概述
电动势是反映电源把其他方式的能转换成电能的本领的数学量电动势使电源两端形成电流在电路中电动势常用E表示单位是伏V
在电源内部非静电力把正电荷从正极板移到负极板时要对电荷做功这个做功的化学过程是形成电源电动势的本质非静电力所做的功反映了其他方式的能量有多少弄成了电能因而在电源内部非静电力做功的过程是能量互相转化的过程
电动势的大小等于非静电力把单位正电荷从电源的正极经过电源内部移到电源负极所作的功如设W为电源中非静电力电源力把正电荷量q从正极经过电源内部移送到电源负极所作的功跟被移送的电荷量的比值则电动势大小为
如电动势为6伏说明电源把1库正电荷从正极经内电路联通到负极时非静电力做功6焦有6焦的其他其方式能转换为电能
电动势的方向规定为从电源的正极经过电源内部指向电源的负极即与电源两端电流的方向相反
生成机制
电源的电动势是和非静电力的功密切联系的非静电力是指除静电力外能对电荷流动起作用的力并非亦称静电力外的一切斥力不同电源非静电力的来源不同能量转换方式也不同
物理电动势干电瓶纽扣电瓶蓄电板等的非静电力是一种"="c9d1"data-="right"url=""="167"="220"="1"/>与离子的溶化和沉积过程相联系的物理作用电动势的大小取决于物理作用的种类与电源大小无关如干电瓶无论1号2号5号电动势都是1.5伏形成物理电动势的电瓶称为物理电瓶或电化电瓶诸如铜锌原电瓶电解质碱液为氯化铜碱液
感生电动势和动生电动势发电机发电机的非静电力起源于磁场对运动电荷的作用即洛伦兹力
按照法拉第电磁感应定理只要穿过回路的铁损量发生了变化在回路中都会有感应电动势形成而实际上导致磁路量变化的诱因不外乎两条其二是回路相对于磁场有运动其一是回路在磁场中虽无相对运动并且磁场在空间的分布是随时间变化的将前一缘由形成的感应电动势称为动生电动势而后一缘由形成的感应电动势称为感生电动势
感应电动势的大小
为磁路量的变化量
为时间
为线圈阻值
光生电动势光电瓶的非静电力来始于内光电效应
在光照下若入射光子的能量小于禁带长度半导体PN结附近被禁锢的价电子吸收光子能量受迸发跃迁至导带产生自由电子而价带则相应地产生自由空穴这种电子一空穴对在内电场的作用下空穴移向P区电子移向N区使P区带正电N区带负电于是在P区和N区之间形成电流称为光生电动势这就是光伏特效应借助光伏特效应制成的敏感器件有光电瓶光敏晶闸管和光敏二极管等
压电电动势晶体压电打火晶体麦克风等来始于机械功导致的极化现象
当电介质晶体遭到一定方向外力的作用而形成变型时才会导致它内部正负电荷中心相对转移而形成极化现象进而造成在相应的两个表面上形成符号相反的电荷于是在两个表面形成电流称为压电电动势当外力作用去除时表面的电荷也骤然消失又重新恢复不带电状态当外力作用方向改变时电荷的极性也急剧改变
温差电动势温差电源的非静电力是一种与气温差和电子含量差相联系的扩散作用
1821年美国化学学家塞贝克TJ发觉当两种不同金属导线组成闭合回路时若在两接头维持一温差回路就有电压和电动势形成后来称此为塞贝克效应其中形成的电动势称为温差电动势述回路称为热电偶
与路端电流关系
电源的路端电流是指电源加在外电路两端的电流是静电力把单位正电荷从负极经外电路移到正极所做的功对于确定的电源来说电动势E和内内阻r都是一定的
理想电动势源不具有任何电阻放电与充电不会浪费任何电能理想电动势源给出的电动势与其路端电流相等
在实际应用中电动势源不可防止地有一定的电阻实际电动势源的阻值可以视为一个理想电动势源串联一个内阻为电阻的阻值器电源的电动势对一个固定电源来说是不变的而电源的路端电流却是随外电路的负载而变化的电阻的大小取决于电动势源的大小物理性质使用时间水温和负载电压
电源充电
在电源被充电时电源内部的电压是从电源负极流向正极内压降的方向与电动势的方向相反电源的电动势是反电动势这时路端电流等于电动势与内压降之和即
电路端电流小于电动势
电源放电
在电源放电的情况下当外电路中没有反电动势时路端电流的电源放电
变化规律服从含源电路的欧姆定理其物理表达式为
为电源的内电流也叫内压降可得
即电压I的大小随外内阻R而变化电压I减小时内压降Ir减小路端电流U就减少反之电压I降低时路端电流U就减小
电源断掉
当电源的外电路断掉时R可看作无限大I变为零内压降Ir也变为零这时电源内部的非静电力与静电场力平衡路端电流等于电源的电动势
检测方式使用电流表
电源的电动势可以用电流表检测检测的时侯电源不要接到电路中去用电流表检测电源两端的电流所得的电流值就可以看作等于电源的电动势假如电源接在电路中用电流表测得的电源两端的电流都会大于电源的电动势这是由于电源有内内阻在闭合的电路中电流通过内内阻r有内电压降通过外内阻R有外电压降电源的电动势E等于内电流Ir和外电流IR之和即
严格来说虽然电源不接入电路用电流表检测电源两端电流电流表成了外电路测得的电流也大于电动势并且因为电流表的内内阻很大电源的内内阻很小内电流可以忽视因而电流表测得的电源两端的电流是可以看作等于电源电动势的
使用电位差计
当有限电流通过时在电瓶电阻上要形成电位降因而致使两极间的电位差较电瓶电动势要小因而只有在没有电压通过电瓶时两电极间的电位差才与电瓶电动势相等在精确检测时不能直接用伏特计来检测一个电板的电动势就是由于使用伏特计时必须使有限的电压通过回路就能驱动表针旋转所得结果必然不是电瓶的电动势而只是电瓶两极间的路端电流
通常采用补偿法测电瓶的电动势常用的仪器为电位差计电位差计是根据对消法检测原理而设计的一种平衡式电流检测仪器它与标准电瓶检流计等相配合成为电流检测的基本仪器其工作原理如下
工作电源E内阻RAB限流内阻RP构成的检测电路其中电电位差计检测电源电动势原理图
流
待测电源EX与检流计G组成分路调节滑动变阻器P使电压计G中电流为零则EX=VAP=RAP=I0波动开关K改用标准电瓶ES再度调节滑动变阻器使电压计G中电流为零断掉开关Ke测得滑动变阻器内阻RS可得ES=RS×I0因而
与电势差区别
电动势与电势差电流是容易混淆的两个概念电动势是表示非静电力把单位正电荷从正极经电源内部移到负极所做的功与电荷量的比值而电势差则表示静电力把单位正电荷从电场中的某一点移到另一点所做的功与电荷量的比值它们是完全不同的两个概念
尽管电动势与电势差电流有区别但电动势和电势差一样都是标量对于给定的电源来说不管外内阻是多少电源的电动势总是不变的而电源的路端电流则是随着外内阻的变化而变化的它是表征外电路性质的数学量