Fuerza electromotriz y Resistores en serie

Fuerza electromotriz.
En un circuito eléctrico debe haber en algún punto de la espira un dispositivo que actúe como la
bomba hidráulica de la fuente (Figura 1).
En este dispositivo una carga viaja “hacia arriba”, del lugar donde hay menos
energía potencial hacia donde hay más, aun cuando la fuerza electrostática trate
de llevarla de la mayor energía potencial a la menor. La dirección de lacorriente
en ese dispositivo es del potencial más bajo al más alto, exactamente lo opuesto
de lo que ocurre en un conductor ordinario.
La influencia que hace que la corriente fluya del potencial menor al mayor se
llama fuerza electromotriz (se abrevia fem). Éste es un término inadecuado
porque la fem no es una fuerza, sino una cantidad de energía por unidad de carga,
como el potencial eléctrico.
Launidad del SI de la fem es la misma que la del potencial, el volt (1V = 1 J/C).
Una batería de linterna común tiene una fem de 1.5 V; esto significa que la batería
hace un trabajo de 1.5 J por cada coulomb de carga que pasa a través de ella. Para
denotar la fem se usará el símbolo ϵ (la letra E manuscrita).

Figura 1: Así como una fuente
de agua requiere de una
bomba, un circuito eléctrico
necesitauna fuente de fuerza
electromotriz para mantener
una corriente constante.

Todo circuito completo con corriente constante debe incluir algún dispositivo que provea una fem.
Tal dispositivo recibe el nombre de fuente de fem. Algunos ejemplos de fuentes de fem son las
baterías, los generadores eléctricos, las celdas solares, los termopares y las celdas de combustible.
Todos estos dispositivosconvierten energía de alguna forma (mecánica, química, térmica, etcétera)
en energía potencial eléctrica y la transfieren al circuito al que está conectado el dispositivo.
Una fuente ideal de fem mantiene una diferencia de potencial constante entre sus
terminales, independiente de la corriente que pasa a través de ella. La fuerza
electromotriz se define cuantitativamente como la magnitud de estadiferencia de
potencial.
𝜀 = 𝑉𝑎𝑏
La figura 2 es un diagrama de una fuente de fem ideal que mantiene una
diferencia de potencial entre los conductores a y b, llamados terminales del
dispositivo. La terminal a, marcada con +, se mantiene a un potencial más alto
que la terminal b, marcada con -. Asociado con esta diferencia de potencial hay
un campo eléctrico ⃗⃗⃗
𝐸 en la región que rodea a las terminales,tanto adentro como
afuera de la fuente. El campo eléctrico en el interior del dispositivo está dirigido
de a a b, como se ilustra. Una carga q dentro de la fuente experimenta una fuerza
⃗⃗⃗ Pero la fuente suministra además una influencia adicional, la
Figura 2
eléctrica ⃗⃗⃗
𝐹𝑒 = 𝑞𝐸
cual se representa como una fuerza no electrostática ⃗⃗⃗
𝐹𝑛 . Esta fuerza, que opera
dentro del dispositivo, empuja lacarga de b a a “cuesta arriba” y contra la fuerza eléctrica ⃗⃗⃗
𝐹𝑒 . Así, ⃗⃗⃗
𝐹𝑛
mantiene la diferencia de potencial entre las terminales. Si ⃗⃗⃗
𝐹𝑛 no estuviera presente, la carga fluiría
entre las terminales hasta que la diferencia de potencial fuera igual a cero. El origen de la influencia
adicional ⃗⃗⃗
𝐹𝑛 depende de la clase de fuente. En un generador proviene de las fuerzas del campo
magnéticode las cargas en movimiento. En una batería o celda de combustible está asociada con
procesos de difusión y concentraciones electrolíticas variables que son el resultado de reacciones

químicas. En una máquina electrostática como un generador Van de Graaff, se aplica una fuerza
mecánica real por medio de una banda o rueda en movimiento.
Ahora, consideremos que se forma un circuito completoconectando un
alambre con resistencia R a las terminales de una fuente (figura 3). La
diferencia de potencial entre las terminales a y b establece un campo
eléctrico dentro del alambre; esto hace que la corriente fluya alrededor de
la espira de a hacia b, del potencial más alto al más bajo. Donde el alambre
se dobla, persisten cantidades iguales de carga positiva y negativa en el
“interior” y en el...