01-Fuerza electromotriz (fem)

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1. Concepto de reversibilidad termodinámica

Cuando la corriente pasa por un conductor con resistencia, la energía se convierte en calor y se pierde hacia el ambiente (proceso irreversible, ya que el calor no puede transformarse de nuevo en energía eléctrica al 100%).

Po el contrario, dispositivos como una batería de acumuladores, un alternador o un motor realizan transformaciones energéticas reversibles en el sentido termodinámico.

• Descarga: En la batería de un automóvil al encender el motor de arranque, la energía interna (química) disminuye y se convierte en energía eléctrica (y luego mecánica).
• Carga: Una vez en marcha, el alternador envía una corriente en sentido contrario hacia la batería, transformando de nuevo la energía eléctrica en energía interna.
  A cualquier dispositivo en el cual pueda producirse esta transformación reversible entre energía eléctrica y otra forma de energía, se lo denomina generador de fuerza electromotriz.

2. Definición y ecuación de la fem ($ϵ$)

El valor de la fuerza electromotriz de un generador se define como la energía convertida de forma eléctrica a no eléctrica (o viceversa) por unidad de carga que pasa a través del mismo. En resumen, la fuerza electromotriz es el trabajo por unidad de carga.

Si una carga $dq$ atraviesa el generador en un tiempo $dt$, y $dW$ es la energía transformada en ese tiempo, la fem ($ϵ$) se define como:

3. Potencia del generador

El trabajo realizado por el generador al mover esa carga es $dW=ϵ\cdot dq$. Si queremos saber con qué rapidez suministra o consume esa energía (su potencia $P$), dividimos por el tiempo ($dt$):

Ejemplo práctico: La fem de una batería de automóvil típica es de unos 12 V (12 J/C). Esto significa que, por cada Coulomb que pasa, 12 Joules de energía interna se convierten en electricidad. Si el circuito consume una corriente de 10 A (10 Coulombs por segundo), la energía transformada por unidad de tiempo será $P=12V\cdot 10A=120W$.