Πηγή EMF με κλειστό εξωτερικό κύκλωμα
Ο λόγος για τον διαχωρισμό των φορτίων και την κίνηση τους σε ένα κλειστό κύκλωμα ονομάζεται ηλεκτροκινητική δύναμη (emf, emf).
Η τιμή EMF οποιασδήποτε πηγής στην οποία λαμβάνει χώρα ο διαχωρισμός φορτίου υπολογίζεται από το έργο που καταναλώνεται από το πεδίο για τη μετακίνηση ενός φορτίου μονάδας από ένα ηλεκτρόδιο χαμηλότερου δυναμικού σε ένα ηλεκτρόδιο υψηλότερου δυναμικού.
Σύμφωνα με τον ορισμό του δυναμικού, αυτό το έργο ισούται με τη διαφορά δυναμικού των διαχωρισμένων φορτίων, η οποία, όπως και η αιτία που διαχωρίζει τα φορτία, ονομάζεται ηλεκτροκινητική δύναμη.
Εάν οι σφιγκτήρες της πηγής συνδέονται με ένα αγώγιμο σώμα και έτσι δημιουργούν ένα κλειστό κύκλωμα, τότε θα δημιουργηθεί ηλεκτρική ενέργεια, του οποίου η κατεύθυνση συμπίπτει στο εξωτερικό κύκλωμα με την κατεύθυνση του EMF. Μέσα στην πηγή, ο διαχωρισμός φορτίου γίνεται συνεχώς και η διαφορά δυναμικού διατηρείται.
Η κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων παρουσία ρεύματος έχει την ίδια κατεύθυνση σε όλο το κλειστό κύκλωμα και το έργο που δαπανάται από το πεδίο για να μετακινηθεί ένα φορτίο μονάδας κατά μήκος ενός κλειστού κυκλώματος μπορεί να εκτιμηθεί με μια τιμή που είναι επίσης ίση με το έργο του οι δυνάμεις μέσα στις πηγές που μετακινούν ένα φορτίο μονάδας από το αρνητικό ηλεκτρόδιο στο θετικό ηλεκτρόδιο σε σχέση με τις δυνάμεις ηλεκτρικό πεδίο.
Σε ένα συνεχές ηλεκτρικό ρεύμα, τα φορτία που συγκεντρώνονται στα ηλεκτρόδια της πηγής αποκαθίστανται συνεχώς και το πεδίο γύρω από τα ηλεκτρόδια που προκαλείται από αυτά τα φορτία έχει τον ίδιο χαρακτήρα όπως σε ένα ανοιχτό εξωτερικό κύκλωμα: είναι δυναμικό. Σε αντίθεση με το ηλεκτροστατικό πεδίο των συνεχώς αναγεννημένων φορτίων, ονομάζεται ακίνητο πεδίο.
Ένα ακίνητο πεδίο διαφέρει από ένα ηλεκτροστατικό πεδίο όχι μόνο στο ότι το φορτίο της πηγής αυτού του πεδίου αποκαθίσταται συνεχώς, αλλά και στο ότι ένα τέτοιο πεδίο βρίσκεται τόσο γύρω από αγώγιμα σώματα όσο και μέσα σε αυτά τα σώματα. Για ένα σταθερό πεδίο που έχει τον ίδιο χαρακτήρα με ένα πεδίο δυναμικού, για κάθε κλειστό βρόχο που δεν διέρχεται από μια πηγή EMF.
Αναφερόμενοι στην υδροδυναμική αναλογία στην περίπτωση ενός κλειστού εξωτερικού κυκλώματος της πηγής EMF, πρέπει να φανταστούμε τη λειτουργία του υδραυλικού συστήματος με ανοιχτό σωλήνα αποστράγγισης, στον οποίο, ας πούμε, υπάρχει ένας συγκεκριμένος δέκτης (υδραυλικός κινητήρας). Για να διατηρείται μια σταθερή διαφορά στάθμης μεταξύ των δεξαμενών, η αντλία πρέπει να αναπληρώνει την ποσότητα του υγρού στην επάνω δεξαμενή που ρέει μέσω του σωλήνα αποστράγγισης.
Η εργασία που δαπανάται από τον κινητήρα για την ανύψωση αυτής της ποσότητας υγρού είναι ανάλογη με τη διαφορά στα επίπεδα και μπορεί να χαρακτηριστεί από την τιμή αυτής της διαφοράς. Το έργο που εκτελείται από τη ροή του ρευστού κατά την πτώση από το ανώτερο επίπεδο στο κατώτερο επίπεδο είναι ανάλογο με την ίδια διαφορά στα επίπεδα και, εάν δεν επιτρέπεται καμία απώλεια, ισούται με το έργο του κινητήρα.
Η ηλεκτροκινητική δύναμη σε έναν αριθμό πηγών είναι πρακτικά ανεξάρτητη από την τιμή του ηλεκτρικού ρεύματος στο κύκλωμα, γι' αυτό συχνά θεωρείται ότι παραμένει η ίδια τόσο κατά το ρελαντί της πηγής όσο και σε πλήρες φορτίο. Ωστόσο, κατά κανόνα, το EMF κατά τη φόρτιση της πηγής είναι ελαφρώς διαφορετικό από την τιμή EMF κατά τη διάρκεια του ρελαντί (συνήθως λιγότερο).
Η αλλαγή στο EMF σε αυτή την περίπτωση εξηγείται από τη λεγόμενη αντίδραση πηγής. Για παράδειγμα, σε πηγές χημικών EMF η μείωση του παρατηρείται σε σχέση με το φαινόμενο της πόλωσης, σε γεννήτριες ηλεκτρικών μηχανών — λόγω της επιβολής ρεύματος φορτίου που κατευθύνεται προς την αντίθετη κατεύθυνση από το μαγνητικό πεδίο στο μαγνητικό πεδίο.
Η διαφορά δυναμικού μεταξύ μεμονωμένων σημείων σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα εξαρτάται από την κατανομή της τάσης κατά μήκος του κυκλώματος. Ειδικότερα, η διαφορά δυναμικού μεταξύ των ακροδεκτών της πηγής εξαρτάται από την αναλογία μεταξύ της εξωτερικής και εσωτερικής αντίστασης της πηγής ή από τη λεγόμενη εσωτερική πτώση τάσης.
Η ηλεκτροκινητική δύναμη μπορεί να συγκεντρωθεί σε ένα εξαιρετικά περιορισμένο τμήμα του ηλεκτρικού κυκλώματος σε ένα άλμα (το οποίο, για παράδειγμα, εμφανίζεται σε γαλβανικά, θερμοηλεκτρικά, καθώς και σε άλλες πηγές όπου το EMF προκύπτει στα σημεία επαφής διαφορετικών ουσιών) ή κατανεμημένη πάνω από κάποιο τμήμα του εσωτερικού κυκλώματος πηγής.
Την τελευταία περίπτωση συναντάμε στις γεννήτριες ηλεκτρικών μηχανών, όπου ένα emf επάγεται σε ένα σημαντικό μήκος καλωδίων καθώς κινούνται σε ένα μαγνητικό πεδίο, και το συνολικό emf είναι το άθροισμα των στοιχειωδών emfs που προκαλούνται σε μεμονωμένα τμήματα του κυκλώματος. Το άθροισμα αυτών των τιμών είναι ίσο με τη διαφορά δυναμικού μεταξύ της αρχής και του τέλους των συρμάτων.
Κατά την ανάλυση και τον υπολογισμό των ηλεκτρικών κυκλωμάτων που περιέχουν EMF, συχνά θεωρείται ότι το EMF είναι συγκεντρωμένο στη φύση. Η παρουσία εσωτερικής αντίστασης της πηγής λαμβάνεται υπόψη με την εισαγωγή μιας πρόσθετης αντίστασης on-resistance.
Δεδομένου ότι το EMF χαρακτηρίζει τη μετατροπή ενός ή άλλου τύπου ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια κατά τη διέλευση του ρεύματος, όταν μιλάμε για πηγές EMF ή ρεύματος, χρησιμοποιείται επίσης ο όρος "πηγή (ηλεκτρικής) ενέργειας". Όλοι αυτοί οι όροι είναι συνώνυμοι όταν πρόκειται για τις πραγματικές πηγές.
Μερικές φορές όταν υπολογίζουν και αναλύουν ηλεκτρικά κυκλώματα, κάνουν τη διαφορά τρέχουσες πηγές και πηγές EMF.
Ως πηγή EMF νοείται μια τέτοια πηγή ενέργειας, το EMF της οποίας μπορεί να θεωρηθεί ανεξάρτητο από την τιμή της εσωτερικής αντίστασης και το EMF μιας τέτοιας πηγής πρέπει να τείνει στο άπειρο. Μερικές φορές αυτό επιτυγχάνεται με σχηματικές λύσεις, χρήση συσκευών σταθεροποίησης κ.λπ.