Zdroj EMF s uzavřeným vnějším obvodem

Důvod pro oddělení nábojů a jejich pohyb v uzavřeném okruhu se nazývá elektromotorická síla (emf, emf).

Hodnota EMF jakéhokoli zdroje, ve kterém dochází k oddělení náboje, se odhaduje z práce vynaložené polem na přesun jednotkového náboje z elektrody s nižším potenciálem na elektrodu s vyšším potenciálem.

V souladu s definicí potenciálu je tato práce rovna rozdílu potenciálu separovaných nábojů, který se stejně jako příčina oddělující náboje nazývá tzv. elektromotorická síla.

Pokud jsou svorky zdroje spojeny s vodivým tělesem a vytvářejí tak uzavřený obvod, dojde k jeho ustavení elektřina, jehož směr se shoduje ve vnějším obvodu se směrem EMF. Uvnitř zdroje neustále probíhá separace náboje a je zachován potenciálový rozdíl.

Pohyb nabitých částic za přítomnosti proudu má v celém uzavřeném okruhu stejný směr a práci vynaloženou polem na pohyb jednotkového náboje podél uzavřeného okruhu lze odhadnout s hodnotou, která se také rovná práci síly uvnitř zdrojů, které pohybují jednotkový náboj ze záporné elektrody na kladnou elektrodu vzhledem k silám elektrické pole.

Ve stejnosměrném elektrickém proudu se náboje soustředěné na elektrodách zdroje průběžně obnovují a pole kolem elektrod způsobené těmito náboji má stejný charakter jako v otevřeném vnějším obvodu: je potenciální. Na rozdíl od elektrostatického pole průběžně regenerovaných nábojů se nazývá stacionární pole.

Stacionární pole se od elektrostatického pole liší nejen tím, že náboj zdroje tohoto pole se neustále obnovuje, ale také tím, že se takové pole nachází jak kolem vodivých těles, tak uvnitř těchto těles. Pro stacionární pole, které má stejný charakter jako potenciální pole, pro jakoukoli uzavřenou smyčku, která neprochází zdrojem EMF.

S odkazem na hydrodynamickou analogii v případě uzavřeného vnějšího okruhu zdroje EMF si musíme představit provoz hydraulického systému s otevřeným odpadním potrubím, ve kterém je řekněme určitý přijímač (hydraulický motor). Pro udržení konstantního rozdílu hladin mezi nádržemi musí čerpadlo doplňovat množství kapaliny v horní nádrži, která protéká odtokovým potrubím.

Práce vynaložená motorem na zvýšení tohoto množství kapaliny je úměrná rozdílu hladin a lze ji charakterizovat hodnotou tohoto rozdílu. Práce vykonaná průtokem kapaliny při poklesu z horní úrovně na spodní úroveň je úměrná stejnému rozdílu úrovní a pokud není povolena žádná ztráta, je rovna práci, kterou vykonal motor.

Elektromotorická síla je u řady zdrojů prakticky nezávislá na hodnotě elektrického proudu v obvodu, proto se často předpokládá, že zůstává stejná jak při chodu zdroje naprázdno, tak při plné zátěži. Zpravidla se však EMF při nabíjení zdroje mírně liší od hodnoty EMF při volnoběhu (obvykle menší).

Změnu EMF v tomto případě vysvětluje tzv. reakce zdroje. Například, v chemických zdrojích EMP jeho pokles je pozorován v souvislosti s fenoménem polarizace, v generátorech elektrických strojů — v důsledku působení zatěžovacího proudu směrovaného v opačném směru k magnetickému poli na magnetické pole.

Rozdíl potenciálů mezi jednotlivými body v elektrickém obvodu závisí na rozložení napětí podél obvodu. Zejména rozdíl potenciálů mezi svorkami zdroje závisí na poměru mezi vnějším a vnitřním odporem zdroje, neboli tzv. vnitřním úbytkem napětí.

Elektromotorická síla může být skokově soustředěna na extrémně omezený úsek elektrického obvodu (což se vyskytuje např. v galvanických, termoelektrických a také v jiných zdrojích, kde EMP vzniká v místech kontaktu různých látek) nebo distribuována přes některou část vnitřního zdrojového obvodu.

S druhým případem se setkáváme u generátorů elektrických strojů, kde se emf indukuje na značné délce vodičů, když se pohybují v magnetickém poli, a celkové emf je součtem elementárních emf indukovaných v jednotlivých úsecích obvodu. Součet těchto hodnot se rovná potenciálnímu rozdílu mezi začátkem a koncem vodičů.

Při analýze a výpočtu elektrických obvodů obsahujících EMF se často předpokládá, že EMF je v přírodě koncentrované. Přítomnost vnitřního odporu zdroje je zohledněna zavedením dodatečného on-odpor.

Protože EMF charakterizuje přeměnu jednoho nebo druhého typu energie na elektrickou energii během průchodu proudu, když mluvíme o zdrojích EMF nebo proudu, používá se také termín "zdroj (elektrické) energie". Všechny tyto termíny jsou synonyma, pokud jde o skutečné zdroje.

Někdy, když počítají a analyzují elektrické obvody, dělají rozdíl proudové zdroje a zdroje EMF.

Zdrojem EMP se rozumí takový zdroj energie, jehož EMP lze považovat za nezávislé na hodnotě vnitřního odporu a EMP takového zdroje musí mít sklon k nekonečnu. Někdy je toho dosaženo pomocí schematických řešení, použití stabilizačních zařízení atd.