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起電力(EMF)の定義

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

(画像はイメージです)

起電力([latex]mathcal{E}[/latex])とは、電池や発電機などの非電気源が単位電荷あたりに行う仕事のことです。その名称とは裏腹に、起電力は機械的な力ではなく、ボルトで測定される電位です。起電力は、電荷が電源を通過する際に、別の形態(化学エネルギー、機械エネルギーなど)のエネルギーが電気エネルギーに変換される様子を表します。

起電力(EMF)は、電磁気学における基本的な概念であり、電源内部のエネルギー変換プロセスを定量化します。電荷[latex]q[/latex]が起電力を発生させる装置を通過するとき、電荷に対して行われる仕事[​​latex]W[/latex]は、[latex]W = mathcal{E}q[/latex]で与えられます。この仕事は、静電荷によって生成される保存的な静電場とは異なる、非保存場(しばしば強制場[latex]mathbf{E}_{im}[/latex]と呼ばれる)によって行われます。起電力は、この強制場の線積分として正式に定義されます。 閉ループ: [latex]mathcal{E} = oint mathbf{E}_{im} cdot dmathbf{l}[/latex].

この区別は非常に重要です。クーロンの法則で記述される静電場は保存的であり、つまり、閉じたループの周りの電荷に対して行う仕事はゼロです。これが、単純な静電荷の配置では回路に連続電流を維持できない理由です。しかし、起電力源は、静電場の電位勾配に逆らって電荷を動かす「推進力」を提供し、電流を維持します。電池では、この強制場は電極での化学プロセスによって発生します。発電機では、変化する磁場(ファラデーの法則)または磁場内の導体の運動(運動起電力起電力は、電流が流れていないときに電源が供給できる最大の電位差を表し、開放電圧とも呼ばれます。電流が流れている場合、電源自体の内部抵抗のため、電源両端の端子電圧は通常、起電力よりも低くなります。

UNESCO Nomenclature: 2205
電気と磁気

タイプ

抽象システム

混乱

革命的

使用法

広く普及している

前駆物質

  • ルイージ・ガルヴァーニによる「動物電気」の発見
  • シャルル=オーギュスタン・ド・クーロンによる静電気力の法則の定式化
  • 電位と電荷の理解

アプリケーション

  • あらゆる電子機器に電力を供給する
  • 電気自動車
  • グリッド規模のエネルギー貯蔵
  • 携帯電子機器

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

  • self-recharging bio-integrated batteries using metabolic processes
  • ambient energy harvesters based on atmospheric charge separation
  • nanogenerators converting cellular mechanical stress into EMF
  • quantum batteries with super-absorption for instantaneous charging
  • thermoelectric fabrics that generate power from body heat
  • piezoelectric roadways generating EMF from traffic vibrations
  • EMF sources powered by microbial fuel cells in wastewater treatment
  • direct energy conversion from gravitational potential changes
関連キーワード:起電力、電圧、電位差、仕事、電荷、電池、発電機。

歴史的背景

起電力(EMF)の定義

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1785
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(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

10年目 周年

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