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Definizione di forza elettromotrice (CEM)

1800
  • Alessandro Volta
Alessandro Volta's laboratory demonstrating electromotive force with early electrical apparatus.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

La forza elettromotrice ([latex]\mathcal{E}[/latex]) è il lavoro svolto per unità di carica elettrica da una sorgente non elettrica, come una batteria o un generatore. Nonostante il nome, non si tratta di una forza meccanica ma di un potenziale elettrico, misurato in volt. Rappresenta l'energia convertita da un'altra forma (chimica, meccanica) in energia elettrica quando una carica attraversa la sorgente.

La forza elettromotrice, o CEM, è un concetto fondamentale dell'elettromagnetismo che quantifica il processo di conversione dell'energia all'interno di una sorgente. Quando una carica [latex]q[/latex] si muove attraverso un dispositivo che fornisce CEM, il lavoro compiuto [latex]W[/latex] sulla carica è dato da [latex]W = \mathcal{E}q[/latex]. Questo lavoro è svolto da un campo non conservativo, spesso chiamato campo impresso [latex]\mathbf{E}_{im}[/latex], che si distingue dal campo elettrostatico conservativo generato dalle cariche statiche. Il campo elettromagnetico è formalmente definito come l'integrale di linea di questo campo impresso attorno a un punto anello chiuso: [latex]\mathcal{E} = \oint \mathbf{E}_{im} \cdot d\mathbf{l}[/latex].

Questa distinzione è fondamentale. Un campo elettrostatico, descritto dalla legge di Coulomb, è conservativo, il che significa che il lavoro che compie su una carica in un anello chiuso è pari a zero. Ecco perché una semplice configurazione di cariche statiche non può sostenere una corrente continua in un circuito. Una sorgente di campi elettromagnetici, invece, fornisce la “spinta” per spingere le cariche contro il gradiente di potenziale del campo elettrostatico, mantenendo una corrente. In una batteria, questo campo impresso deriva da processi chimici agli elettrodi. In un generatore, è dovuto a un campo magnetico mutevole (legge di Faraday) o al movimento di un conduttore in un campo magnetico (EMF motorio). Il CEM rappresenta la massima differenza di potenziale che la sorgente può fornire in assenza di corrente, nota anche come tensione a circuito aperto. Quando la corrente scorre, la tensione terminale attraverso la sorgente è in genere inferiore al CEM a causa della resistenza interna alla sorgente stessa.

UNESCO Nomenclature: 2205
- Elettricità e magnetismo

Tipo

Sistema astratto

Interruzione

Rivoluzionario

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • La scoperta dell“”elettricità animale" da parte di Luigi Galvani”
  • La formulazione di Charles-Augustin de Coulomb della legge della forza elettrostatica
  • Comprensione del potenziale elettrico e della carica

Applicazioni

  • alimentare tutti i dispositivi elettronici
  • veicoli elettrici
  • accumulo di energia su scala di rete
  • elettronica portatile

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

  • batterie biointegrate auto-ricaricabili tramite processi metabolici
  • ambient energy harvesters based on atmospheric charge separation
  • nanogeneratori che convertono lo stress meccanico cellulare in campi elettromagnetici
  • batterie quantistiche con super-assorbimento per ricarica istantanea
  • tessuti termoelettrici che generano energia dal calore corporeo
  • strade piezoelettriche che generano campi elettromagnetici dalle vibrazioni del traffico
  • EMF sources powered by microbico fuel cells in wastewater treatment
  • conversione diretta dell'energia da cambiamenti di potenziale gravitazionale
Correlato a: emf, forza elettromotrice, tensione, differenza di potenziale, lavoro, carica, batteria, generatore.

Contesto storico

Definizione di forza elettromotrice (CEM)

1757
1788
1800
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1801
1750
1785
1788
1800
1800
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1800
1802

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

decimo anno anniversario

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