Zdroj EMF s uzavretým vonkajším okruhom
Dôvod oddelenia nábojov a spôsobenie ich pohybu v uzavretom okruhu sa nazýva elektromotorická sila (emf, emf).
Hodnota EMF akéhokoľvek zdroja, v ktorom dochádza k oddeleniu náboja, sa odhaduje z práce vynaloženej poľom na presun jednotkového náboja z elektródy s nižším potenciálom na elektródu s vyšším potenciálom.
V súlade s definíciou potenciálu sa táto práca rovná potenciálnemu rozdielu separovaných nábojov, ktorý sa podobne ako príčina oddeľujúca náboje nazýva tzv. elektromotorická sila.
Ak sú svorky zdroja spojené s vodivým telesom a vytvárajú tak uzavretý okruh, potom dôjde k jeho zriadeniu elektriny, ktorého smer sa zhoduje vo vonkajšom obvode so smerom EMF. Vo vnútri zdroja neustále prebieha separácia náboja a je zachovaný potenciálny rozdiel.
Pohyb nabitých častíc v prítomnosti prúdu má rovnaký smer v celom uzavretom okruhu a prácu vynaloženú poľom na pohyb jednotkového náboja pozdĺž uzavretého okruhu možno odhadnúť s hodnotou, ktorá sa tiež rovná práci sily vo vnútri zdrojov, ktoré presúvajú jednotkový náboj zo zápornej elektródy na kladnú elektródu vzhľadom na sily elektrické pole.
Pri jednosmernom elektrickom prúde sa náboje sústredené na elektródach zdroja neustále obnovujú a pole okolo elektród spôsobené týmito nábojmi má rovnaký charakter ako v otvorenom vonkajšom okruhu: je potenciálne. Na rozdiel od elektrostatického poľa kontinuálne regenerovaných nábojov sa nazýva stacionárne pole.
Stacionárne pole sa od elektrostatického poľa líši nielen tým, že náboj zdroja tohto poľa sa neustále obnovuje, ale aj tým, že takéto pole sa nachádza tak okolo vodivých telies, ako aj vo vnútri týchto telies. Pre stacionárne pole, ktoré má rovnaký charakter ako potenciálne pole, pre akúkoľvek uzavretú slučku, ktorá neprechádza cez zdroj EMF.
S odvolaním sa na hydrodynamickú analógiu v prípade uzavretého vonkajšieho okruhu zdroja EMF si musíme predstaviť fungovanie hydraulického systému s otvoreným odtokovým potrubím, v ktorom je, povedzme, určitý prijímač (hydraulický motor). Na udržanie konštantného rozdielu hladiny medzi nádržami musí čerpadlo doplniť množstvo kvapaliny v hornej nádrži, ktorá preteká odtokovým potrubím.
Práca vynaložená motorom na zvýšenie tohto množstva kvapaliny je úmerná rozdielu hladín a možno ju charakterizovať hodnotou tohto rozdielu. Práca vykonaná prietokom kvapaliny pri poklese z hornej úrovne na spodnú úroveň je úmerná rovnakému rozdielu hladín a ak nie je povolená žiadna strata, rovná sa práci vykonanej motorom.
Elektromotorická sila v rade zdrojov je prakticky nezávislá od hodnoty elektrického prúdu v obvode, preto sa často predpokladá, že zostáva rovnaká ako pri chode zdroja, tak aj pri plnom zaťažení. Spravidla sa však EMF pri nabíjaní zdroja mierne líši od hodnoty EMF pri voľnobehu (zvyčajne menej).
Zmena EMF sa v tomto prípade vysvetľuje takzvanou reakciou zdroja. Napríklad, v chemických zdrojoch EMP jeho pokles je pozorovaný v súvislosti s fenoménom polarizácie, v generátoroch elektrických strojov — v dôsledku pôsobenia záťažového prúdu smerujúceho v opačnom smere k magnetickému poľu na magnetické pole.
Potenciálny rozdiel medzi jednotlivými bodmi v elektrickom obvode závisí od rozloženia napätia pozdĺž obvodu. Najmä potenciálny rozdiel medzi svorkami zdroja závisí od pomeru medzi vonkajším a vnútorným odporom zdroja, alebo takzvaného vnútorného úbytku napätia.
Elektromotorická sila môže byť skokovo sústredená na extrémne obmedzenú časť elektrického obvodu (ktorá sa vyskytuje napr. v galvanických, termoelektrických a aj iných zdrojoch, kde EMP vzniká v miestach dotyku rôznych látok) alebo distribuovaná cez niektorú časť vnútorného zdrojového obvodu.
S posledným prípadom sa stretávame v generátoroch elektrických strojov, kde sa emf indukuje na značnej dĺžke drôtov, keď sa pohybujú v magnetickom poli, a celkové emf je súčtom elementárnych emf indukovaných v jednotlivých sekciách obvodu. Súčet týchto hodnôt sa rovná potenciálnemu rozdielu medzi začiatkom a koncom vodičov.
Pri analýze a výpočte elektrických obvodov obsahujúcich EMF sa často predpokladá, že EMF je v prírode koncentrovaný. Prítomnosť vnútorného odporu zdroja sa zohľadňuje zavedením dodatočného odporu zapnutia.
Keďže EMF charakterizuje premenu jedného alebo druhého typu energie na elektrickú energiu počas prechodu prúdu, keď sa hovorí o zdrojoch EMF alebo prúdu, používa sa aj termín „zdroj (elektrickej) energie“. Všetky tieto pojmy sú synonymá, pokiaľ ide o skutočné zdroje.
Niekedy, keď počítajú a analyzujú elektrické obvody, robia rozdiel prúdové zdroje a zdroje EMF.
Zdrojom EMP sa rozumie taký zdroj energie, ktorého EMP možno považovať za nezávislé od hodnoty vnútorného odporu a EMP takéhoto zdroja musí smerovať do nekonečna. Niekedy sa to dosiahne schematickými riešeniami, použitím stabilizačných zariadení atď.