ЕМФ извор са затвореним спољним колом

Разлог за раздвајање наелектрисања и њихово кретање у затвореном колу назива се електромоторна сила (емф, емф).

Вредност ЕМФ било ког извора у коме долази до раздвајања наелектрисања процењује се на основу рада утрошеног поља да помери јединично наелектрисање са електроде нижег потенцијала на електроду већег потенцијала.

У складу са дефиницијом потенцијала, овај рад је једнак разлици потенцијала раздвојених наелектрисања, која се, као и узрок раздвајања наелектрисања, назива електромоторна сила.

Ако су изворне стезаљке повезане са проводним телом и тако створе затворено коло, онда ће се успоставити електрична енергија, чији се правац поклапа у спољашњем колу са правцем ЕМФ. Унутар извора, одвајање наелектрисања се одвија све време и потенцијална разлика се одржава.

Кретање наелектрисаних честица у присуству струје има исти смер у целом затвореном колу, а рад који утроши поље да помери јединично наелектрисање дуж затвореног кола може се проценити вредношћу која је такође једнака раду силе унутар извора које померају јединични набој са негативне електроде на позитивну електроду у односу на силе електрично поље.

У једносмерној електричној струји, наелектрисања концентрисана на електродама извора се непрекидно обнављају, а поље око електрода изазвано овим наелектрисањем има исти карактер као у отвореном спољашњем колу: оно је потенцијално. За разлику од електростатичког поља непрекидно регенерисаних наелектрисања, оно се назива стационарним пољем.

Стационарно поље се разликује од електростатичког поља не само по томе што се наелектрисање извора овог поља стално обнавља, већ и по томе што се такво поље налази и око проводних тела и унутар ових тела. За стационарно поље које има исти карактер као потенцијално поље, за било коју затворену петљу која не пролази кроз ЕМФ извор.

Позивајући се на хидродинамичку аналогију у случају затвореног спољашњег кола ЕМФ извора, морамо замислити рад хидрауличког система са отвореном одводном цеви, у којој се, рецимо, налази одређени пријемник (хидраулични мотор). Да би се одржала константна разлика у нивоу између резервоара, пумпа мора допунити количину течности у горњем резервоару која тече кроз одводну цев.

Рад који мотор троши да подигне ову количину течности пропорционалан је разлици у нивоима и може се окарактерисати вредношћу ове разлике. Рад који обавља проток течности при паду са горњег нивоа на доњи ниво пропорционалан је истој разлици у нивоима и, ако губитак није дозвољен, једнак је раду мотора.

Електромоторна сила код већег броја извора је практично независна од вредности електричне струје у колу, због чега се често претпоставља да остаје иста како у празном ходу извора тако и при пуном оптерећењу. Међутим, по правилу, ЕМФ током пуњења извора се мало разликује од вредности ЕМФ током празног хода (обично мање).

Промена ЕМФ-а у овом случају се објашњава такозваном реакцијом извора. На пример, у хемијским изворима ЕМФ његово смањење се примећује у вези са феноменом поларизације, у генераторима електричних машина — услед наметања струје оптерећења усмерене у смеру супротном од магнетног поља на магнетно поље.

Разлика потенцијала између појединих тачака у електричном колу зависи од расподеле напона дуж кола. Конкретно, разлика потенцијала између прикључака извора зависи од односа између спољашњег и унутрашњег отпора извора, односно такозваног унутрашњег пада напона.

Електромоторна сила може бити концентрисана на изузетно ограничен део електричног кола у скоку (што се, на пример, јавља у галванским, термоелектричним, а такође и у другим изворима где ЕМФ настаје на тачкама додира различитих супстанци) или дистрибуирана преко неког дела унутрашњег кола извора.

Последњи случај срећемо у генераторима електричних машина, где се емф индукује на значајној дужини жица док се крећу у магнетном пољу, а укупна емф је збир елементарних емф индукованих у појединачним деловима кола. Збир ових вредности једнак је разлици потенцијала између почетка и краја жице.

У анализи и прорачуну електричних кола која садрже ЕМФ, често се претпоставља да је ЕМФ концентрисан у природи. Присуство унутрашњег отпора извора се узима у обзир увођењем додатног отпора на укључење.

Пошто ЕМФ карактерише трансформацију једне или друге врсте енергије у електричну енергију при проласку струје, када се говори о изворима ЕМФ или струје користи се и термин „извор (електричне) енергије“. Сви ови појмови су синоними када су у питању стварни извори.

Понекад када израчунају и анализирају електрична кола, они праве разлику струјни извори и ЕМФ извори.

Под извором ЕМФ се подразумева такав извор енергије, чији се ЕМФ може сматрати независним од вредности унутрашњег отпора, а ЕМФ таквог извора мора тежити бесконачности. Понекад се то постиже шематским решењима, употребом стабилизационих уређаја итд.