Warto przeczytać

Ponieważ chcemy posłużyć się analogią między SEM ogniwa i SEM indukcji, przypomnijmy:

SEM ogniwa zdefiniowana jest jako pracaPracapraca źródła napięcia (ogniwa), wykonywana podczas przepływu jednostkowego ładunku przez ogniwo:

gdzie $W_{ź}$ oznacza pracę źródła, czyli ogniwa. PracaPracaPraca ta wykonywana jest kosztem energii chemicznej, zgromadzonej w ogniwie.

Spójrzmy na najprostszy obwód prądu stałego (Rys. 1.).

R1X3gSlKBPo8O

Rys. 1. Na ilustracji widoczny jest schemat układu elektrycznego narysowanego czarnymi liniami w postaci poziomego prostokąta. Na dolnej krawędzi prostokąta znajduje się symbol źródła siły elektromotorycznej wielkimi literami SEM. Widoczne jest ono w postaci dwóch pionowych równoległych odcinków z których lewy jest krótszy od prawego. Podpisane jest ono mała grecką literą epsilon. Obok prawej dłuższej, pionowej linii widoczny jest znak plus oznaczający dodatni potencjał a obok lewej, krótszej widać znak minus oznaczający ujemny potencjał źródła. Pamiętajmy, że umowny kierunek przepływu prądu jest do potencjału dodatniego do ujemnego, a zatem prąd płynący w układzie, płynie wzdłuż krawędzi prostokąta, w prawo od źródła. Obok symbolu mała grecka litera epsilon widoczna jest mała litera r. jest to rezystancja wewnętrzna źródła. Każdy element elektryczny i elektroniczny jest zbudowany z materiałów, które posiadają niezerową rezystancję, a zatem źródło siły elektromotorycznej także. Na górnej krawędzi układu widoczny jest opornik narysowany w postaci szarego, poziomego prostokąta. Wartość jego rezystancji opisano wielką literą R.

Przyjęto, że prąd elektryczny płynie przez opór $R$ od „+” do „-”. Tak skierowane jest pole elektryczne. Jest to więc ruch hipotetycznych ładunków dodatnich. W rzeczywistości poruszają się elektrony – w kierunku przeciwnym. Ładunki ujemne przepływając przez opornik tracą energię w zderzeniach z jonami sieci krystalicznej, co objawia się wzrostem temperatury opornika. Zwiększy się jego energia wewnętrzna, tak jakby dostarczono mu ciepło. Co jest źródłem tej energii? Przecież nie może powstawać z niczego.

Źródłem energii jest ogniwo. Wewnątrz ogniwa dodatnie ładunki przepływają przeciwnie niż skierowane jest pole elektryczne. Przecież ten ruch nie może odbywać się „samoczynnie”. To procesy chemiczne sprawiają, że ładunki elektryczne przenoszone są „pod prąd” od „-” do „+”, czyli od potencjału niższego do wyższego. Powoduje to wzrost energii elektrycznej ładunków. Ten przyrost energii jest następnie wydzielany w części zewnętrznej obwodu – w oporniku.

PracaPracaAnalogicznie jest z prądem indukcyjnym. Bo przecież - jeśli płynie jakikolwiek prąd w obwodzie, to zawsze na oporze wydzielana jest energia w postaci ciepła. Skąd tym razem pochodzi ta energia? W samym obwodzie nie ma jej źródła. (Źródłem prądu indukcyjnego nie jest ogniwo.) Skoro tak, to energia pochodzi spoza obwodu. Widocznie podczas wzbudzania prądu indukcyjnego wykonywana jest pracaPracapraca przez siłę zewnętrzną (spoza obwodu)! Ta praca siły zewnętrznej, powodująca przemieszczenie jednostkowego ładunku wzdłuż obwodu, definiuje siłę elektromotoryczną (SEM) indukcji. Zatem:

Jak widać, w definicji użyliśmy wartości bezwzględnej SEM indukcji. Dlatego, że SEM indukcji może być ujemna, zgodnie z konwencją, o której tutaj nie będziemy mówić. Z kolei praca sił zewnętrznych musi być zawsze, przy wytwarzaniu prądu, dodatnia.

Gdy przyjrzymy się bliżej zjawisku indukcji elektromagnetycznej, to zauważymy, że bezpośrednią przyczyną płynięcia prądu indukcyjnego jest działająca na ładunki siła magnetyczna bądź siła elektryczna. I dlatego można też wyrazić SEM indukcji jako:

lub

Zawsze jednak praca siły magnetycznej lub elektrycznej będzie równa pracy siły zewnętrznej wywołującej zjawisko indukcji.

Słowniczek