EMF-kilde med lukket eksternt kredsløb
Årsagen til adskillelsen af ladninger og få dem til at bevæge sig i et lukket kredsløb kaldes den elektromotoriske kraft (emk, emk).
EMF-værdien af enhver kilde, hvor ladningsadskillelse forekommer, estimeres ud fra det arbejde, feltet bruger på at flytte en enhedsladning fra en elektrode med lavere potentiale til en elektrode med højere potentiale.
I overensstemmelse med definitionen af potentiale er dette arbejde lig med potentialforskellen af de adskilte ladninger, der ligesom årsagen til at adskille ladningerne kaldes Elektromotorisk kraft.
Hvis kildeklemmerne er forbundet til et ledende legeme og dermed skaber et lukket kredsløb, så vil det blive etableret elektricitet, hvis retning falder sammen i det eksterne kredsløb med retningen af EMF. Inde i kilden foregår ladningsadskillelse hele tiden, og potentialforskellen opretholdes.
Bevægelsen af ladede partikler i nærværelse af en strøm har samme retning i hele det lukkede kredsløb, og det arbejde, feltet bruger på at flytte en enhedsladning langs et lukket kredsløb, kan estimeres med en værdi, der også er lig med arbejdet kræfterne inde i kilderne, der flytter en enhedsladning fra den negative elektrode til den positive elektrode i forhold til kræfterne elektrisk felt.
I en jævnstrøm genoprettes de ladninger, der er koncentreret på kildens elektroder, kontinuerligt, og feltet omkring elektroderne forårsaget af disse ladninger har samme karakter som i et åbent eksternt kredsløb: det er potentiale. I modsætning til det elektrostatiske felt af kontinuerligt regenererede ladninger kaldes det et stationært felt.
Et stationært felt adskiller sig fra et elektrostatisk felt ikke kun ved, at ladningen af kilden til dette felt konstant genoprettes, men også ved, at et sådant felt er placeret både omkring ledende legemer og inde i disse legemer. For et stationært felt, der har samme karakter som et potentielt felt, for enhver lukket sløjfe, der ikke passerer gennem en EMF-kilde.
Med henvisning til den hydrodynamiske analogi i tilfælde af et lukket eksternt kredsløb af EMF-kilden, skal vi forestille os driften af det hydrauliske system med et åbent afløbsrør, hvori, lad os sige, der er en bestemt modtager (hydraulisk motor). For at opretholde en konstant niveauforskel mellem tankene, skal pumpen efterfylde den mængde væske i den øverste tank, der strømmer gennem afløbsrøret.
Det arbejde, som motoren bruger på at hæve denne mængde væske, er proportionalt med forskellen i niveauer og kan karakteriseres ved værdien af denne forskel. Det arbejde, som udføres af væskestrømmen ved at falde fra det øverste niveau til det nederste niveau, er proportionalt med den samme forskel i niveauer, og hvis der ikke er tilladt noget tab, er det lig med det arbejde, der udføres af motoren.
Den elektromotoriske kraft i en række kilder er praktisk talt uafhængig af værdien af den elektriske strøm i kredsløbet, hvorfor man ofte antager, at den forbliver den samme både under tomgang af kilden og ved fuld belastning. Men som regel er EMF under opladning af kilden en smule anderledes end EMF-værdien under tomgang (normalt mindre).
Ændringen i EMF i dette tilfælde forklares af den såkaldte kildereaktion. For eksempel, i kemiske EMF-kilder dets fald observeres i forbindelse med fænomenet polarisering, i elektriske maskingeneratorer — på grund af påføring af en belastningsstrøm rettet i modsat retning af magnetfeltet på magnetfeltet.
Potentialeforskellen mellem individuelle punkter i et elektrisk kredsløb afhænger af fordelingen af spænding langs kredsløbet. Især afhænger potentialforskellen mellem kildeterminalerne af forholdet mellem kildens eksterne og interne modstand eller det såkaldte interne spændingsfald.
Den elektromotoriske kraft kan koncentreres på en ekstremt begrænset del af det elektriske kredsløb i et spring (som f.eks. forekommer i galvaniske, termoelektriske og også i andre kilder, hvor EMF opstår i kontaktpunkterne mellem forskellige stoffer) eller fordelt over en del af det interne kildekredsløb.
Det sidste tilfælde møder vi i elektriske maskingeneratorer, hvor en emk induceres over en betydelig længde af ledninger, når de bevæger sig i et magnetisk felt, og den samlede emk er summen af de elementære emk induceret i individuelle sektioner af kredsløbet. Summen af disse værdier er lig med potentialforskellen mellem begyndelsen og slutningen af ledningerne.
Ved analyse og beregning af elektriske kredsløb, der indeholder EMF, antages det ofte, at EMF er koncentreret i naturen. Tilstedeværelsen af intern modstand af kilden tages i betragtning ved at indføre en yderligere på-modstand.
Da EMF karakteriserer omdannelsen af den ene eller anden type energi til elektrisk energi under strømmens passage, når man taler om kilder til EMF eller strøm, bruges også udtrykket "kilde til (elektrisk) energi". Alle disse udtryk er synonyme, når det kommer til de faktiske kilder.
Nogle gange gør de en forskel, når de beregner og analyserer elektriske kredsløb aktuelle kilder og EMF-kilder.
En kilde til EMF forstås som en sådan energikilde, hvis EMF kan betragtes som uafhængig af værdien af den indre modstand, og EMF af en sådan kilde skal have en tendens til uendelig. Nogle gange opnås dette gennem skematiske løsninger, brug af stabiliseringsanordninger mv.