כוח אלקטרו מניע

כוח אלקטרו מניע או אנרגיה ליחידת מִטְעַן (בקיצור: כא"מ, באנגלית electromotive force או EMF) הוא העבודה החיצונית שיש להשקיע על יחידת מטען על מנת ליצור הפרש פוטנציאלים בין שני הדקים מנותקים. הפרש הפוטנציאלים נוצר על ידי הפרדת מטענים חיוביים ושליליים בדרכים שונות. הכא"מ מסומן לרוב על ידי ${\mathcal {E}}$. במקור מתח ללא התנגדות פנימית בו נעשית עבודה W על מטען Q שעובר דרכו, הכא"מ הוא: ${\mathcal {E}}={\frac {W}{Q}}$. לכן במערכת היחידות הבינלאומית הכא"מ נמדד בוולט (ג'אול חלקי קולון). אין מדובר בגודל המבטא כוח (הנמדד בניוטון).

יצירת כא"מ

• בסוללה חשמלית, הכא"מ נוצר על ידי הפרדת מטענים חיוביים משליליים באמצעות תגובה כימית (אלקטרוליזה) עם אלקטרודות אליהן מחוברים ההדקים.
• בגנרטור חשמלי, שדה מגנטי שמשתנה בזמן יוצר כא"מ על ידי השראה אלקטרומגנטית, והפרדת המטענים נעשית על ידי זרימת אלקטרונים דרך מוליך שנובעת מפער באנרגיה הפוטנציאלית החשמלית בין ההדקים. הכא"מ הנוצר על ידי השראה אלקטרומגנטית נקרא כא"מ מושרה.
• בתא פוטו-וולטאי, פוטונים מפרידים אלקטרונים מחורים.

במקור כא"מ מנותק, המטענים זורמים בין ההדקים עד למצב שיווי משקל בו השדה החשמלי שנוצר כתוצאה מהפרדת המטענים מפעיל כוח שמבטל בדיוק את הכוח היוצר את הכא"מ: ${\mathcal {E}}=-\int _{A}^{B}{\boldsymbol {E_{cs}\cdot }}d{\boldsymbol {\ell }}$. לכן, מתח ההדקים של מקור כא"מ מנותק יהיה שווה לגודל הכא"מ שלו. בהשראה אלקטרומגנטית: ${\mathcal {E}}=\oint _{C}({\boldsymbol {E+v\times B}})\cdot d{\boldsymbol {\ell }}$.

בעת חיבור מקור הכא"מ למעגל סגור יוזרם זרם חשמלי. כאשר זורם זרם בין ההדקים של המקור, מתח ההדקים יהיה קטן מהכא"מ בשל ההתנגדות הפנימית של המקור: $V={\mathcal {E}}-IR$.

ההבדל בין מתח וכא"מ

הן הכא"מ והן המתח החשמלי מתארים עבודה ליחידת מטען, אולם אין הם גדלים שקולים. מתח הוא הפרש בפוטנציאל החשמלי בין שתי נקודות, ומתח ההדקים של מקור כא"מ הוא ההפרש בפוטנציאל החשמלי בין שני ההדקים. מתח ההדקים שווה לכא"מ רק בתנאי שהמעגל פתוח, ובעת סגירת המעגל שני הגדלים הללו שונים. ניתן למדוד כא"מ על ידי מדידת מתח ההדקים של המקור בעזרת וולטמטר כאשר הוא מנותק, אך במעגל סגור לא ניתן למדוד ישירות את הכא"מ.

הפרש המתחים לאורך הקפה שלמה סביב המעגל הוא אפס לפי חוקי קירכהוף, אך במעבר דרך מקור כא"מ - נוסף מתח השווה לכא"מ של המקור. כתוצאה מכך, בעת חיבור וולטמטר לשתי נקודות סמוכות במסלול מוליך בו יש השראה אלקטרומגנטית, המתח שיוצג בוולטמטר יהיה שווה לכא"מ המושרה אם השדה המגנטי המשרה את הכא"מ עובר דרך השטח הכלוא על ידי התיל המחבר את הוולטמטר למוליך, ואפס אחרת.

היסטוריה

ב-1801, אלסנדרו וולטה הציג את המונח "force motrice électrique" (בעברית: "כוח מניע חשמלי") כדי לתאר את הגורם הפעיל של סוללה (שהוא המציא בסביבות 1798). המוכר כיום ככא"מ (כוח אלקטרו מניע).

קישורים חיצוניים

• כוח אלקטרו מניע, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)
• כוח אלקטרומוטורי, דף שער בספרייה הלאומית