Força eletromotriz
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A força eletromotriz (FEM), geralmente denotada como , é a propriedade de que dispõe um dispositivo qualquer a qual tende a ocasionar produção de corrente elétrica num circuito, em outras palavras é uma ação elétrica produzida por uma fonte não elétrica.[1]
Dispositivos (conhecidos como transdutores) fornecem uma FEM, e convertem outras formas de energia em energia elétrica, como por exemplo, as baterias[2] (que convertem energia química), ou geradores (que convertem energia mecânica).[1] Às vezes, uma analogia com a pressão da água é usada para descrever a força eletromotriz.[3] (A palavra "força", neste caso, não é usada para significar forças de interação entre os corpos).
Na indução eletromagnética, a FEM pode ser definida em torno de um circuito fechado de condutor como o trabalho eletromagnético que seria feito em uma carga elétrica (um elétron, neste caso) se ele viajar uma vez ao redor do circuito.[4]
No caso de um dispositivo de dois terminais (como uma célula eletroquímica), que é modelado como um circuito equivalente de Thévenin, a FEM equivalente pode ser medida como a diferença de potencial de circuito aberto, ou tensão, entre os dois terminais. Essa diferença de potencial pode gerar uma corrente elétrica se um circuito externo for conectado aos terminais, caso em que o dispositivo se torna a fonte de tensão desse circuito.
É uma grandeza escalar e não deve ser confundida com uma diferença de potencial elétrico (U), apesar de ambas terem a mesma unidade de medida. No Sistema Internacional de Unidades a unidade de medida da força eletromotriz é o Volt. A U entre dois pontos é o trabalho por unidade de carga que a força eletrostática realiza sobre uma carga que é transportada de um ponto até o outro; a U entre dois pontos é independente do caminho ou trajeto que une um ponto ao outro. A força eletromotriz é o trabalho por unidade de carga que uma força não-eletrostática realiza quando uma carga é transportada de um ponto a outro por um particular trajeto; isto é, a força eletromotriz, contrariamente da U, depende do caminho. Por exemplo, a força eletromotriz em uma pilha ou bateria somente existe entre dois pontos conectados por um caminho interno a essas fontes.
Todos os materiais exercem uma certa resistência, por menor que seja, ao fluxo de elétrons, o que provoca uma perda indesejada de energia (efeito Joule). Com os geradores não é diferente, ou seja, enquanto a corrente passa do polo negativo para o positivo, há uma perda de energia devido à resistência interna do próprio dispositivo.
Assim sendo, a energia que chegará no resistor conectado ao gerador não será total, visto que a U entre os terminais do gerador e os terminais do resistor serão diferentes. Para calcularmos qual será a U dos terminais do resistor, utilizamos a chamada Equação da curva característica de um gerador que, matematicamente, se traduz na fórmula:
Vale lembrar que não existem geradores cuja força eletromotriz seja igual à U do resistor, uma vez que todo e qualquer material exerce resistência. No entanto, para efeito de cálculos, é bastante comum o uso da expressão gerador ideal, que nada mais seria que aquele cuja resistência interna é nula, ou seja, não haveria perdas indesejadas na potência do circuito (isto no caso de um sistema fechado).
Existe o caso de a força eletromotriz seja igual à U (quando o sistema é aberto).