起電力についての備忘録まとめ

「起電力（きでんりょく、Electromotive Force / EMF）」は
電気回路において「電流を流そうとする源となる力」のこと。

物理学的な分類としては「力（ニュートン）」ではなく
「エネルギー（電位差・電圧）」の一種として扱われる。

起電力についての概略

起電力とは、電池や発電機などが
電荷にエネルギーを与えて電位の低い所から高い所へ汲み上げる能力を指す。

起電力をポンプにたとえた場合

• 水流（電流）
  水が流れること。
  
• 水位差（電圧）
  水の高さの差。
  
• ポンプ（起電力）
  下にある水をエネルギーを使って上に汲み上げる装置。

回路の中で電位が下がってしまった電荷を
再び高い電位に押し戻して「回路を循環させるための源」が起電力となる。
※単位は電圧と同じ V（ボルト）

起電力が発生する主な仕組み

起電力はさまざまなエネルギーを電気エネルギーに変換することで生まれる。

• 化学電池（乾電池・蓄電池）
  化学反応のエネルギーを利用。
  
• 電磁誘導（発電機）
  磁界の変化を利用。
  コイルの中で磁石を動かすと発生する。
  
• 光起電力効果（太陽電池）
  光エネルギーを利用。
  
• 熱電効果（熱電対）
  温度差を利用。

「起電力」と「電圧（端子電圧）」の違い

電池のラベルに「1.5V」と書いてあっても
実際に回路をつないで測ると1.5Vより低くなることがある。
これは内部抵抗があるため。

内部抵抗の考え方

電池の内部にも、わずかに電流を妨げる抵抗（内部抵抗 r）が存在する。
電流 Iが流れると、電池の中で電圧降下（Ir）が発生する。

• 起電力 (E)
  電池そのものが持つ本来の能力。
  
• 端子電圧 (V)
  実際に電池の外側で測れる電圧。

関係式は以下のようになる。

V = E – Ir

電流を流せば流すほど、内部抵抗によるロスが大きくなるため
実際に使える電圧（端子電圧）は下がる。

起電力のまとめ