Na rysunku przedstawiono szeregowe połączenie n źródeł sił elektromotorycznych (źródeł napięcia) ε, do którego podłączone jest urządzenie elektryczne mające opór R. Każde źródło posiada swój własny opór elektryczny, zwany oporem wewnętrznym r.
Przy połączeniu szeregowym całkowita siła elektromotoryczna jest równa sumie poszczególnych źródeł, więc:
\( \epsilon _{w} = \sum_{i=1}^{n} \epsilon _{i} \)
Zakładając, że wszystkie siły elektromotoryczne mają tą samą wartość, ich wypadkową można zapisać w postaci:
\( \epsilon _{w} =n \epsilon \) , gdzie n – liczba źródeł sił elektromotorycznych.
Ponieważ wszystkie opory są połączone w sposób szeregowy, to ich opór zastępczy jest ich sumą, więc:
\(R _{z} =R+ \sum_{i=1}^{n} r _{i} \)
Zakładając, że wszystkie opory wewnętrzne są sobie równe, można napisać:
\(R _{z} =R+nr\)
Stosując prawo Ohma dla tego układu otrzymamy:
\(I= \frac{n \epsilon }{R+nr} \)
W ogólnym przypadku, gdy siły elektromotoryczne i opory nie są równe wzór wygląda następująco:
\(I= \frac{ \sum_{i=1}^{n} \epsilon _{i} }{R+ \sum_{i=1}^{n} r _{i} } \)
gdzie: I – natężenie prądu elektrycznego.
Szeregowe połączenie źródeł sił elektromotorycznych jest szczególnie korzystne w przypadku gdy łączymy ze sobą źródła, których opór wewnętrznych jest znacznie mniejszy od oporu urządzenia elektrycznego, które jest podłączone do tego źródła prądu (r<<R). Przy takim założeniu dwa ostatnie równania mają postać:
\(I= \frac{n \epsilon }{R} \)
\(I= \frac{ \sum_{i=1}^{n} \epsilon _{i} }{R} \)
Widać, że natężenie prądu płynącego przez odbiornik energii elektrycznej (opór R) rośnie proporcjonalnie do liczby źródeł napięcia.