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EMF vs. differenza di potenziale

1870
  • James Clerk Maxwell
Scena storica di laboratorio con James Clerk Maxwell che studia la forza elettromotrice e la differenza di potenziale elettrico.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Forza elettromotrice (Campo elettromagneticoLa forza elettromotrice (FEM) e la differenza di potenziale elettrico (tensione) sono concetti distinti, sebbene entrambi siano misurati in volt. La FEM è il lavoro per unità di carica compiuto da una forza non conservativa (ad esempio, una reazione chimica, un campo magnetico variabile) per spostare la carica all'interno di una sorgente. La differenza di potenziale è il lavoro per unità di carica compiuto dal campo elettrostatico conservativo tra due punti.

The core difference between EMF and potential difference lies in the nature of the underlying fields. The electrostatic field ([latex]\mathbf{E}_{c}[/latex]), created by static charges, is conservative. This means the work it does on a charge moving around any closed loop is zero: [latex]\oint \mathbf{E}_{c} \cdot d\mathbf{l} = 0[/latex]. The potential difference, or voltage, between two points is the line integral of this conservative field, [latex]V = -\int \mathbf{E}_{c} \cdot d\mathbf{l}[/latex]. In contrast, an EMF source generates a non-conservative field or “impressed field” ([latex]\mathbf{E}_{nc}[/latex]). This field does non-zero work on a charge around a closed loop: [latex]\mathcal{E} = \oint \mathbf{E}_{nc} \cdot d\mathbf{l} \neq 0[/latex].

In un semplice circuito in corrente continua con una batteria, la batteria fornisce la forza elettromotrice (FEM). All'interno della batteria, le forze chimiche non conservative spostano le cariche positive dal terminale negativo a quello positivo, contrastando il campo elettrostatico conservativo. Questo percorso "in salita" è dove la FEM svolge la sua funzione. All'esterno della batteria, nel circuito esterno, le cariche si muovono "in discesa" dal terminale positivo a quello negativo, spinte dal campo elettrostatico conservativo. La caduta di potenziale ai capi della resistenza esterna è pari alla FEM meno la caduta di potenziale ai capi della resistenza interna della batteria. Pertanto, la FEM è la causa della corrente continua, mentre la differenza di potenziale è la misura dell'energia dissipata per unità di carica in una parte del circuito.

UNESCO Nomenclature: 2205
- Elettricità e magnetismo

Tipo

Sistema astratto

Interruzione

Fondamento

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • Il lavoro di Alessandro Volta sul potenziale elettrico
  • Legge di Georg Ohm che mette in relazione tensione, corrente e resistenza
  • Le leggi sui circuiti di Gustav Kirchhoff
  • Le equazioni di campo di James Clerk Maxwell

Applicazioni

  • analisi dei circuiti (legge di Kirchhoff sulle tensioni)
  • progettazione e caratterizzazione della batteria
  • comprensione dei generatori e dei motori
  • analisi di dispositivi termoelettrici

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

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Argomenti correlati: forza elettromotrice, differenza di potenziale, tensione, campo conservativo, campo non conservativo, campo elettrostatico, leggi di Kirchhoff, teoria dei circuiti.

Contesto storico

EMF vs. differenza di potenziale

1861
1865
1868
1870
1873
1877
1880
1860
1861
1865
1869
1871
1876
1877
1880

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

Invenzioni, innovazioni e principi tecnici correlati

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