EMF-lähde suljetulla ulkoisella piirillä
Syytä varausten erottumiseen ja niiden liikkumiseen suljetussa piirissä kutsutaan sähkömoottorivoimaksi (emf, emf).
Minkä tahansa lähteen EMF-arvo, jossa varauksen erottuminen tapahtuu, arvioidaan työn perusteella, jonka kenttä käyttää yksikkövarauksen siirtämiseen alhaisemman potentiaalin elektrodilta korkeamman potentiaalin elektrodille.
Potentiaalin määritelmän mukaan tämä työ on yhtä suuri kuin erottuneiden varausten potentiaaliero, joka, kuten varauksia erottava syy, on ns. sähkömotorinen voima.
Jos lähdepuristimet on kytketty johtavaan runkoon ja muodostavat siten suljetun piirin, se muodostetaan sähköä, jonka suunta on sama ulkoisessa piirissä EMF:n suunnan kanssa. Lähteen sisällä varauksen erottuminen tapahtuu koko ajan ja potentiaaliero säilyy.
Varautuneiden hiukkasten liikkeellä virran läsnäollessa on sama suunta suljetussa piirissä, ja kentän työ yksikkövarauksen siirtämiseen suljettua piiriä pitkin voidaan arvioida arvolla, joka on yhtä suuri kuin lähteiden sisällä olevat voimat, jotka siirtävät yksikkövarauksen negatiiviselta elektrodilta positiiviselle elektrodille suhteessa voimiin sähkökenttä.
Tasasähkövirrassa lähteen elektrodeihin keskittyneet varaukset palautuvat jatkuvasti, ja näiden varausten aiheuttama elektrodien ympärillä oleva kenttä on luonteeltaan sama kuin avoimessa ulkoisessa piirissä: se on potentiaalinen. Toisin kuin jatkuvasti regeneroituneiden varausten sähköstaattinen kenttä, sitä kutsutaan paikallaan pysyväksi kenttään.
Staattinen kenttä eroaa sähköstaattisesta kentästä paitsi siinä, että tämän kentän lähteen varaus palautuu jatkuvasti, vaan myös siinä, että tällainen kenttä sijaitsee sekä johtavien kappaleiden ympärillä että näiden kappaleiden sisällä. Kiinteälle kentälle, jolla on sama luonne kuin potentiaalikentällä, mille tahansa suljetulle silmukalle, joka ei kulje EMF-lähteen läpi.
Viitaten hydrodynaamiseen analogiaan EMF-lähteen suljetun ulkoisen piirin tapauksessa meidän on kuviteltava hydraulijärjestelmän toiminta avoimella tyhjennysputkella, jossa sanotaan, että siinä on tietty vastaanotin (hydraulimoottori). Säiliöiden välisen tasaisen tasoeron ylläpitämiseksi pumpun on täytettävä tyhjennysputken läpi virtaava nestemäärä yläsäiliössä.
Työ, jonka moottori käyttää tämän nestemäärän nostamiseen, on verrannollinen tasojen eroon, ja sitä voidaan luonnehtia tämän eron arvolla. Nestevirtauksen tekemä työ pudotessaan ylemmältä tasolta alemmalle tasolle on verrannollinen samaan tasoeroon ja, jos hävikkiä ei sallita, on yhtä suuri kuin moottorin tekemä työ.
Sähkömoottorivoima useissa lähteissä on käytännössä riippumaton piirin sähkövirran arvosta, minkä vuoksi usein oletetaan, että se pysyy samana sekä lähteen joutokäynnillä että täydellä kuormituksella. Yleensä EMF lähteen latauksen aikana on kuitenkin hieman erilainen kuin EMF-arvo tyhjäkäynnin aikana (yleensä vähemmän).
EMF:n muutos tässä tapauksessa selittyy niin kutsutulla lähdereaktiolla. Esimerkiksi, kemiallisissa EMF-lähteissä sen väheneminen havaitaan polarisaatioilmiön yhteydessä, sähkökonegeneraattoreissa — johtuu magneettikenttään päinvastaiseen magneettikenttään suunnatun kuormitusvirran vaikutuksesta.
Sähköpiirin yksittäisten pisteiden välinen potentiaaliero riippuu jännitteen jakautumisesta piiriä pitkin. Erityisesti lähdenapojen välinen potentiaaliero riippuu lähteen ulkoisen ja sisäisen resistanssin välisestä suhteesta eli ns. sisäisestä jännitehäviöstä.
Sähkömotorinen voima voidaan keskittyä erittäin rajalliseen sähköpiirin osaan hyppyssä (jota esiintyy esimerkiksi galvaanisessa, lämpösähköisessä ja myös muissa lähteissä, joissa EMF syntyy eri aineiden kosketuspisteissä) tai hajallaan. jonkin sisäisen lähdepiirin osan yli.
Jälkimmäisen tapauksen tapaamme sähkökonegeneraattoreissa, joissa emf indusoituu huomattavan pituisille johtimille, kun ne liikkuvat magneettikentässä, ja kokonais-emf on piirin yksittäisissä osissa indusoituneiden alkeis-emf:ien summa. Näiden arvojen summa on yhtä suuri kuin johtojen alun ja lopun välinen potentiaaliero.
EMF:ää sisältävien sähköpiirien analysoinnissa ja laskennassa oletetaan usein, että EMF on keskittynyt luonnossa. Lähteen sisäisen vastuksen olemassaolo otetaan huomioon ottamalla käyttöön ylimääräinen päällekytkentävastus.
Koska EMF luonnehtii yhden tai toisen tyyppisen energian muuntamista sähköenergiaksi virran kulun aikana, kun puhutaan EMF- tai virran lähteistä, käytetään myös termiä "(sähkö)energian lähde". Kaikki nämä termit ovat synonyymejä, kun kyse on todellisista lähteistä.
Joskus kun he laskevat ja analysoivat sähköpiirejä, he tekevät eron virtalähteet ja EMF-lähteet.
EMF-lähde ymmärretään sellaiseksi energialähteeksi, jonka EMF:n voidaan katsoa olevan riippumaton sisäisen vastuksen arvosta, ja tällaisen lähteen EMF:n tulee pyrkiä äärettömään. Joskus tämä saavutetaan kaavamaisilla ratkaisuilla, stabilointilaitteiden käytöllä jne.