diese ganz bestimmte Spannung ist Ihre elektromotorische Kraft in Ihren Schaltkreisen, zum Beispiel die Gegen-EMK der Wicklungen eines Motors. Es ist ein Konzept, das auch in Magnetkreisen existiert (für das große Ganze), siehe magnetomotorische Kraft.

Es sei darauf hingewiesen, dass das Wort elektromotorische Kraft eine Fehlbezeichnung ist. Es stellt keine Kraft auf die Stromträger dar. Stattdessen stellt es die Potentialdifferenz zwischen den beiden Polen in einem offenen Stromkreis dar (wenn kein Strom aus der Zelle gezogen wird).

Die Beziehung zwischen EMK und Potential ist genau die gleiche wie die Beziehung zwischen Arbeit und potentieller Energie. Die EMK eines Schaltungselements ist die Arbeit pro Ladungseinheit, die an den Ladungen im System geleistet wird. Oft ist diese EMK mit einer Potentialdifferenz (potentielle Energie pro Ladungseinheit) verbunden, in diesem Fall sind die beiden austauschbar. Beide können in Volt gemessen werden und können daher als "Spannung" bezeichnet werden. Ein Widerstand wendet eine EMK von -IR auf die Ladungen an, die sich durch ihn bewegen, und daher ist die Potentialdifferenz über dem Widerstand IR (insbesondere ein Abfall von IR, wenn er dem Strom folgt).

Ein Fall, in dem die EMK NICHT mit einer Potentialdifferenz verbunden ist, ist, wenn sie durch eine Änderung des Magnetflusses induziert wird. Wenn Sie in einem Stromkreis mit induziertem Strom die Potentialunterschiede um einen Stromkreis herum addieren, erhalten Sie nicht Null, obwohl Sie an derselben Stelle enden, an der Sie begonnen haben. Das liegt daran, dass der sich ändernde magnetische Fluss durch den Stromkreis von außen Arbeit (pro Ladungseinheit) leistet, aber es gibt keine zwei Punkte im Stromkreis, an denen Sie ein Voltmeter anbringen könnten, um dies direkt zu messen. Die induzierte EMK kann immer noch in Volt gemessen werden und wird daher manchmal als "Schleifenspannung" bezeichnet, aber das ist eine Spannung ohne Unterschied! ;-)

Alle EMFs sind Spannungen, aber nicht alle Spannungen sind EMFs. Lassen Sie mich erklären.

Wenn die Spannung von einer nichtelektrischen Quelle erzeugt wird, nennen wir eine solche Spannung EMK, andernfalls, wenn die Quelle rein elektrisch ist, bezeichnen wir die Spannung als Spannung selbst und nicht als EMF.
Beispielsweise wandelt eine Batterie chemische Energie in elektrische Energie um. Hier ist die Spannungsquelle chemisch (nicht elektrisch), daher kann die Spannung über einer Batterie als EMK bezeichnet werden. Dasselbe gilt für Generatoren, die Quelle ist mechanisch, daher EMK, auch für Induktoren, die Quelle ist magnetisch, daher EMK. Die Spannung über einem geladenen Kondensator kann jedoch nicht als EMK bezeichnet werden, da die Quelle elektrische Ladungen sind, die rein elektrisch sind.

Hier ist eine ähnliche Erklärung von Wikipedia :

In Elektromagnetismus und Elektronik ist die elektromotorische Kraft oder EMF (gemessen in Volt) die elektrische Aktion, die von einer nichtelektrischen Quelle erzeugt wird. Geräte (bekannt als Wandler) liefern eine EMK, indem sie andere Energieformen in elektrische Energie umwandeln, wie Batterien (die chemische Energie umwandeln) oder Generatoren (die mechanische Energie umwandeln). Manchmal wird eine Analogie zum Wasserdruck verwendet, um die elektromotorische Kraft zu beschreiben. (Das Wort "Kraft" wird in diesem Fall nicht verwendet, um Wechselwirkungskräfte zwischen Körpern zu bezeichnen).
Bei der elektromagnetischen Induktion kann die EMK um eine geschlossene Leiterschleife als die elektromagnetische Arbeit definiert werden, die an einer elektrischen Ladung (in diesem Fall einem Elektron) verrichtet würde, wenn es sich einmal um die Schleife bewegt

Zusammenfassend ist hier die Definition von EMF:

Die von einer nichtelektrischen Quelle erzeugte Spannung wird EMF genannt.

Die EMF einer Quelle kann als Arbeit definiert werden, um eine Einheit positiver Ladung von einer niedrigeren (negative Elektrode) zu einer höheren (positiven Elektrode) elektrischen Antriebskraft zu tragen