起電力の基礎と物理的性質

起電力（きでんりょく、英語: electromotive force、略称: EMF）とは、回路内に電流を流そうとする駆動力、あるいは電流を生じさせる電位差（電圧）を指す物理量です。単位には電圧と同じボルト（V）が用いられます。起電力は、電磁誘導、熱電効果、光起電力効果、化学反応など、多様な物理的・化学的プロセスによって発生します。

化学電池における起電力

化学電池（電気化学セル）における起電力は、電気化学的平衡状態にある電極間の電位差として定義されます。一般に「電流がゼロの時の電極間電位差（開回路電圧）」と説明されることもありますが、混成電位が生じる場合など、厳密には両者が一致しないケースも存在します。

起電力の符号については、1953年のIUPAC会議で勧告された規約に基づき、電池反応式と電池図式を用いて形式的に決定されます。反応のギブスエネルギー変化をΔG、反応電子数をn、ファラデー定数をFとすると、起電力Eは以下の式で表されます。

標準電極電位と計算

特定の半電池と標準水素電極を組み合わせた際の起電力は、その電極の平衡電極電位と呼ばれます。標準状態における起電力は、カソード（右側）の電極電位からアノード（左側）の電極電位を引くことで算出可能です。

例えば、ダニエル電池の標準起電力は、亜鉛と銅の標準電極電位の差として約1.10Vと求められます。

その他の発生メカニズム

化学電池以外にも、起電力は様々な現象によって生じます。

• 誘導起電力：ファラデーの電磁誘導の法則に基づき、磁界の変化によって回路に生じる起電力。発電機の原理です。
• 熱起電力：ゼーベック効果により、異なる金属の接合部に温度差が生じることで発生する起電力。熱電対に利用されます。
• 光起電力：光起電力効果により、半導体のpn接合部に光が照射されることで発生する起電力。太陽電池やフォトダイオードに利用されます。