Źródło prądu, to urządzenie, które dostarcza energię elektryczną do obwodu, wykorzystywaną przez podłączone odbiorniki. Czasem urządzenie to nazywane jest źródłem napięcia, gdyż jego rolą jest wytwarzanie napięcia między zaciskami, do których obwód jest podłączony. Napięcie to powoduje, że wzdłuż obwodu przemieszczają się ładunki elektryczne i dzięki temu w odbiornikach wykonywana jest praca prądu elektrycznego.
RUoyrMHV6uP63
Podział ról na Rys. 1. jest jasny: źródło dostarcza energię elektryczną, a odbiorniki ją wykorzystują. Rozkład energii w takim obwodzie schematycznie przedstawia Rys. 2.
RLwxGTNGGpdHV
Więcej na ten temat możesz przeczytać w e‑materiale „Jak definiuje się napięcie elektryczne?”.
Wielkość fizyczna, która jest liczbowo równa ilości potencjalnej energii elektrycznej nadawanej ładunkowi jednostkowemu przez źródło nazywana jest siłą elektromotorycznąsiła elektromotorycznasiłą elektromotoryczną źródła (w skrócie SEM) i oznaczana symbolem .
Często podaje się też definicję równoważną:
Siła elektromotorycznasiła elektromotorycznaSiła elektromotoryczna źródła (w skrócie SEM) jest liczbowo równa energii zamienionej w źródle na energię elektryczną, przypadającej na ładunek jednostkowy:
Ze wzoru (1) widać, że jednostka SEM jest taka sama, jak jednostka napięcia elektrycznego, czyli wolt [V].
Idealne źródło utrzymuje zawsze to samo napięcie, niezależnie od tego, jaka jest wartość oporu podłączonego obwodu. W rzeczywistości, wartość ta nieco spada po podłączeniu obciążenia. Powodem jest fakt, że każde realne źródło posiada swój własny opór wewnętrzny. Schematycznie przedstawiono to na Rys. 3.
Rv57N5JkHZfAV
Napięcie, które naprawdę panuje między jego zaciskami ma wartość:
gdzie I jest wartością natężenia prądu płynącego w obwodzie (a więc i przez źródło).
Warto zauważyć, że SEM źródła jest tą wartością napięcia na jego zaciskach, które panuje w stanie jałowym, czyli bez podłączenia do nich odbiornika.
Często zachodzi potrzeba, by pojedyncze źródła połączyć ze sobą, tworząc baterię. Jeśli łączy się je szeregowo, tak jak na Rys. 4., siły elektromotoryczne oraz opory wewnętrzne sumują się. Wynika to z bilansu napięć w obwodzie ( zgodnie z II prawem KirchhoffaII prawo KirchhoffaII prawem Kirchhoffa ).
RBhHx0s5YOcer
Jeśli źródła łączy się równolegle, tak jak na Rys. 5., siła elektromotoryczna baterii jest taka sama, jak pojedynczego źródła.
R1E5V1fB536un
Wynika to z faktu, że wszystkie lewe bieguny mają taki sam potencjał (są ze sobą połączone) oraz wszystkie prawe bieguny mają taki sam potencjał (inny, niż lewe). Istnieje więc jedna, wspólna różnica potencjałów pomiędzy lewą a prawą stroną. Na pewno pamiętasz, że różnica potencjałów, to właśnie napięcie. Napięcie na rozwartej baterii (bez podłączania opornika do jej biegunów) jest równe jej SEM.
Opór wewnętrzny takiej baterii oblicza się tak, jak opór zastępczy oporników przy połączeniu równoległym.
Jeżeli jednak SEM źródeł są różne, tak, jak na Rys. 6, siła elektromotoryczna baterii będzie wartością pośrednią między a .
R1bjBzelqVcUg
Gdy > , w górnym oczku zawsze płynie prąd we wskazanym kierunku nawet, gdy bateria nie jest podłączona do obwodu zewnętrznego. Równania bilansu napięć (II prawo KirchhoffaII prawo KirchhoffaII prawo Kirchhoffa) dla wszystkich oczek, pisane w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara, są następujące:
Zwróć uwagę, że w ostatnim równaniu spadek napięcia na oporze rIndeks dolny 22 został wzięty z przeciwnym znakiem, gdyż kierunek obiegu oczka jest przeciwny do .
Siła elektromotoryczna takiej baterii, czyli napięcie (U) panujące między jej zaciskami, gdy nie jest obciążona obwodem zewnętrznym, jest więc równa:
Słowniczek
II prawo Kirchhoffa
II prawo Kirchhoffa
(ang. Kirchhoff's second law) prawo dotyczące bilansu napięć w obwodzie, wynikające z zasady zachowania energii: dla każdego obwodu zamkniętego, suma sił elektromotorycznych jest równa sumie spadków napięć na oporach elementów.
siła elektromotoryczna
siła elektromotoryczna
(ang. electromotive force) napięcie źródła powodujące przepływ prądu w obwodzie, liczbowo równe elektrycznej energii potencjalnej nadawanej ładunkowi jednostkowemu przez źródło (równe napięciu panującemu na zaciskach źródła, do którego nie podłączono obwodu zewnętrznego).