Contente
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 necessárias para resolver muitos problemas em física e eletrônica e introduz o conceito de resistência interna de uma bateria. O EMF informa a tensão da bateria sem a resistência interna, reduzindo o valor, como ocorre nas medições comuns de diferença de potencial. Você pode calculá-lo de duas maneiras diferentes, dependendo das informações que você possui.
TL; DR (muito longo; não leu)
Calcular 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 EMF?
A força eletromotriz é a diferença de potencial (ou seja, tensão) nos terminais da bateria quando nenhuma corrente está fluindo. Pode não parecer que isso 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 formar as células da bateria têm sua própria resistência (já que basicamente todos os materiais possuem).
Quando nenhuma corrente está fluindo através da célula, essa resistência interna não muda nada porque não há corrente para ela desacelerar. De certa forma, o EMF pode ser considerado a diferença de potencial máxima entre os terminais em uma situação idealizada, e é sempre maior que a tensão da bateria na prática.
Equações para calcular EMF
Existem duas equações principais para calcular EMF. A definição mais fundamental é o número de joules de energia (E) que cada coulomb de carga (Q) capta quando passa 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, esta é a maneira mais simples de calcular EMF, mas na maioria dos casos você não possui essas informações.
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 a resistência interna da célula. Expandir isso revela o vínculo estreito com a lei de Ohm:
ε = IR + Ir
= V + Ir
Isso mostra que você pode calcular o EMF se souber a tensão nos terminais (a tensão usada em situações do mundo real), a corrente que flui e a resistência interna da célula.
Como calcular EMF: um exemplo
Como exemplo, imagine que você tenha 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
Portanto, a EMF deste circuito é de 3,5 V.