Trabajo, Energía y Fuerza Electromotriz

Definición

Para una mejor comprensión del tema, comencemos analizando un simple circuito, compuesto por una fuente FEM \((\mathscr{E})\) y una resistencia \(({R})\):

¿Pero qué es exactamente esa fuente? Calma, vayamos despacio. 

El trabajo de una fuente en un circuito es mantener a uno de los terminales (el positivo) a un potencial eléctrico mayor que el otro (el negativo). Esa flechita roja es la forma en que representamos en un circuito, la bolita (en la flecha roja) solo sirve para diferenciarla de otras flechas, como la de la corriente. 

Anteriormente, dijimos que el sentido de la corriente está determinado por el sentido de las cargas positivas del circuito, ¿recuerdas?.

Imagina conmigo! Una carga positiva sale del terminal positivo de la fuente FEM para recorrer el circuito, cuando la carga pasa por una resistencia “gasta” el potencial que tenía, da la vuelta y llega al terminal negativo de la fuente FEM.

Ahí es donde está la magia de la fuente…, esta realiza un trabajo sobre la carga positiva para que pase de la terminal negativa a la terminal positiva de la fuente y vuelva a empezar el ciclo. La fuente hace esto con las cargas que pasan a través de ella, y así es como fluye la corriente \(i\).

La fuerza electromotriz \((f e m)\) está definida a partir de ese trabajo:

\(\mathscr{E}=\frac{d W}{d q}\)

O, en la mayoría de los casos:

\(\mathscr{E}=\frac{W}{\Delta q}\)

Cuidado! La fuerza electromotriz no es una fuerza!!! Es el trabajo por unidad de carga que la fuente realiza para transferir las cargas del terminal de bajo potencial al terminal de alto potencial. 

La FEM es una diferencia de potencial (voltaje) medida en voltios \([V]\)! En los circuitos eléctricos, las baterías/pilas son fuentes de FEM.

En un circuito, la FEM también puede tener la siguiente forma:

Donde la barra de mayor tamaño representa el terminal con mayor potencial y la barra de menor tamaño representa el terminal con menor potencial.

Fuente Ideal y Fuente Real

Una fuente ideal no posee ninguna resistencia en su interior. Por tanto, la diferencia de potencial entre sus terminales es igual a la fuerza electromotriz.

Una fuente real posee una resistencia interna que, aunque suele ser pequeña, entorpece el movimiento de las cargas. Por tanto, la diferencia de potencial entre los terminales de la fuente será menor que la fuerza electromotriz. 

\(V_{b}-V_{a}=\mathscr{E}-r . i\)

Pero tranquilo, más adelante veremos fuentes reales! 

¿Vamos a practicar?