Ηλεκτρεγερτική δύναμη

Ηλεκτρεγερτική δύναμη (συντομογραφικά: ΗΕΔ) είναι η "δύναμη" που προκαλεί τη ροή ηλεκτρονίων σε οποιοδήποτε κλειστό ηλεκτρικό κύκλωμα. Ο όρος "δύναμη" χρησιμοποιείται για ιστορικούς λόγους παρότι δεν πρόκειται για δύναμη αλλά για δυναμικό, δηλαδή ενέργεια ανά μονάδα ηλεκτρικού φορτίου. Ακριβέστερα, η ΗΕΔ είναι το εξωτερικό έργο που απαιτείται ανά μονάδα φορτίου για τη δημιουργία διαφοράς δυναμικού σε δύο ανοιχτούς ακροδέκτες μιας ηλεκτρικής πηγής. Για να το κατανοήσουμε μπορούμε να φανταστούμε την ηλεκτρεγερτική δύναμη ως αυτό που σπρώχνει τα θετικά φορτία προς τον ένα πόλο και τα αρνητικά προς τον άλλο. Αν τα δύο άκρα συνδεθούν σε κλειστό κύκλωμα θα έχουμε ροή ρεύματος και κατανάλωση της ισχύος που προσδίδει η ΗΕΔ στο υπόλοιπο σύστημα.

Μονάδα Μέτρησης

Ως διαφορά ηλεκτρικού δυναμικού, η μονάδα μέτρησης της ΗΕΔ είναι το Volt.

Πηγές ΗΕΔ

Ηλεκτρεγερτική δύναμη μπορεί να παρέχει οποιαδήποτε πηγή ηλεκτρικής τάσης, όπως:

• μπαταρίες (συσσωρευτές), μετατρέποντας την αποθηκευμένη χημική τους ενέργεια
• φορτισμένοι πυκνωτές
• επαγωγικές ηλεκτρογεννήτριες
• φωτοβολταϊκές συστοιχίες
• θερμοηλεκτρικά ζεύγη
• ατμοσφαιρικά ηλεκτρικά φαινόμενα (που προκαλούν αστραπές, κεραυνούς κλπ)

ΗΕΔ λόγω μεταβαλλόμενου μαγνητικού πεδίου

Ενώ σε μια μπαταρία, η ΗΕΔ οφείλεται στην αποθηκευμένη χημική της ενέργεια που προκαλεί το χωρισμό των θετικών από τα αρνητικά φορτία κατευθύνοντάς τα προς τους δύο πόλους της, την άνοδο(+) και την κάθοδο(-) αντίστοιχα, σε μια ηλεκτρογεννήτρια παράγεται από μαγνητικό πεδίο το οποίο κινείται σε σχέση με αγωγό.

Ορισμός

Ορίζουμε σαν ροή Φ που περνά από μια διατομή εμβαδού S, το γινόμενο της εντάσεως Β του μαγνητικού πεδίου επί το εμβαδόν S

$\Phi ={\overrightarrow {B}}\cdot {\overrightarrow {S}}$

Με την βοήθεια αυτής της σχέσης ορίζεται η Ηλεκτρεγερτική Δύναμη ${\mathcal {E}}$ σαν:

${\mathcal {E}}=-{\frac {d\Phi _{B}}{dt}}=-({\frac {d{\overrightarrow {B}}}{dt}}\cdot {\overrightarrow {S}}+{\frac {d{\overrightarrow {S}}}{dt}}\cdot {\overrightarrow {B}})$

Ανάλυση

Από τον ορισμό της γίνεται προφανές ότι η ανάπτυξη αυτής της δύναμης μπορεί να γίνει με 2 τρόπους:

• Με μεταβολή της εντάσεως του μαγνητικού πεδίου ${\overrightarrow {B}}$
• Mε μεταβολή της διατομής αγωγού, δηλαδή του μέτρου του διανύσματος ${\overrightarrow {S}}$

Για πρακτικούς λόγους συνήθως μεταβάλλεται η ένταση καθώς ο αγωγός είναι σταθερού εμβαδού. Σε αυτή την περίπτωση η μεταβολή του εμβαδού της διατομής στο χρόνο είναι μηδέν, δηλ. ${\frac {d{\overrightarrow {S}}}{dt}}=0$ και γι' αυτό ο 2^ος όρος της εξίσωσης μηδενίζεται.

Εφαρμογή

Όταν ένας αγωγός με μήκος ${\overrightarrow {l}}$ κινείται μέσα σε μαγνητικό πεδίο εντάσεως ${\overrightarrow {B}}$, διαρρέεται από ρεύμα εντάσεως ${\overrightarrow {I}}$ και έχει ταχύτητα ${\overrightarrow {v}}$, τότε παρατηρείται ότι ανάμεσα στα άκρα του δημιουργείται ΗΕΔ μέτρου ${\mathcal {E_{\epsilon \pi }}}={\overrightarrow {l}}\cdot ({\overrightarrow {\upsilon }}\times {\overrightarrow {B}})$ και στον αγωγό ασκείται δύναμη Laplace μέτρου ${\overrightarrow {F}}_{L}=I\cdot ({\overrightarrow {l}}\times {\overrightarrow {B}})$ με φορά που δείχνεται από τον κανόνα του δεξιού χεριού (ακόμα και για τους αριστερόχειρες).