Vir EMF z zaprtim zunanjim tokokrogom
Vzrok za ločevanje nabojev in povzročanje njihovega gibanja v sklenjenem krogu imenujemo elektromotorna sila (emf, emf).
Vrednost EMF katerega koli vira, v katerem pride do ločitve naboja, je ocenjena na podlagi dela, ki ga polje porabi za premik enote naboja z elektrode z nižjim potencialom na elektrodo z višjim potencialom.
V skladu z definicijo potenciala je to delo enako potencialni razliki ločenih nabojev, ki se tako kot vzrok, ki ločuje naboje, imenuje elektromotorna sila.
Če so izvorne sponke povezane s prevodnim telesom in tako ustvarijo sklenjen tokokrog, potem bo vzpostavljen elektrika, katerega smer v zunanjem tokokrogu sovpada s smerjo EMF. Znotraj vira ves čas poteka ločevanje nabojev in ohranja se potencialna razlika.
Gibanje nabitih delcev v prisotnosti toka ima isto smer v celotnem zaprtem krogu in delo, ki ga polje porabi za premikanje enote naboja vzdolž zaprtega kroga, je mogoče oceniti z vrednostjo, ki je prav tako enaka delu sile znotraj virov, ki premikajo enoto naboja z negativne elektrode na pozitivno elektrodo glede na sile električno polje.
V enosmernem električnem toku se naboji, koncentrirani na elektrodah vira, nenehno obnavljajo, polje okoli elektrod, ki ga povzročajo ti naboji, pa ima enak značaj kot v odprtem zunanjem tokokrogu: je potencialno. V nasprotju z elektrostatičnim poljem nenehno regeneriranih nabojev se imenuje stacionarno polje.
Stacionarno polje se od elektrostatičnega polja razlikuje ne le po tem, da se naboj vira tega polja nenehno obnavlja, ampak tudi po tem, da se takšno polje nahaja tako okoli prevodnih teles kot znotraj teh teles. Za stacionarno polje, ki ima enak značaj kot potencialno polje, za vsako zaprto zanko, ki ne prehaja skozi vir EMF.
Sklicujoč se na hidrodinamično analogijo v primeru zaprtega zunanjega kroga vira EMF, si moramo predstavljati delovanje hidravličnega sistema z odprto odtočno cevjo, v kateri je, recimo, določen sprejemnik (hidravlični motor). Za vzdrževanje stalne razlike v nivojih med rezervoarjema mora črpalka dopolniti količino tekočine v zgornjem rezervoarju, ki teče skozi odtočno cev.
Delo, ki ga motor porabi za dvig te količine tekočine, je sorazmerno z razliko v nivojih in ga je mogoče označiti z vrednostjo te razlike. Delo, ki ga opravi pretok tekočine pri padcu z zgornjega nivoja na spodnji nivo, je sorazmerno z isto razliko v nivojih in je, če izguba ni dovoljena, enako delu, ki ga opravi motor.
Elektromotorna sila v številnih virih je praktično neodvisna od vrednosti električnega toka v tokokrogu, zato se pogosto domneva, da ostaja enaka tako v prostem teku vira kot pri polni obremenitvi. Vendar se praviloma EMF med polnjenjem vira nekoliko razlikuje od vrednosti EMF v prostem teku (običajno manj).
Sprememba EMF v tem primeru je razložena s tako imenovanim odzivom vira. na primer v kemičnih virih EMF njegovo zmanjšanje opazimo v povezavi s pojavom polarizacije, v generatorjih električnih strojev — zaradi vsiljevanja obremenitvenega toka, usmerjenega v nasprotni smeri magnetnega polja, na magnetno polje.
Razlika potencialov med posameznimi točkami v električnem tokokrogu je odvisna od porazdelitve napetosti vzdolž tokokroga. Zlasti potencialna razlika med sponkama vira je odvisna od razmerja med zunanjim in notranjim uporom vira oziroma od tako imenovanega notranjega padca napetosti.
Elektromotorna sila je lahko skokovito koncentrirana na zelo omejenem odseku električnega tokokroga (kar se na primer pojavi v galvanskih, termoelektričnih in tudi v drugih virih, kjer EMF nastane na stičnih točkah različnih snovi) ali porazdeljena. preko nekega dela notranjega izvornega vezja.
Slednji primer srečamo pri generatorjih električnih strojev, kjer se EMF inducira na precejšnji dolžini žic, ko se gibljejo v magnetnem polju, skupna EMS pa je vsota elementarnih EMF, induciranih v posameznih odsekih vezja. Vsota teh vrednosti je enaka potencialni razliki med začetkom in koncem žic.
Pri analizi in izračunu električnih tokokrogov, ki vsebujejo EMF, se pogosto domneva, da je EMF koncentriran v naravi. Prisotnost notranjega upora vira se upošteva z uvedbo dodatnega vklopnega upora.
Ker EMF označuje pretvorbo ene ali druge vrste energije v električno energijo med prehodom toka, ko govorimo o virih EMF ali toka, se uporablja tudi izraz "vir (električne) energije". Vsi ti izrazi so sinonimi, ko gre za dejanske vire.
Včasih, ko izračunajo in analizirajo električna vezja, naredijo razliko viri toka in viri EMF.
Vir EMF se razume kot tak vir energije, katerega EMF se lahko šteje za neodvisnega od vrednosti notranjega upora, EMF takega vira pa mora težiti k neskončnosti. Včasih se to doseže s shematskimi rešitvami, uporabo stabilizacijskih naprav itd.