¿Qué es fuerza electromotriz (FEM)? ¿Cómo está relacionada con la diferencia de potencial? ¿Es creada por la diferencia de potencial en cualquier conductor? ¿Es un proceso? ¿Por qué se le llama fuerza?
¿Escribir FEM en lugar de voltaje hace alguna diferencia en los circuitos de CA? (Al estudiar corriente alterna encontré algunos libros que usaban FEM mientras que otros usaban voltaje.)
La fuerza electromotriz, abreviada como E.M.F y denotada por $\varepsilon$, no es una fuerza. Se define como la energía utilizada en el ensamblaje de una carga en el electrodo de una batería cuando el circuito está abierto. Simplemente, es el trabajo realizado por unidad de carga que es la diferencia de potencial entre los electrodos de la batería medida en voltios. Matemáticamente, $\textbf{V} = \frac{\textbf{W}}{\textbf{q}}$.
Inicialmente, la energía está disponible en forma de energía química. Esta energía se utiliza para llevar una carga digamos $+q$ al ánodo al superar la fuerza electrostática de atracción debida a las cargas negativas en el cátodo y la fuerza electrostática de repulsión debida a las cargas positivas en el ánodo. La energía química se transforma entonces en energía potencial electrostática presente en el campo eléctrico entre los electrodos de la batería.
Me disgusta el término EMF (fuerza electromotriz) ya que es muy confuso.
Fuerza electromotriz, también llamada fem (representada por $\mathcal{E}$ y medida en voltios), es el voltaje desarrollado por cualquier fuente de energía eléctrica como una batería o un dinamo.
Lo que significa que todas las EMF son voltajes pero no todos los voltajes son EMF. Un voltaje solo es una EMF si es una fuente de energía.
Es como la distinción entre la luz luminiscente (de una bombilla) y la luz reflejada (de tu escritorio) si la mides no hay diferencia física mensurable. La única diferencia es que una es una fuente y la otra no lo es.
El enlace que has proporcionado responde prácticamente todas tus preguntas, pero aún así citaré y explicaré un poco más.
Primero, la palabra "fuerza" en este caso no se utiliza para referirse a la fuerza mecánica, medida en newtons, sino a un potencial, o energía por unidad de carga, medida en voltios.
No es ni la creación de potencial, ni es un proceso y ni siquiera es una fuerza. Se llegó a conocer como una fuerza porque interpretaciones erróneas en el pasado hicieron parecer que una fuerza de la batería empujaba las partículas en un circuito. Esta análisis obviamente fue descartado más tarde ¡pero el nombre prevalece!
En los circuitos eléctricos, emf y potencial tienen una diferencia significativa. Mientras que el emf es la diferencia de potencial entre las terminales de una fuente en circuito abierto, el potencial es la diferencia de potencial entre las terminales en uno cerrado.
El potencial se define como $ V = \epsilon - Ir $. Aquí, $\epsilon $ es el emf de la fuente y $ Ir $ es la caída de potencial en la resistencia interna. Es bastante claro que reemplazar potencial con emf en cualquier tipo de circuito no es una decisión muy sabia, sin embargo a veces la caída de potencial en la resistencia interna es despreciable.
La relación entre la f.e.m. y el potencial es exactamente la misma que la relación entre el trabajo y la energía potencial. La f.e.m. de un elemento del circuito es el trabajo por carga unitaria realizado en las cargas del sistema. A menudo, esa f.e.m. está asociada con una diferencia de potencial (energía potencial por carga unitaria), en cuyo caso los dos son intercambiables. Ambos se pueden medir en unidades de voltios, por lo que se les puede llamar "voltaje". Una resistencia aplica una f.e.m. de -IR a las cargas que la atraviesan, por lo que la diferencia de potencial a través de la resistencia es IR (específicamente, una caída de IR si se sigue la corriente).
Un caso en el que la f.e.m. NO está asociada con una diferencia de potencial es cuando se induce por un cambio en el flujo magnético. En un circuito con corriente inducida, si sumas las diferencias de potencial alrededor de un circuito, no obtendrás cero, aunque termines en el mismo lugar donde comenzaste. Eso se debe a que el flujo magnético cambiante a través del circuito está haciendo trabajo (por carga unitaria) desde el exterior, pero no hay dos puntos en el circuito donde puedas colocar un voltímetro para medir eso directamente. La f.e.m. inducida todavía se puede medir en voltios, por lo que a veces se llama "voltaje de bucle", ¡pero ese es un voltaje sin diferencia! ;-)
No hay creación de nada, pero se puede suponer que un circuito crea un voltaje cuando la energía, la combinación de ese voltaje y cualquier corriente que fluya de él, se ha obtenido desde "fuera del circuito" - por ejemplo, a través de procesos químicos (baterías), o procesos electromagnéticos (un dinamo que convierte energía mecánica en eléctrica). Este voltaje muy particular es su fuerza electromotriz en sus circuitos, por ejemplo la contrafuerza electromotriz de los devanados de un motor. Es un concepto que también existe en circuitos magnéticos (para tener una imagen completa), ver fuerza magnetomotriz.
I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.
1 votos
Ver "Fuerza electromotriz: Una guía para los perplejos" arxiv.org/abs/1211.6463
0 votos
Aquí hay una buena discusión sobre caídas de voltaje y fuentes electromotrices en circuitos de corriente alterna: hep.princeton.edu/~mcdonald/examples/volt.pdf