Source EMF avec circuit externe fermé

La raison de la séparation des charges et de leur déplacement dans un circuit fermé s'appelle la force électromotrice (emf, emf).

La valeur EMF de toute source dans laquelle une séparation de charge se produit est estimée à partir du travail dépensé par le champ pour déplacer une charge unitaire d'une électrode de potentiel inférieur à une électrode de potentiel supérieur.

Conformément à la définition du potentiel, ce travail est égal à la différence de potentiel des charges séparées, qui, comme la cause séparant les charges, est appelée force électromotrice.

Si les pinces de source sont reliées à un corps conducteur et créent ainsi un circuit fermé, alors il s'établira électricité, dont la direction coïncide dans le circuit externe avec la direction de la FEM. A l'intérieur de la source, la séparation des charges se produit tout le temps et la différence de potentiel est maintenue.

Le mouvement des particules chargées en présence d'un courant a la même direction dans tout le circuit fermé, et le travail dépensé par le champ pour déplacer une charge unitaire le long d'un circuit fermé peut être estimé avec une valeur également égale au travail de les forces à l'intérieur des sources qui déplacent une charge unitaire de l'électrode négative à l'électrode positive par rapport aux forces champ électrique.

Dans un courant électrique continu, les charges concentrées sur les électrodes de la source sont continuellement restituées, et le champ autour des électrodes provoqué par ces charges a le même caractère que dans un circuit extérieur ouvert : il est potentiel. Contrairement au champ électrostatique des charges continuellement régénérées, on parle de champ stationnaire.

Un champ stationnaire diffère d'un champ électrostatique non seulement en ce que la charge de la source de ce champ est constamment restituée, mais aussi en ce qu'un tel champ se situe à la fois autour des corps conducteurs et à l'intérieur de ces corps. Pour un champ stationnaire qui a le même caractère qu'un champ potentiel, pour toute boucle fermée qui ne passe pas par une source EMF.

En se référant à l'analogie hydrodynamique dans le cas d'un circuit externe fermé de la source EMF, il faut imaginer le fonctionnement du système hydraulique avec un tuyau de vidange ouvert, dans lequel, disons, il y a un certain récepteur (moteur hydraulique). Pour maintenir une différence de niveau constante entre les réservoirs, la pompe doit reconstituer la quantité de liquide dans le réservoir supérieur qui s'écoule par le tuyau de vidange.

Le travail fourni par le moteur pour élever cette quantité de liquide est proportionnel à la différence de niveaux et peut être caractérisé par la valeur de cette différence. Le travail effectué par le flux de fluide en tombant du niveau supérieur au niveau inférieur est proportionnel à la même différence de niveaux et, si aucune perte n'est admise, est égal au travail effectué par le moteur.

La force électromotrice dans un certain nombre de sources est pratiquement indépendante de la valeur du courant électrique dans le circuit, c'est pourquoi on suppose souvent qu'elle reste la même aussi bien au ralenti de la source qu'à pleine charge. Cependant, en règle générale, l'EMF pendant la charge de la source est légèrement différente de la valeur EMF pendant le ralenti (généralement moins).

Le changement d'EMF dans ce cas s'explique par ce que l'on appelle la réaction source. Par exemple, dans les sources de CEM chimiques sa décroissance est observée en relation avec le phénomène de polarisation, dans les générateurs de machines électriques — en raison de l'imposition d'un courant de charge dirigé dans le sens opposé au champ magnétique sur le champ magnétique.

La différence de potentiel entre les points individuels d'un circuit électrique dépend de la répartition de la tension le long du circuit. En particulier, la différence de potentiel entre les bornes de la source dépend du rapport entre la résistance externe et interne de la source, ou chute de tension dite interne.

La force électromotrice peut être concentrée sur une section extrêmement limitée du circuit électrique dans un saut (qui, par exemple, se produit dans galvanique, thermoélectrique, et aussi dans d'autres sources où l'EMF se produit aux points de contact de différentes substances) ou distribuée sur une partie du circuit source interne.

Nous rencontrons ce dernier cas dans les générateurs de machines électriques, où une fem est induite sur une longueur considérable de fils lorsqu'ils se déplacent dans un champ magnétique, et la fem totale est la somme des fem élémentaires induites dans des sections individuelles du circuit. La somme de ces valeurs est égale à la différence de potentiel entre le début et la fin des fils.

Dans l'analyse et le calcul des circuits électriques contenant des champs électromagnétiques, on suppose souvent que les champs électromagnétiques sont concentrés dans la nature. La présence de résistance interne de la source est prise en compte en introduisant une résistance passante supplémentaire.

Étant donné que la CEM caractérise la transformation de l'un ou l'autre type d'énergie en énergie électrique lors du passage du courant, lorsqu'on parle de sources de CEM ou de courant, le terme "source d'énergie (électrique)" est également utilisé. Tous ces termes sont synonymes en ce qui concerne les sources réelles.

Parfois, lorsqu'ils calculent et analysent des circuits électriques, ils font la différence sources de courant et sources EMF.

Par source de FEM, on entend une telle source d'énergie dont la FEM peut être considérée comme indépendante de la valeur de la résistance interne, et la FEM d'une telle source doit tendre vers l'infini. Parfois, cela est réalisé par des solutions schématiques, l'utilisation de dispositifs de stabilisation, etc.