EMF avots ar slēgtu ārējo ķēdi
Iemeslu lādiņu atdalīšanai un to pārvietošanai slēgtā ķēdē sauc par elektromotora spēku (emf, emf).
Jebkura avota EML vērtība, kurā notiek lādiņu atdalīšana, tiek aprēķināta, pamatojoties uz darbu, ko lauks patērē, lai pārvietotu vienības lādiņu no zemāka potenciāla elektroda uz elektrodu ar augstāku potenciālu.
Atbilstoši potenciāla definīcijai šis darbs ir vienāds ar atdalīto lādiņu potenciālu starpību, kuru tāpat kā lādiņu atdalošo cēloni sauc. elektromotora spēks.
Ja avota skavas ir savienotas ar vadošu korpusu un tādējādi izveido slēgtu ķēdi, tad tā tiks izveidota elektrība, kura virziens ārējā ķēdē sakrīt ar EML virzienu. Avota iekšpusē visu laiku notiek lādiņu atdalīšana, un potenciālā starpība tiek saglabāta.
Uzlādētu daļiņu kustībai strāvas klātbūtnē ir vienāds virziens visā slēgtajā ķēdē, un darbu, ko lauks patērē, lai pārvietotu vienības lādiņu gar slēgtu ķēdi, var novērtēt ar vērtību, kas arī ir vienāda ar avotos esošie spēki, kas pārvieto vienības lādiņu no negatīvā elektroda uz pozitīvo elektrodu attiecībā pret spēkiem elektriskais lauks.
Tiešā elektriskā strāvā uz avota elektrodiem koncentrētie lādiņi tiek nepārtraukti atjaunoti, un šo lādiņu radītajam laukam ap elektrodiem ir tāds pats raksturs kā atvērtā ārējā ķēdē: tas ir potenciāls. Atšķirībā no nepārtraukti reģenerētu lādiņu elektrostatiskā lauka, to sauc par stacionāru lauku.
Stacionārs lauks atšķiras no elektrostatiskā lauka ne tikai ar to, ka šī lauka avota lādiņš tiek pastāvīgi atjaunots, bet arī ar to, ka šāds lauks atrodas gan ap vadošajiem ķermeņiem, gan šo ķermeņu iekšpusē. Stacionāram laukam, kam ir tāds pats raksturs kā potenciālajam laukam, jebkuram slēgtam lokam, kas neiet cauri EML avotam.
Atsaucoties uz hidrodinamisko analoģiju EML avota slēgtas ārējās ķēdes gadījumā, mums jāiedomājas hidrauliskās sistēmas darbība ar atvērtu drenāžas cauruli, kurā, teiksim, ir noteikts uztvērējs (hidrauliskais motors). Lai saglabātu nemainīgu līmeņa starpību starp tvertnēm, sūknim ir jāpapildina šķidruma daudzums augšējā tvertnē, kas plūst caur drenāžas cauruli.
Darbs, ko dzinējs patērē, lai paaugstinātu šo šķidruma daudzumu, ir proporcionāls līmeņu starpībai, un to var raksturot ar šīs starpības vērtību. Darbs, ko veic šķidruma plūsma, krītot no augšējā līmeņa uz apakšējo līmeni, ir proporcionāls tādai pašai līmeņu starpībai un, ja nav pieļaujami zaudējumi, ir vienāds ar dzinēja veikto darbu.
Elektromotora spēks vairākos avotos praktiski nav atkarīgs no elektriskās strāvas vērtības ķēdē, tāpēc bieži tiek pieņemts, ka tas paliek nemainīgs gan avota tukšgaitā, gan pie pilnas slodzes. Tomēr parasti EML avota uzlādes laikā nedaudz atšķiras no EML vērtības tukšgaitā (parasti mazāk).
EML izmaiņas šajā gadījumā ir izskaidrojamas ar tā saukto avota reakciju. Piemēram, ķīmiskajos EML avotos tā samazināšanās tiek novērota saistībā ar polarizācijas fenomenu, elektrisko mašīnu ģeneratoros — magnētiskajam laukam pretējā virzienā vērstas slodzes strāvas uzlikšanas dēļ.
Potenciālā atšķirība starp atsevišķiem elektriskās ķēdes punktiem ir atkarīga no sprieguma sadalījuma pa ķēdi. Jo īpaši potenciālā atšķirība starp avota spailēm ir atkarīga no attiecības starp avota ārējo un iekšējo pretestību jeb tā saukto iekšējo sprieguma kritumu.
Elektromotora spēku var koncentrēt uz ārkārtīgi ierobežotu elektriskās ķēdes posmu lēcienā (kas, piemēram, notiek galvaniskajā, termoelektriskajā un arī citos avotos, kur EML rodas dažādu vielu saskares vietās) vai sadalīts. kādā iekšējā avota ķēdes daļā.
Pēdējais gadījums ir sastopams elektrisko mašīnu ģeneratoros, kur EMF tiek inducēts ievērojamā vadu garumā, kad tie pārvietojas magnētiskajā laukā, un kopējā EMF ir elementāro EMF summa, kas inducēta atsevišķās ķēdes daļās. Šo vērtību summa ir vienāda ar potenciālo starpību starp vadu sākumu un beigām.
Analizējot un aprēķinot elektriskās ķēdes, kas satur EML, bieži tiek pieņemts, ka EML dabā ir koncentrēts. Avota iekšējās pretestības klātbūtne tiek ņemta vērā, ieviešot papildu ieslēgšanas pretestību.
Tā kā EMF raksturo viena vai cita veida enerģijas pārveidošanu elektroenerģijā strāvas pārejas laikā, runājot par EML vai strāvas avotiem, tiek lietots arī termins "(elektriskās) enerģijas avots". Visi šie termini ir sinonīmi, kad runa ir par faktiskajiem avotiem.
Dažreiz, kad viņi aprēķina un analizē elektriskās ķēdes, tie rada atšķirības strāvas avoti un EML avoti.
Ar EML avotu saprot tādu enerģijas avotu, kura EML var uzskatīt par neatkarīgu no iekšējās pretestības vērtības, un šāda avota EML ir jātiecas uz bezgalību. Dažreiz tas tiek panākts, izmantojot shematiskus risinājumus, stabilizējošu ierīču izmantošanu utt.