Elektromotorische kracht

Bij een fotovoltaïsche cel zoals een zonnepaneel wordt de spanning opgewekt doordat elektronen worden losgemaakt door licht.

Schematische voorstelling galvanisch element

Een galvanisch element bestaat uit twee polen:

1. Anode, bijvoorbeeld zinkstaaf in vloeistof van zinksulfaat ZnSO₄
2. Kathode, bijvoorbeeld koperstaaf in vloeistof van koper(II)sulfaat CuSO₄

De metaalatomen van de metaalstaven (elektrodes) kunnen oplossen in de vloeistof (elektrolyt), of metaalionen kunnen neerslaan uit de elektrolyt. Er zal hierdoor een potentiaalverschil ontstaan tussen de elektroden en de elektrolyt. Dit potentiaalverschil wordt beschreven met behulp van de wet van Nernst.

Worden er twee elektrodes van verschillende materialen gebruikt, dan zal de elektrolyt ze in twee verschillende elektrische toestanden brengen. De ene elektrode heeft een hogere potentiaalverschil ten opzichte van de elektrolyt dan de andere elektrode en wordt tussen de twee elektrodes een elektromotorische kracht ${\displaystyle E_{\text{cel}}}$ opgewekt.[1]

${\displaystyle E_{\text{cel}}=E_{\text{kathode}}-E_{\text{anode}}=E_{\text{koper}}-E_{\text{zink}}=1{,}1V}$[2]

Een elektromotorische kracht kan ook verkregen worden uit het temperatuursverschillen tussen twee verbindingen van verschillende metalen of legeringen. Dit Seebeck-effect - in 1821 ontdekt door Thomas Seebeck - wordt toegepast bij onder andere thermokoppels. Deze thermo-EMK is afhankelijk van de Seebeck-coëfficiënt ${\displaystyle E}$ van de twee materialen en het temperatuurverschil ${\displaystyle \Delta T}$ tussen de verwarmde las en de koude las waar de spanning gemeten wordt.

${\displaystyle E_{\text{th}}=E_{\text{warm}}-E_{\text{koud}}=(S_{A}-S_{B})\Delta T}$

De elektromotorische kracht is de inductiespanning die opgewekt wordt wanneer een geleider in een magnetisch veld wordt bewogen of wanneer de geleider zich bevindt in een veranderend magnetisch veld. Dit natuurkundige verschijnsel wordt inductie genoemd en is het belangrijkste principe waarop transformatoren en generatoren gebaseerd zijn. Omdat bij elektromotoren de EMK tegengesteld is aan de klemspanning wordt hierbij vaak de term tegen-EMK gebruikt.

Met de inductiewet van Faraday kan de EMK bepaald worden:

${\displaystyle E_{\text{em}}=-{\frac {\mathrm {d} {\mathit {\Phi }}}{\mathrm {d} t}}}$

De inductiespanning ${\displaystyle E_{\text{em}}}$ (in volt) is evenredig met de variatie in de sterkte van het magnetisch veld, de magnetische flux, ${\displaystyle \Phi }$ (in weber) gedurende een bepaalde tijd ${\displaystyle t}$ (in seconde). Het minteken is enkel richting bepalend. Het geeft aan dat de geïnduceerde EMK in oppositie is met de oorzaak van zijn ontstaan. (Wet van Lenz).

De inductiespanning ${\displaystyle E_{\text{em}}}$ op een bepaald moment is evenredig met de grootte van de magnetische fluxdichtheid ${\displaystyle B}$ (in tesla), evenredig met de lengte van de geleider in het magnetische veld ${\displaystyle l}$ (in meter) en evenredig met de snelheid ${\displaystyle v}$ van de geleider ten opzichte van het magnetische veld.

${\displaystyle E_{\text{em}}=-Blv}$

Schema werking Van de Graaff generator

Onder statische elektriciteit wordt elektriciteit bedoeld waarbij geen stroom loopt, maar wel een hoge (gelijk)spanning aanwezig is. Elektrische tegenpolen trekken elkaar aan. Dus als er geen stroom loopt is er toch een effect. Statische elektriciteit kan met elektrische apparatuur opgewekt worden, maar ook mechanisch. Door wrijving van verschillende materialen kan statische elektriciteit opgewekt worden. In een elektriseermachine, zoals de vandegraaffgenerator, wordt dat principe gebruikt. Personen kunnen statisch geladen worden door de wrijving tussen schoenzolen en vloerbedekking; het aanraken van metaal kan dan voor een ontlading zorgen.

Een onweersbui is statisch geladen, en de bliksem is de ontlading van statische elektriciteit.