Elektromotorische Kraft vs. Potenzialdifferenz: Unterschied und Vergleich

Für Spannung gibt es verschiedene Arten von Begriffen, als ob elektromotorische Kraft und Potentialdifferenz zu dieser Art gehören würden. Kurz gesagt ist Spannung der Druck, der in der Stromquelle eines Stromkreises erzeugt wird und geladene Elektronen durch einen Leiter schiebt und dadurch Strom erzeugt.

Alle der Spannung untergeordneten Konzepte haben jedoch den gleichen Zweck: den Stromfluss in einem Stromkreis zu bewirken. 

Key Take Away

1. Die elektromotorische Kraft (EMF) ist die Energiequelle, die den Strom in einem Stromkreis antreibt, während die Potentialdifferenz (PD) die Energie ist, die pro Ladungseinheit verbraucht wird.
2. EMF ist mit der Spannungserzeugung verbunden, während PD mit dem Spannungsabfall über Komponenten in einem Stromkreis zusammenhängt.
3. Batterien und Generatoren erzeugen EMF, während PD über Widerständen und anderen elektrischen Komponenten gemessen wird.

Elektromotorische Kraft vs. Potentialdifferenz

Die elektromotorische Kraft ist unabhängig vom Widerstand des Stromkreises und bestimmt die Differenz im Anschlusspotential, die einen elektrischen Strom erzeugt. Die Potenzialdifferenz ist proportional zum Widerstand zwischen zwei Punkten und bestimmt die elektrische Potenzialdifferenz zwischen den Punkten.

Die elektromotorische Kraft ist keine Art von Kraft, sondern eine elektrische Wirkung, die von einer nichtelektrischen Quelle erzeugt wird. Darüber hinaus ist emf die elektrisches Potenzial sowohl durch ein Magnetfeld als auch durch eine elektrochemische Zelle verursacht.

Das Maß von emf ist die Arbeit, die an einer Einheit elektrischer Ladung verrichtet wird. Es wird durch ε dargestellt und die SI-Einheit ist Volt (V).

Andererseits ist die Potentialdifferenz die berechnete Differenz der Energiemenge, die die Ladung von einem Punkt zum anderen im Stromkreis transportiert. Sie wird jedoch als Spannung bezeichnet. Es wird durch PD dargestellt und die SI-Einheit ist Volt (V). 

Vergleichstabelle

Vergleichsparameter	Elektromotorische Kraft	Potenzieller unterschied
Bedeutung	Die elektromotorische Kraft ist die Energie pro Ladungseinheit, die von einer elektrischen oder nichtelektrischen Quelle in einem Stromkreis erzeugt wird. Es wird als Ɛ bezeichnet und seine SI-Einheit ist Volt (V).	Potentialdifferenz ist die Energiemenge, die als Differenz zwischen einem Punkt und einem anderen in einem Stromkreis berechnet wird. Die Potentialdifferenz wird als PD bezeichnet und ihre SI-Einheit ist Volt (V).
Geschichte	In den 1830er Jahren etablierte Michael Faraday die neue chemische Reaktion, bei der zwei Elektrodenelektrolyte EMF für die Voltaikzelle bildeten.	Potentialunterschiede definiert nach der Theorie von Alessandro Volta wurden bewiesen.
Verursacht	Elektromotorische Kraft kann durch elektrochemische Zellen oder Änderungen im Magnetfeld verursacht werden.	Eine Potentialdifferenz entsteht, wenn der Strom durch den Leiter fließt, wo sich freie Elektronen bewegen und letztendlich eine Potentialdifferenz von einem Punkt zum anderen verursachen.
Formel	E = W / QElektromotorische Kraft = Arbeit (Teilen) Ladung.	V=IRVoltage= Aktueller (Mehrfach-)Widerstand.
Ausbildung	Die elektromotorische Kraft wird entweder durch eine elektrochemische Zelle oder ein Magnetfeld gebildet. Außerdem kann sich EMF auch ohne Stromfluss in einem Stromkreis bilden.	Potentialdifferenz entsteht nur in einem elektrischen Feld.

Was ist elektromotorische Kraft?

Somit ist die elektromotorische Kraft (EMK) in gewisser Weise mit der Spannung verwandt, aber es ist die Energie pro Ladungseinheit, die von einer elektrischen Quelle wie einer Batterie oder einem elektrischen Generator übertragen wird. Es ist überhaupt kein Kraftbegriff, sondern ein elektrisches Potential, das von einer elektrochemischen Zelle oder einem sich ändernden Magnetfeld erzeugt wird.

EMF tritt in einem Stromkreis mit Batterien oder einem elektrischen Generator auf, und ein Anschluss ist positiv geladen, während der letztere negativ geladen ist. Anschließend fließt der Strom aufgrund der möglicherweise geladenen Elektroden. Es wird als ε dargestellt und die SI-Einheit ist Volt. 

Darüber hinaus bezieht sich das Faradaysche Gesetz zunächst auf die EMK, indem es besagt, dass die Entwicklung des elektromagnetischen Feldes auf die induzierte EMK zurückzuführen ist. Das Maß für die EMK ist die Summe aus der Quellenspannung und dem Produkt (Strom und Innenwiderstand).

Numerisch gesehen ist es das Verhältnis der Arbeit, die an einer elektrischen Ladungseinheit im gesamten Stromkreis verrichtet wird. Der Wert der EMK ist jedoch im gesamten Stromkreis konstant. 

Was ist Potentialdifferenz? 

Im Gegensatz dazu ist die Potentialdifferenz eigentlich die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Punkten in einem Stromkreis. In einfachen Worten ist es die elektrische Energie, die in einem Stromkreis von einem Punkt zum anderen übertragen wird.

Wenn Strom durch einen Leiter fließt, neigen die freien Elektronen dazu, sich zu bewegen, und diese Bewegung verursacht einen Energieunterschied über die Komponente hinweg, der als elektrischer Potenzialunterschied bezeichnet wird. 

Allerdings ist die PD nicht konstant, da sie das Maß der Energie zwischen zwei beliebigen Punkten des Stromkreises bestimmt. Es wird als PD mit der SI-Einheit Volt dargestellt.

Der Wert der Potentialdifferenz wird berechnet, indem das Ohmsche Gesetz in Beziehung gesetzt wird, wobei die Potentialdifferenz gleich dem Produkt aus Strom und Widerstand des Stromkreises ist.

Darüber hinaus kann es auch mit einem Gerät namens Voltmeter bestimmt werden. Dem Anteil der EMF am Gravitationsfeld, den elektrischen und magnetischen Feldern folgend, wird die Potentialdifferenz nur bei Vorhandensein elektrischer Felder hervorgerufen. 

Hauptunterschiede zwischen elektromotorischer Kraft und Potentialdifferenz

1. Die elektromotorische Kraft ist die Energie pro Ladungseinheit, die durch die elektrische oder nichtelektrische Quelle eines Stromkreises gewonnen wird. Andererseits ist die Potentialdifferenz die berechnete Energiemenge, die in einem Stromkreis von einem Punkt zum anderen übertragen wird.
2. Die elektromotorische Kraft wird durch elektrochemische Zellen in der Quelle oder Änderungen im Magnetfeld induziert. Die Potentialdifferenz hingegen wird durch die Bewegung freier Elektronen durch den Leiter zwischen zwei Punkten verursacht. 
3. Die elektromotorische Kraft wurde 1830 von Michael Faraday abgeleitet, nachdem er die chemische Reaktion zweier Elektroden und Elektrolyte analysiert hatte. Während die Potentialdifferenz nach der Erfolgsquote von Alessandro Voltas Theorie definiert wird.
4. Die Formel für die elektromotorische Kraft lautet Arbeit/Ladung (EMF=W/Q). Ungeachtet dessen wird die Potentialformel als Spannung = Strom x Widerstand (V = IR) abgeleitet.
5. Elektromotorische Kraft bildet sich durch nichtelektrische Quellen sowie durch elektrische Quellen, indem sie als Konstante im Stromkreis gestuft wird. Die Potentialdifferenz tritt jedoch nur in einer elektrischen Quelle auf und variiert je nach Menge der durchgelassenen Energie.

Literaturhinweise

1. https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/1191804/
2. https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/JA079i019p02853