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Força eletromotriz (EMF) versus diferença de potencial

1870
  • James Clerk Maxwell
Cena histórica de laboratório com James Clerk Maxwell estudando a força eletromotriz e a diferença de potencial elétrico.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

Força eletromotriz (EMFForça eletromotriz (FEM) e diferença de potencial elétrico (voltagem) são conceitos distintos, embora ambos sejam medidos em volts. A FEM é o trabalho por unidade de carga realizado por uma força não conservativa (por exemplo, uma reação química, um campo magnético variável) para mover cargas dentro de uma fonte. A diferença de potencial é o trabalho por unidade de carga realizado pelo campo eletrostático conservativo entre dois pontos.

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].

Em um circuito CC simples com uma bateria, a bateria fornece a força eletromotriz (FEM). Dentro da bateria, as forças químicas não conservativas movem as cargas positivas do terminal negativo para o positivo, contra o campo eletrostático conservativo oposto. Essa jornada "subindo" é onde a FEM realiza seu trabalho. Fora da bateria, no circuito externo, as cargas se movem "descendo" do terminal positivo para o negativo, impulsionadas pelo campo eletrostático conservativo. A queda de potencial no resistor externo é igual à FEM menos a queda de potencial na resistência interna da bateria. Assim, a FEM é a causa da corrente contínua, enquanto a diferença de potencial é a medida da energia dissipada por unidade de carga em uma parte do circuito.

UNESCO Nomenclature: 2205
Eletricidade e Magnetismo

Tipo

Sistema abstrato

Interrupção

Fundamentais

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • O trabalho de Alessandro Volta sobre o potencial elétrico
  • A lei de Ohm relaciona tensão, corrente e resistência.
  • Leis de circuito de Gustav Kirchhoff
  • Equações de campo de James Clerk Maxwell

Aplicações

  • Análise de circuitos (lei das tensões de Kirchhoff)
  • projeto e caracterização de baterias
  • Compreensão de geradores e motores
  • análise de dispositivos termoelétricos

Patentes:

NA

Ideias de Inovação Potencial

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Relacionado a: força eletromotriz (fem), diferença de potencial, tensão, campo conservativo, campo não conservativo, campo eletrostático, leis de Kirchhoff, teoria de circuitos.

Contexto histórico

Força eletromotriz (EMF) versus diferença de potencial

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

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

Princípios relacionados à invenção, inovação e tecnologia

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