In der Physik, elektromotorischen Kraft, emf (selten kapitalisiert), oder electromotance (angezeigt und gemessen in Volt) bezieht sich auf die Stromspannung, die durch eine Batterie oder durch die magnetische Kraft gemäß dem Gesetz von Faraday erzeugt ist, das feststellt, dass eine Zeit, magnetisches Feld ändernd, einen elektrischen Strom veranlassen wird.

Elektromotorische "Kraft" ist nicht eine Kraft (gemessen in Newton), aber ein Potenzial oder Energie pro Einheit der Anklage, die in Volt gemessen ist. Formell ist emf die pro Einheit der Anklage ausgegebene Außentätigkeit, um einen elektrischen potenziellen Unterschied über zwei offen umkreiste Terminals zu erzeugen.

Der elektrische potenzielle erzeugte Unterschied wird durch das Trennen positiver und negativer Anklagen, dadurch das Erzeugen eines elektrischen Feldes geschaffen. Der geschaffene elektrische potenzielle Unterschied steuert aktuellen Fluss, wenn ein Stromkreis der Quelle von emf beigefügt wird. Wenn Strom jedoch fließt, ist die Stromspannung über die Terminals der Quelle von emf nicht mehr der Wert des offenen Stromkreises wegen Spannungsabfälle innerhalb des Geräts wegen seines inneren Widerstands.

Geräte, die emf zur Verfügung stellen können, schließen elektrochemische Zellen, thermoelektrische Geräte, Sonnenzellen, elektrische Generatoren, Transformatoren und sogar Generatoren von Van de Graaff ein. In der Natur wird emf erzeugt, wann auch immer magnetische Feldschwankungen durch eine Oberfläche vorkommen. Ein Beispiel dafür ist das unterschiedliche magnetische Erdfeld während eines Geomagnetic-Sturms, irgendetwas auf der Oberfläche des Planeten wie ein verlängerter elektrischer Bratrost folgend.

Im Fall von einer Batterie, beladen Sie Trennung, die einen Stromspannungsunterschied verursacht, wird durch chemische Reaktionen an den Elektroden vollbracht; als eine voltaic Zelle kann gedacht werden, eine "Anklage-Pumpe" von Atomdimensionen an jeder Elektrode zu haben, die ist:

Ungefähr 1830 Faraday haben festgestellt, dass die Reaktionen an jeder der zwei Schnittstellen des Elektrode-Elektrolyts den "Sitz von emf" für die voltaic Zelle zur Verfügung stellen, d. h. steuern diese Reaktionen den Strom. Im Fall des offenen Stromkreises geht Anklage-Trennung weiter, bis das elektrische Feld von den getrennten Anklagen genügend ist, um die Reaktionen anzuhalten. Einige Jahre früher hat Volta, der einen Kontakt-Potenzial-Unterschied am Metallmetall (Elektrode-Elektrode) Schnittstelle seiner Zellen gemessen hatte, die falsche Meinung gehalten, dass dieses Kontakt-Potenzial der Ursprung des Sitzes von emf war.

Im Fall von einem elektrischen Generator schafft ein zeitänderndes magnetisches Feld innerhalb des Generators ein elektrisches Feld über die elektromagnetische Induktion, die der Reihe nach einen Energieunterschied zwischen Generator-Terminals schafft. Anklage-Trennung findet innerhalb des Generators mit Elektronen statt, die von einem Terminal und zum anderen wegströmen, bis, im Fall des offenen Stromkreises, genügend elektrisches Feld bis dazu baut, machen weitere Bewegung ungünstig. Wieder wird der emf durch die elektrische Stromspannung entgegnet, die erwartet ist, Trennung zu beladen. Wenn eine Last beigefügt wird, kann diese Stromspannung einen Strom steuern. Der allgemeine Grundsatz, den emf in solchen elektrischen Maschinen regelnd, ist das Gesetz von Faraday der Induktion.

Eine Sonnenzelle oder Fotodiode sind eine andere Quelle von emf mit der leichten Energie als die Außenmacht-Quelle.

Notation und Einheiten des Maßes

Elektromotorische Kraft wird häufig durch oder  (Schrift-Kapital E, Unicode U+2130) angezeigt.

In einem Gerät ohne inneren Widerstand, wenn eine elektrische Anklage Q dieses Gerät durchführt, und eine Energie W gewinnt, ist das Netz emf für dieses Gerät die Energie, die pro Einheitsanklage oder W/Q gewonnen ist. Wie andere Maßnahmen der Energie pro Anklage hat emf SI-Einheiten von Volt, die zu Joule pro Ampere-Sekunde gleichwertig sind.

Die elektromotorische Kraft in elektrostatischen Einheiten ist der statvolt (im Zentimeter-Gramm das zweite System von Einheiten, die im Betrag zu einem Erg pro elektrostatische Einheit der Anklage gleich sind).

Fachsprache

Elektromotorische Kraft des Begriffes ist wegen Alessandro Voltas (1745-1827), wer die Batterie oder Voltaic-Stapel erfunden hat. "Elektromotorische Kraft, die" ursprünglich auf die 'Kraft' verwiesen ist, mit der positive und negative Anklagen (d. h. bewegt, folglich "elektromotorisch") getrennt werden konnten, und auch "elektromotorische Macht" genannt wurden (obwohl es nicht eine Macht im modernen Sinn ist). Die 1865-Erklärung von Maxwell, was jetzt die Gleichungen von Maxwell genannt wird, hat den Begriff "elektromotorische Kraft" dafür gebraucht, was jetzt die elektrische Feldkraft genannt wird.

Aber, in seinem späteren Lehrbuch

er gebraucht den Begriff "elektromotorische Kraft" sowohl für "einer Stromspannung ähnliche" Ursachen des aktuellen Flusses in einem elektrischen Stromkreis, als auch (inkonsequent) für den Kontakt-Potenzial-Unterschied (der eine Form des elektrostatischen potenziellen Unterschieds ist). In Anbetracht dessen, dass das Lehrbuch von Maxwell geschrieben wurde, vor der Entdeckung des Elektrons ist es verständlich, dass Maxwell ausstellt, was (in Bezug auf moderne Kenntnisse) Widersprüchlichkeit im Gebrauch des Begriffes "elektromotorische Kraft" ist.

Das Wort "Kraft" in der "elektromotorischen Kraft" ist eine falsche Bezeichnung:

[Elektromotorische Kraft] hat sich erwiesen, eine unglückliche Wahl von Wörtern zu sein, die noch mit uns 160 Jahre später ist. In der ganzen Physik außer der elektromagnetischen Induktion wird der Begriff 'Kraft' für die mechanische Handlung auf der wägbaren Sache vorbestellt und wird in Einheiten genannt Newton gemessen. In der elektromotorischen Kontrastkraft wird in Einheiten von Volt gemessen und verursacht Anklage-Trennung.

Dennoch ist der Begriff "elektromotorische Kraft" Änderung widerstanden. "Electromotance", (wörtlich) Tendenz bedeutend ("-motance") elektrische Anklage zu bewegen, ist semantisch genauer, aber nicht weit angenommen. Beide Begriffe sind weniger üblich als die Abkürzung emf.

Diese Begriffe (emf, Stromspannung, usw.) haben viele Interpretationen und Anwendungen, nicht alle, die notwendigerweise mit einander im Einklang stehend sind. Wie man normalerweise betrachtet, ist der emf die geleistete Arbeit pro Einheitsanklage durch eine Quelle im Schaffen einer Trennung von positiven von negativen Anklagen, dadurch einen Stromspannungsunterschied schaffend; die geleistete Arbeit pro Einheit stürmt im Stoßen der Anklage durch eine Batterie, die den Stromspannungsunterschied der Batterie zum Beispiel schafft. Jedoch gibt es nicht ganze Einmütigkeit nach diesem Gebrauch. Weil Sydney Ross, im Entschuldigen von sich sagt, für den Begriff emf zu vermeiden:

Wir haben davon Abstand genommen, den Begriff 'elektromotorische Kraft' oder 'e.m.f' zu gebrauchen. für den kurzen; weil es keine Konsistenz zwischen verschiedenen Autoren in der Bedeutung des Begriffes gibt. … einigen Autoren ist es mit 'der Stromspannung' synonymisch. Zu anderen bedeutet es die Stromspannung des offenen Stromkreises einer Batterie. Zu einer dritten Gruppe von Autoren bedeutet es die Stromspannung des offenen Stromkreises jedes Zwei-Terminals-Geräts. Dieser Gebrauch wird meistenteils im Zusammenhang mit dem Lehrsatz von Thevenin in der Stromkreis-Theorie entsprochen. Zu einer vierten Gruppe bedeutet es die Arbeit, die von Agenturen verantwortlich gewesen ist, außer Unterschieden (nicht messbar) Potenziale von Galvani. Solche Autoren gleichen den aktuellen Widerstand aus

Produkt eines Stromkreis-Zweigs zur Summe der Stromspannung plus e.m.f. Ein fünfter

Gruppe erweitert diesen Gebrauch zur Feldtheorie. Die Autoren dieser Gruppe

gleichen Sie das Produkt der aktuellen Dichte und des spezifischen Widerstands zur Summe von aus

Elektrisch-Feldkraft plus ein e.m.f. Anstieg. Eine sechste Gruppe wendet an

der Begriff zur elektromagnetischen Induktion. Diese Autoren definieren e.m.f.

als die Raumlinie, die der Elektrisch-Feldkraft integriert ist, übernommen

eine ganze Schleife. Zu ihnen der Begriff 'entgegnen e.m.f.' bedeutet etwas.

Es ist in einigen Feldern wie Stromkreis-Theorie üblich, sich auf die Stromspannung zu beziehen, die durch den emf als der emf geschaffen ist.

Einige Autoren unterscheiden zwischen dem emf und der Stromspannung nicht, die er schafft. Etwas Gebrauch emf, um sich auf die Stromspannung des offenen Stromkreises und Stromspannung zum potenziellen Unterschied zu beziehen, wenn Strom gezogen wird.

Hier ist ein Kostenvoranschlag, der emf als ein Stromspannungsunterschied des offenen Stromkreises beschreibt:

Dieser Gebrauch identifiziert die geleistete Arbeit pro Einheitsanklage im Schaffen der Anklage-Zunahme als emf nicht, aber identifiziert eher emf mit der Folgerung "zurück Stromspannung", die aktuellen Fluss in der Bedingung des offenen Stromkreises anhält.

Man betont, dass die Konvertierung der Energie von anderen Formen bis elektrische Energie, der andere das resultierende elektrische Potenzial betont. Dieser Artikel konzentriert sich auf die Konvertierung anderer Formen der Energie zur elektrischen potenziellen Energie, und beschreibt einige Beispiele dessen, wie diese Konvertierung geschieht.

Formelle Definitionen der elektromotorischen Kraft

Innerhalb einer Quelle von emf, der offen umkreist wird, annulliert das konservative elektrostatische Feld, das durch die Trennung der Anklage genau geschaffen ist, die Kräfte, die den emf erzeugen. So hat der emf denselben Wert, aber das entgegengesetzte Zeichen wie das Integral des elektrischen Feldes, das nach einem inneren Pfad zwischen zwei Terminals A und B einer Quelle von emf in der Bedingung des offenen Stromkreises ausgerichtet ist (wird der Pfad vom negativen Terminal bis das positive Terminal genommen, um einen positiven emf nachzugeben, geleistete Arbeit auf den Elektronen anzeigend, die sich im Stromkreis bewegen).

Mathematisch:

:

wo E das konservative elektrostatische Feld ist, das durch die mit dem emf vereinigte Anklage-Trennung geschaffen ist, d ist  ein Element des Pfads vom Terminal A bis Terminal B, und '' zeigt das Vektor-Punktprodukt an. Diese Gleichung gilt nur für Positionen A und B, die Terminals sind, und für Pfade zwischen Punkten A und B mit Teilen außerhalb der Quelle von emf nicht gilt. Diese Gleichung schließt das elektrostatische elektrische Feld ein, das erwartet ist, Trennung E zu beladen, und schließt (zum Beispiel) keinen nichtkonservativen Bestandteil des elektrischen Feldes wegen des Gesetzes von Faraday der Induktion ein.

Im Fall von einem geschlossenen Pfad in Gegenwart von einem unterschiedlichen magnetischen Feld kann das Integral des elektrischen Feldes um einen geschlossenen Regelkreis Nichtnull sein; eine allgemeine Anwendung des Konzepts von emf, bekannt, wie "veranlasst, emf" ist die in solch einer Schleife veranlasste Stromspannung. Der "veranlasste emf" um einen stationären geschlossenen Pfad C ist:

:

wo jetzt E das komplette elektrische Feld, der Konservative und der Nichtkonservative ist, und das Integral um eine willkürliche, aber stationäre geschlossene Kurve C ist, durch den es ein unterschiedliches magnetisches Feld gibt. Bemerken Sie, dass das elektrostatische Feld zum Netz emf um einen Stromkreis nicht beiträgt, weil der elektrostatische Teil des elektrischen Feldes konservativ ist (d. h. die geleistete Arbeit gegen das Feld um einen geschlossenen Pfad ist Null).

Diese Definition kann zu willkürlichen Quellen von emf und bewegenden Pfaden C erweitert werden:

:

:::

::::

der eine Begriffsgleichung hauptsächlich ist, weil der Entschluss von den "wirksamen Kräften" schwierig ist.

Elektromotorische Kraft in der Thermodynamik

Wenn multipliziert, mit einem Betrag der Anklage dZ der emf gibt  einen thermodynamischen Arbeitsbegriff dZ nach, der im Formalismus für die Änderung in Gibbs freie Energie verwendet wird, wenn Anklage in einer Batterie passiert wird:

::

wo G die freie Energie von Gibb ist, ist S das Wärmegewicht, V ist das Systemvolumen, P ist sein Druck, und T ist seine absolute Temperatur.

Die Kombination (, Z) ist ein Beispiel eines verbundenen Paares von Variablen. Am unveränderlichen Druck erzeugt die obengenannte Beziehung eine Beziehung von Maxwell, die die Änderung in der offenen Zellstromspannung mit der Temperatur T (eine messbare Menge) zur Änderung im Wärmegewicht S verbindet, wenn Anklage isothermisch und isobarically passiert wird. Der Letztere ist nah mit dem Reaktionswärmegewicht der elektrochemischen Reaktion verbunden, die der Batterie seine Macht leiht. Diese Beziehung von Maxwell ist:

:

\left (\frac {\\teilweiser \mathcal {E}} {\\teilweiser T }\\Recht) _Z=

- \left (\frac {\\teilweiser S} {\\teilweiser Z }\\Recht) _T

</Mathematik>

Wenn ein Maulwurf von Ionen in Lösung eintritt (zum Beispiel, in einer Zelle von Daniell, wie besprochen, unten), ist die Anklage durch den Außenstromkreis:

:

wo n die Zahl von Elektronen/Ion ist, und F unveränderlicher Faraday ist und minus das Zeichen Entladung der Zelle anzeigt. Unveränderlichen Druck und Volumen annehmend, sind die thermodynamischen Eigenschaften der Zelle ausschließlich mit dem Verhalten seines emf verbunden durch:

:

wo ΔH die Hitze der Reaktion ist. Die Mengen rechts sind alle direkt messbar.

Elektromotorische Kraft und Stromspannungsunterschied

Ein elektrischer Stromspannungsunterschied wird manchmal einen emf genannt. Die Punkte illustrieren unten den mehr formellen Gebrauch, in Bezug auf die Unterscheidung zwischen emf und der Stromspannung, die es erzeugt:

1. Für einen Stromkreis als Ganzes, solcher als ein, einen Widerstand der Reihe nach mit einer voltaic Zelle enthaltend, trägt elektrische Stromspannung zum gesamten emf nicht bei, weil der Stromspannungsunterschied beim Gehen um einen Stromkreis Null ist. (Der ohmic IR Fall plus die angewandte elektrische Stromspannung ist Null. Sieh das Gesetz von Kirchhoff). Der emf ist allein zur Chemie in der Batterie erwartet, die Anklage-Trennung verursacht, die der Reihe nach eine elektrische Stromspannung schafft, die den Strom steuert.
2. Für einen Stromkreis, der aus einem elektrischen Generator besteht, der Strom durch einen Widerstand steuert, ist der emf allein zu einem zeitändernden magnetischen Feld erwartet, das eine elektrische Stromspannung erzeugt, die der Reihe nach den Strom steuert. (Der ohmic IR Fall plus die angewandte elektrische Stromspannung ist wieder Null. Sieh das Gesetz von Kirchhoff)
3. Eine Transformator-Kopplung zwei Stromkreise können als eine Quelle von emf für einen der Stromkreise betrachtet werden, gerade als ob es durch einen elektrischen Generator verursacht wurde; dieses Beispiel illustriert den Ursprung des Begriffes "Transformator-emf".
4. Eine Fotodiode oder Sonnenzelle können als eine Quelle von emf betrachtet werden, der einer Batterie ähnlich ist, auf eine elektrische Stromspannung hinauslaufend, die durch die durch die leichte aber nicht chemische Reaktion gesteuerte Anklage-Trennung erzeugt ist.
5. Andere Geräte, die emf erzeugen, sind Kraftstoffzellen, Thermoelemente und thermopiles.

Im Fall von einem offenen Stromkreis schafft die elektrische Anklage, die durch den Mechanismus getrennt worden ist, der den emf erzeugt, ein elektrisches Feld, das dem Trennungsmechanismus entgegensetzt. Zum Beispiel hält die chemische Reaktion in einer voltaic Zelle an, wenn das gegenüberliegende elektrische Feld an jeder Elektrode stark genug ist, um die Reaktionen anzuhalten. Ein größeres gegenüberliegendes Feld kann die Reaktionen darin umkehren, was umkehrbare Zellen genannt wird.

Die elektrische Anklage, die getrennt worden ist, schafft einen elektrischen potenziellen Unterschied, der mit einem Voltmeter zwischen den Terminals des Geräts gemessen werden kann. Der Umfang des emf für die Batterie (oder andere Quelle) ist der Wert dieses 'offenen Stromkreises' Stromspannung. Wenn die Batterie stürmt oder sich entlädt, kann der emf selbst nicht direkt mit der Außenstromspannung gemessen werden, weil eine Stromspannung innerhalb der Quelle verloren wird. Es kann jedoch aus einem Maß des Stroms I und Stromspannungsunterschied V abgeleitet werden, vorausgesetzt, dass der innere Widerstand r bereits gemessen worden ist:  = V + Ir.

Elektromotorische Kraft-Generation

Chemische Quellen

Die Frage dessen, wie Batterien (galvanische Zellen) einen emf erzeugen, ist diejenige, die Wissenschaftler für den grössten Teil des 19. Jahrhunderts besetzt hat. Der "Sitz der elektromotorischen Kraft" wurde schließlich von Walther Nernst beschlossen, in erster Linie an den Schnittstellen zwischen den Elektroden und dem Elektrolyt zu sein.

Moleküle sind Gruppen von Atomen, die durch chemische Obligationen zusammengehalten sind, und diese Obligationen bestehen aus elektrischen Kräften zwischen Elektronen (negativ) und (positive) Protone. Das Molekül in der Isolierung ist eine stabile Entität, aber wenn verschiedene Moleküle zusammengebracht werden, sind einige Typen von Molekülen im Stande, Elektronen anderen zu stehlen, verantwortlich Trennung resultierend. Diese Neuverteilung der Anklage wird durch eine Änderung in der Energie des Systems und einer Wiederkonfiguration der Atome in den Molekülen begleitet. Der Gewinn eines Elektrons wird genannt "die Verminderung" und der Verlust eines Elektrons werden "Oxydation" genannt. Reaktionen, in denen solcher Elektronaustausch vorkommt (die die Basis für Batterien sind) werden Verminderungsoxydationsreaktionen oder redox Reaktionen genannt. In einer Batterie wird eine Elektrode aus dem Material zusammengesetzt, das Elektronen vom solute gewinnt, und die andere Elektrode Elektronen wegen dieser grundsätzlichen molekularen Attribute verliert. Dasselbe Verhalten kann in Atomen selbst gesehen werden, und ihre Fähigkeit, Elektronen zu stehlen, wird ihre Elektronegativität genannt.

Als ein Beispiel besteht eine Zelle von Daniell aus einer Zinkanode (ein Elektronsammler), der sich in eine Zinksulfat-Lösung, das sich auflösende Zink auflöst, das seine Elektronen in der Elektrode gemäß der Oxydationsreaktion zurücklässt (s = feste Elektrode; aq = wässrige Lösung):

:

Das Zinksulfat ist ein Elektrolyt, d. h. eine Lösung, in der die Bestandteile aus Ionen, in diesem Fall Zinkionen und Sulfat-Ionen bestehen.

An der Kathode nehmen die Kupferionen in einem Kupfersulfat-Elektrolyt Elektronen von der Elektrode durch die Verminderungsreaktion an:

:

und die so für neutral erklärten Kupferteller auf die Elektrode. (Eine ausführliche Diskussion des mikroskopischen Prozesses der Elektronübertragung zwischen einer Elektrode und den Ionen in einem Elektrolyt kann in Conway gefunden werden.)

Die Elektronen führen den Außenstromkreis durch (Glühbirne in der Zahl), während die Ionen die Salz-Brücke durchführen, um Anklage-Gleichgewicht aufrechtzuerhalten. Im Prozess wird die Zinkanode aufgelöst, während die Kupferelektrode mit Kupfer gepanzert wird. Wenn die Glühbirne entfernt wird (offener Stromkreis), wird dem emf zwischen den Elektroden durch das elektrische Feld entgegengesetzt, das erwartet ist, Trennung und den Reaktionshalt zu beladen.

An 273 K, der emf  = 1.0934 V, mit einem Temperaturkoeffizienten von d /dT = 4.53×10 V/K.

Zellen von Voltaic

Volta hat die voltaic Zelle 1792 entwickelt, und hat seine Arbeit am 20. März 1800 präsentiert. Volta hat richtig die Rolle von unterschiedlichen Elektroden im Produzieren der Stromspannung identifiziert, aber hat falsch jede Rolle für den Elektrolyt abgewiesen. Volta hat die Metalle in einer 'Spannungsreihe' bestellt, "das heißt in einer solcher Ordnung, dass irgend jemand in der Liste positiv wird, wenn im Kontakt mit irgend jemandem, der erfolgreich ist, aber negativ durch den Kontakt mit irgend jemandem, der ihm vorangeht." Eine typische symbolische Tagung in einem schematischen von diesem Stromkreis (-) würde eine lange Elektrode 1 und eine kurze Elektrode 2 haben, um anzuzeigen, dass Elektrode 1 vorherrscht. Das Gesetz von Volta über die gegenüberliegende Elektrode emfs bedeutet, dass, in Anbetracht zehn Elektroden (zum Beispiel, Zink und neun andere Materialien), der verwendet werden kann, um 45 Typen von voltaic Zellen (10 × 9/2) zu erzeugen, nur neun Verhältnismaße (zum Beispiel, Kupfer und jeder der neun andere) erforderlich sind, um alle 45 möglichen emfs zu bekommen, die diese zehn Elektroden erzeugen können.

Elektromotorische Kraft von Zellen

Die elektromotorische durch primäre und sekundäre Zellen erzeugte Kraft ist gewöhnlich der Ordnung von einigen Volt. Die Zahlen haben unten zitiert sind nominell, weil sich emf gemäß der Größe der Last und dem Staat der Erschöpfung der Zelle ändert.

Elektromagnetische Induktion

Der Grundsatz der elektromagnetischen Induktion, die oben bemerkt ist, stellt fest, dass ein zeitabhängiges magnetisches Feld ein zirkulierendes elektrisches Feld erzeugt. Ein zeitabhängiges magnetisches Feld kann irgendein durch die Bewegung eines Magnets hinsichtlich eines Stromkreises erzeugt werden, durch die Bewegung eines Stromkreises hinsichtlich eines anderen Stromkreises (müssen mindestens ein von diesen einen Strom tragen), oder durch das Ändern des Stroms in einem festen Stromkreis. Die Wirkung auf den Stromkreis selbst, den Strom zu ändern, ist als Selbstinduktion bekannt; die Wirkung auf einen anderen Stromkreis ist als gegenseitige Induktion bekannt.

Für einen gegebenen Stromkreis wird der elektromagnetisch veranlasste emf rein durch die Rate der Änderung des magnetischen Flusses durch den Stromkreis gemäß dem Gesetz von Faraday der Induktion bestimmt.

Ein emf wird in einer Rolle oder Leiter veranlasst, wann auch immer es Änderung in den Flussverkettungen gibt. Abhängig vom Weg, auf den die Änderungen verursacht werden, gibt es zwei Typen: Wenn der Leiter in einem stationären magnetischen Feld bewegt wird, um eine Änderung in der Flussverkettung zu beschaffen, wird der emf statisch veranlasst. Die elektromotorische durch die Bewegung erzeugte Kraft wird häufig Bewegungsemf genannt. Wenn die Änderung in Fluss Verbindung aus einer Änderung im magnetischen Feld um den stationären Leiter entsteht, wird der emf dynamisch veranlasst. Die elektromotorische durch ein zeitänderndes magnetisches Feld erzeugte Kraft wird häufig Transformator emf genannt.

Setzen Sie sich mit Potenzialen in Verbindung

Wenn zwei verschiedene Festkörper im Kontakt sind, ist es üblich, dass thermodynamisches Gleichgewicht verlangt, dass einer der Festkörper ein höheres elektrisches Potenzial annimmt als der andere, das Kontakt-Potenzial. Zum Beispiel erzeugen unterschiedliche Metalle im Kontakt, was auch als ein Kontakt elektromotorische Kraft oder Potenzial von Galvani bekannt ist. Der Umfang dieses potenziellen Unterschieds wird häufig als ein Unterschied in Niveaus von Fermi in den zwei Festkörpern ausgedrückt, wo das Niveau von Fermi (ein Name für das chemische Potenzial eines Elektronsystems) die Energie beschreibt, die notwendig ist, um ein Elektron vom Körper zu entfernen. Zweifellos, wenn es einen Energievorteil in der Einnahme eines Elektrons von einem Körper bis den anderen gibt, wird diese Übertragung vorkommen, dadurch eine Anklage-Trennung, Körpergewinnungselektronen und die anderen verlierenden Elektronen verursachend. Diese Anklage-Übertragung verursacht einen potenziellen Unterschied zwischen den Körpern, und deshalb, Anklage-Übertragung wird schwieriger, als die Anklage-Trennung zunimmt. Am thermodynamischen Gleichgewicht wird der Gewinn in der Energie wegen des Niveau-Unterschieds von Fermi durch die Arbeit verglichen musste diesen potenziellen Unterschied übersteigen, und an diesem Punkt kommt keine Übertragung mehr vor, und der potenzielle Unterschied hat den Wert genannt das Kontakt-Potenzial. Der Unterschied in Niveaus von Fermi wird andererseits den emf genannt.

Das Kontakt-Potenzial kann Strom durch eine seinen Terminals beigefügte Last nicht steuern, weil dieser Strom eine Anklage-Übertragung einschließen würde. Kein Mechanismus besteht, um solche Übertragung fortzusetzen und folglich einen Strom aufrechtzuerhalten, sobald Gleichgewicht erreicht wird.

Man könnte fragen, warum das Kontakt-Potenzial im Gesetz von Kirchhoff von Stromspannungen als ein Beitrag zur Summe von potenziellen Fällen nicht erscheint. Die übliche Antwort ist, dass jeder Stromkreis nicht nur eine besondere Diode oder Verbindungspunkt, sondern auch alle Kontakt-Potenziale wegen der Verdrahtung und so weiter um den kompletten Stromkreis einschließt. Die Summe aller Kontakt-Potenziale ist Null, und so können sie im Gesetz von Kirchhoff ignoriert werden.

Sonnenzelle

Die Operation einer Sonnenzelle kann vom gleichwertigen Stromkreis am Recht verstanden werden. Licht, wenn es Fotonen der genügend Energie (größer einschließt als der bandgap des Materials), schafft bewegliche Elektronloch-Paare in einem Halbleiter. Anklage-Trennung kommt wegen eines vorher existierenden elektrischen Feldes vor, das mit dem p-n Verbindungspunkt im Thermalgleichgewicht vereinigt ist (ein Kontakt-Potenzial schafft das Feld). Diese Anklage-Trennung zwischen positiven Löchern und negativen Elektronen über einen p-n Verbindungspunkt (eine Diode), gibt eine Vorwärtsstromspannung, die Foto-Stromspannung zwischen den beleuchteten Diode-Terminals nach. Wie früher in der Fachsprache-Abteilung bemerkt worden ist, wird die Foto-Stromspannung manchmal das Foto emf genannt, anstatt zwischen der Wirkung und der Ursache zu unterscheiden.

Die Licht-veranlasste Anklage-Trennung schafft einen Rückstrom durch den Verbindungspunkt der Zelle (d. h. nicht in der Richtung, dass eine Diode normalerweise Strom führt), und die Anklage-Trennung eine Foto-Stromspannung verursacht, die Strom durch jede beigefügte Last steuert. Jedoch besteht eine Nebenwirkung dieser Stromspannung darin, dass sie dazu neigt nachzuschicken, beeinflussen den Verbindungspunkt. An hoch genug Niveaus wird diese Vorwärtsneigung des Verbindungspunkts einen Vorwärtsstrom in der Diode verursachen, die vom durch das Licht geschaffenen Strom Abstriche macht. Folglich wird der größte Strom darunter erhalten kurzschließen Bedingungen, und wird als ich (für den Licht-veranlassten Strom) im gleichwertigen Stromkreis angezeigt.

Ungefähr wird dieser derselbe Strom für Vorwärtsstromspannungen bis zum Punkt erhalten, wo die Diode-Leitung bedeutend wird.

Mit dieser Notation ist die Strom-Spannungsbeziehung für die beleuchtete Diode:

:

wo ich der an die Last gelieferte Strom bin, bin ich der Rücksättigungsstrom und die M der ideality Faktor, zwei Rahmen, die vom Sonnenzellaufbau und zu einem gewissen Grad auf die Stromspannung selbst abhängen, und wo kT/q die Thermalstromspannung (ungefähr 0.026 V bei der Raumtemperatur) ist. Diese Beziehung wird in der Zahl geplant, die einen festen Wert M = 2 verwendet. Unter Bedingungen des offenen Stromkreises (d. h. als ich  0) ist die Stromspannung des offenen Stromkreises die Stromspannung, an der die Vorwärtsneigung des Verbindungspunkts genug darin besteht, dass der Vorwärtsstrom völlig den Photostrom erwägt. Die Neuordnung der I-V Gleichung stellt die Stromspannung des offenen Stromkreises als zur Verfügung:

:

der im Anzeigen einer logarithmischen Abhängigkeit V auf den Licht-veranlassten Strom nützlich ist. Gewöhnlich ist die Stromspannung des offenen Stromkreises nicht mehr als ungefähr 0.5 V.

Der Wert der Foto-Stromspannung, wenn er eine Last steuert, ist variabel. Wie gezeigt, in der Zahl, für einen Lastwiderstand R, entwickelt die Zelle eine Stromspannung zwischen dem kurzschließen Wert V = 0, ich = schätzen ich und der offene Stromkreis V, ich = 0, ein Wert, der durch das Gesetz V des Ohms = ich R gegeben ist, wo der Strom ich der Unterschied zwischen dem kurzschließen Strom und Strom bin, der erwartet ist, Neigung des Verbindungspunkts, wie angezeigt, durch den gleichwertigen Stromkreis nachzuschicken (die parasitischen Widerstände vernachlässigend).

Im Gegensatz zur Batterie, an aktuellen Niveaus in der Nähe von I, handelt die Sonnenzelle mehr wie eine aktuelle Quelle aber nicht eine Stromspannungsquelle.

Der gezogene Strom wird fast mehr als eine Reihe von Laststromspannungen an einem Elektron pro umgewandeltes Foton befestigt. Die Quant-Leistungsfähigkeit oder Wahrscheinlichkeit, ein Elektron des Photostroms pro Ereignis-Foton zu bekommen, hängt nicht nur auf die Sonnenzelle selbst, aber auf das Spektrum des Lichtes ab.

Die Diode besitzt ein "eingebautes Potenzial" wegen des Kontakt-Potenzial-Unterschieds zwischen den zwei verschiedenen Materialien auf beiden Seiten des Verbindungspunkts. Dieses eingebaute Potenzial wird gegründet, wenn der Verbindungspunkt als ein Nebenprodukt des thermodynamischen Gleichgewichts gebildet wird. Einmal gegründet kann dieser potenzielle Unterschied keinen Strom jedoch steuern, weil das Anschließen einer Last dieses Gleichgewicht nicht umwirft. Im Gegensatz läuft die Anhäufung von Überelektronen in einem Gebiet und Überlöcher in einem anderen wegen der Beleuchtung auf eine Foto-Stromspannung hinaus, die wirklich einen Strom steuert, wenn eine Last der beleuchteten Diode beigefügt wird. Wie bemerkt, oben schickt diese Foto-Stromspannung auch nach beeinflusst den Verbindungspunkt, und reduziert so das vorher existierende Feld im Erschöpfungsgebiet.

Siehe auch

• Gegenelektromotorische Kraft
• Elektrische Batterie
• Elektrochemische Zelle
• Elektrolytische Zelle
• Galvanische Zelle
• Voltaic häufen an

Weiterführende Literatur

• Andrew Gray, "Absolute Maße in der Elektrizität und dem Magnetismus", Elektromotorische Kraft. Macmillan and Co., 1884.
• Charles Albert Perkins, "Umrisse der Elektrizität und des Magnetismus", Maß der Elektromotorischen Kraft. Henry Holt and Co., 1896.
• John Livingston Rutgers Morgan, "Die Elemente der Physischen Chemie", Elektromotorische Kraft. J. Wiley, 1899.
• George F. Barker, "Auf dem Maß der elektromotorischen Kraft". Verhandlungen der amerikanischen Philosophischen Gesellschaft, die an Philadelphia gehalten ist, um Nützliche Kenntnisse, amerikanische Philosophische Gesellschaft Zu fördern. Am 19. Januar 1883.

• "Abhandlungen zur Thermodynamik, von H. Helmholtz. Hrsg. von Max Planck". (Tr. "Papiere zur Thermodynamik, auf H. Helmholtz. Hrsg. durch Max Planck".) Leipzig, W. Engelmann, des Ostwald klassischen Autors der genauen Wissenschaftsreihe. Neue Folge. Nr. 124, 1902.
• Nabendu S. Choudhury, "Elektromotorische Kraft-Maße auf Zellen, die [Beta] - Tonerde fester Elektrolyt einschließen". NASA technisches Zeichen, D-7322.

• Henry S. Carhart, "Thermoelektromotorische Kraft in elektrischen Zellen, die thermoelektromotorische Kraft zwischen einem Metall und einer Lösung von einem seiner Salze". New York, Gesellschaft von D. Van Nostrand, 1920. LCCN 20020413
• Hazel Rossotti, "Chemische Anwendungen von potentiometry". London, Princeton, N.J. Van Nostrand, 1969. Internationale Standardbuchnummer 0-442-07048-9 LCCN 69011985//r88
• Theodore William Richards und Gustavus Edward Behr der Jüngere. "Die elektromotorische Kraft von Eisen unter unterschiedlichen Bedingungen und die Wirkung von verschlossenem Wasserstoff". Einrichtung von Carnegie der Washingtoner Veröffentlichungsreihe, 1906. LCCN 07003935//r88
• G. W. Burns, u. a., "Temperaturelektromotorische Kraft-Bezugsfunktionen und Tische für die Brief-benannten Thermoelement-Typen haben auf SEINEN 90 gestützt". Gaithersburg, Maryland: Amerikanische Abteilung des Handels, Nationales Institut für Standards und Technologie, Washington, Supt. der Doktoren. die Vereinigten Staaten. G.P.O. 1993.

Links

• Elektromotorische Kraft in Induktoren - interaktiver javanischer Tutorenkurs nationales hohes magnetisches Feldlaboratorium