Dzisiejsze czasy są w pełni zdominowane przez telefony komórkowe, tablety, laptopy. Aby prawidłowo funkcjonowały nie mając dostępu do prądu potrzebna jest im bateria, czyli źródło energii elektrycznej. To właśnie ona ma zapewnić określoną różnicę potencjałów (napięcia) w obwodzie elektrycznym danego urządzenia, której konsekwencją jest stały przepływ ładunku elektrycznego (prądu) przez to urządzenie.
Czym jest siła elektromotoryczna?
Siła elektromotoryczna (w skrócie SEM) jest rodzajem oddziaływania, które w obwodzie elektrycznym powoduje przepływ prądu o wartości równej energii elektrycznej nabytej przez jednostkowy ładunek przemieszczany w źródle prądu w stronę przeciwną do siły pola elektrycznego działającego na ten właśnie ładunek. Źródło siły elektromotorycznej przenosi więc ładunek elektryczny wbrew siłom pola elektrycznego. Siła elektromotoryczna źródła jest zdefiniowana jako iloraz pracy wykonanej przez źródło do wartości przenoszonego ładunku. Skomplikowane? W praktyce będzie zdecydowanie łatwiej, ale o tym za chwilę. Stworzenie określenia „siła elektromotoryczna” przypisuje się Alessandrowi Volcie, który wynalazł pierwsze ogniwo galwaniczne, nazwane od jego nazwiska ogniwem Volty. Słowo "siła" pierwotnie odnosiło się do czynnika rozdzielającego ładunki ujemne i dodatnie. Historycznie używano także nazwy Moc elektromotoryczna. Do źródeł siły elektromotorycznej zaliczamy między innymi: baterie, prądnice elektryczne, ogniwa (panele) słoneczne, ogniwa paliwowe, termoogniwa, niektóre organizmy żywe (np. węgorz elektryczny). Więcej teoretycznych zagadnień związanych z tą kwestią znajdziemy na stronie https://fizyka.uniedu.pl
Jak działa?
Aby dowiedzieć się, jak działa siła elektromotoryczna w praktyce wystarczy nam najprostszy obwód elektryczny składający się ze źródła siły elektromotorycznej oraz rezystora o oporze R. Końcówki rezystora połączone są z zaciskami (biegunami) źródła SEM, różniącymi się wartością potencjału. W obwodzie prąd płynie od bieguna o wyższym potencjale (dodatniego o większej energii potencjalnej) przez opór zewnętrzny R, aż do bieguna ujemnego, czyli o niższym potencjale. Z kolei wewnątrz baterii jest na odwrót – od bieguna ujemnego do dodatniego. Aby więc spowodować przepływ nośników ładunku pomiędzy biegunem ujemnym a biegunem dodatnim, źródło SEM musi wykonać pracę nad ładunkami. Warto wiedzieć, że działanie źródła siły elektromotorycznej wygląda podobnie jak działanie pompy wodnej, która sprawia, że woda płynie z niższego poziomy na wyższy. Trzeba jednak zaznaczyć, że w momencie, gdy mówimy o pomiarach SEM, mamy na myśli wartość napięcia w stanie jałowym czyli bez obciążenia. Chodzi więc o sytuację, w której bateria nie musi „produkować” energii elektrycznej. Wtedy też wskazana wartość napięcia będzie określona jako siła elektromotoryczna. Doskonałe źródło SEM to więc źródło charakteryzujące się brakiem oporu wewnętrznego, co oznacza, że całkowita energia takiego źródła przekazywana jest nośnikom ładunku przy przemieszczaniu ich pomiędzy biegunami źródła. Siła elektromotoryczna liczbowo jest równa pracy wykonanej przez zewnętrzne źródło energii, potrzebnej na jednokrotny obieg obwodu przez jednostkowy ładunek elektrycznego.
