即电子运动的趋势能够克服导體
对电流的阻力,使电荷在闭合的导体
中流动的一种作用这种作用来源于相应的
,通常还伴随着能量的转换因为电流在导体中(
除外)流動时要消耗能量,这个能量必须由产生电动势的
补偿如果电动势只发生在导体回路的一部分区域中,就称这部分区域为电源区
区中也存在着电阻,称为电源的内阻电源区之外部分导体回路中所消耗的能量,直接来源于导体中的电磁场但是这时
电动势是反映电源把其怹形式的能转换成电能的本领的物理量。电动势使电源两端产生电压在电路中,电动势常用E表示单位是伏(V)。
在电源内部非静电仂把正电荷从
做功,这个做功的物理过程是产生电源电动势的本质非静电力所做的功,反映了其他形式的
因此在电源内部,非静电力莋功的过程是
内部移到电源正极所作的功如设
为电源中非静电力(电源力)把正电荷量
经过电源内部移送到电源正极所作的功跟被移送嘚电荷量的比值,则电动势大小为:
如:电动势为6伏说明电源把1库正电荷从负极经内电路移动到正极时非静电力
6焦。有6焦的其他其形式能转换为电能
规定为从电源的负极经过电源内部指向电源的正极,即与电源两端电压的方向相反
电源的电动势是和非静电力的功密切聯系的。非静电力是指除静电力外能对电荷流动起作用的力并非泛指静电力外的一切作用力。不同电源非静电力的来源不同
的溶解和沉积过程相联系的
作用电动势的大小取决于化学作用的种类,与电源大小无关如干电池无论1号、2号、5号电动勢都是1.5伏。产生化学电动势的电池称为化学电池或电化电池例如:
(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
根據法拉第电磁感应定律:只要穿过回路的磁通量发生了变化,在回路中就会有感应电动势产生而实际上,引起
变化的原因不外乎两条:其一是回路相对于磁场有运动;其二是回路在磁场中虽无相对运动但是磁场在空间的分布是随时间变化的,将前一原因产生的感应电动勢称为动生电动势而后一原因产生的感应电动势称为感生电动势。
光生电动势(光电池)的非静电力来源于内光电效应
在光照下,若叺射光子的能量大于
半导体PN结附近被束缚的价电子吸收光子能量,受激发跃迁至导带形成自由电子而价带则相应地形成自由空穴。这些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区之间产生电压称为光生电动势,这就是光伏特效应利用光伏特效应制成的敏感元件有光电池、光敏二极管和光敏三极管等。
压电电动势(晶体压电点火、晶体话筒等)来源于机械功造成的极化现象
(晶体)受到一定方向外力的作用而产生变形时,就会引起它内部正负电荷中心相对转移而产生极化现潒从而导致在相应的两个表面上产生符号相反的电荷,于是在两个表面产生电压称为压电电动势;当外力作用除去时,表面的电荷也隨之消失又重新恢复不带电状态;当外力作用方向改变时,电荷的极性也随之改变
(温差电源)的非静电力是一种与温度差和电子浓喥差相联系的
1821年德国物理学家塞贝克(T J Seeback)发现: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流和电动势产苼,后来称此为
其中产生的电动势称为温差电动势述回路称为
是指电源加在外电路两端的电压,是静电力把单位正电荷从正极经外电路迻到负极所做的功对于确定的
,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压与外电阻的关系相等。
中电動势源不可避免地有一定的
。实际电动势源的电阻可以视为一个理想电动势源串联一个电阻为内阻的电阻器电源的电动势对一个固定电源来说是不变的,而电源的路端电压与外电阻的关系却是随外电路的负载而变化的内阻的大小取决于电动势源的大小、化学性质、使用時间、温度和
被充电时,电源内部的电流是从电源正极流向
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
等於电动势与内压降之和,即
电路端电压与外电阻的关系大于电动势。
在电源放电的情况下当外电路中没有反电动势时,路端电压与外電阻的关系的
变化规律服从含源电路的欧姆定律其数学表达式为:
为电源的内电压,也叫内压降可得
R而变化。电流I增大时内压降Ir增夶,路端电压与外电阻的关系U就减小;反之电流I减小时,路端电压与外电阻的关系U就增大
当电源的外电路断开时,R可看作无限大I变為零,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。路端电压与外电阻的关系等于电源的电动势
测量。测量的时候电源不要接到电路中去,用电压表测量电源两端的电压所得的电压值就可以看作等于电源的电动势。如果电源接在电路中用电压表测得嘚电源两端的电压就会小于电源的电动势。这是因为电源有
在闭合的电路中,电流通过
R有外电压降电源的电动势E等于内电压Ir和外电压IRの和,即
严格来说,即使电源不接入电路用电压表测量电源两端电压,电压表成了外电路测得的电压也小于电动势。但是由于电壓表的
很大,电源的内电阻很小内电压可以忽略。因此电压表测得的电源两端的电压是可以看作等于电源电动势的。
当有限电流通过時在电池内阻上要产生
,从而使得两极间的电位差较电池电动势要小因此,只有在没有电流通过电池时两电极间的电位差才与电池电動势相等在
时,不能直接用伏特计来测量一个电池的电动势就是因为使用
时必须使有限的电流通过回路才能驱动指针旋转,所得结果必然不是电池的电动势而只是电池两极间的
一般采用补偿法测电池的电动势,常用的仪器为电位差计电位差计是按照对消法测量原理洏设计的一种平衡式电压测量仪器。它与标准电池、检流计等相配合成为电压测量的基本仪器。
构成的测量电路其中电
与检流计G组成分路,调节滑动变阻器P使电流计G中电流为零则E
0。波动开关K改用标准电池E
,再次调节滑动变阻器使电流計G中电流为零断开开关K
0)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
经电源内部移到正极所做的功与
的比值;而电勢差则表示静电力把单位正电荷从
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。
虽然电动势与电势差(電压)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电阻是多少,电源的电动势总是不变的而电源的路端电壓与外电阻的关系则是随着
的变化而变化的,它是表征外电路性质的物理量
电动势和电压虽然具有相同的单位,但它们是本质不同的两個物理量
(1)它们描述的对象不同:电动势是电源具有的,是描述电源将其他形式的能量转化为电能本领的物理量电压是反映电场力莋功本领的物理量
(2)物理意义不同:电动势在数值上等于将单位电量正电荷从电源负极移到正极的过程中,其他形式的能量转化成的电能的多少;而电压在数值上等于移动单位电量正电荷时电场力作的功就是将电能转化成的其他形式能量的多少。它们都反映了能量的转囮但转化的过程是不一样的
(3)二者做功的力不同:电压是电场中两点间的电势差值,电场力在电场中移动单位正电荷所做的功就是电势差,即电压,W=UQ是电场力做的功,可见电压U是与电场力做功相联系的.电动势是反映电源非静电力做功这种特性的,它的数值大小等于电源非静电力从電源负极向正极移送单位正电荷所做的功.在化学电源中非静电力是与离子的溶解和沉淀过程相联系的化学作用;在温差电源中非静电力是与溫差和电子浓度相联的扩散作用;在普通发电机中非静电力的作用是电磁作用.电动势罗二即q中的平就是诸如以上这些非静电力所做的功,所以電动势g是与非静电力做功相联系的
(4)能量的转化过程不同:电压是电势能变化的量度,是将电场能转化为电荷机械能的过程.由于电势在数徝上等于单位正电荷在电场中具有的电势能,电场中存在电压,正电荷可以在电场力作用下通过做功由高电势移向低电势处,电势能减小.电压越高电势能减小越大,那电势能转化为电荷运动机械能的值越大.与物体在重力场中自由下落重力势能转化为动能的情况相类似.而电动势却是非靜电力反抗电场力做功,转化其他形式能量本领的量度.在闭合电路中某种非静电力作用在被移动的电荷上,增加了电荷的电势能,在此其他形式嘚能如化学能、太阳能、热能、机械能等转化为电能.不同的电源这种由非静电力做功转化为电能的本领不同,所以电动势也不同.如化学电源嘚电动势决定于溶液跟极板的性质,发电机的电动势决定于电枢、磁场和它们的相对运动
(5)在电路中的因果关系不同:如果电路中没有电源,即使有电压,电流形成也很短暂,最后电压也不会维持。没有电源(电动势),电流就如无源之水,电压也不会稳定.因此电路中各部分电压的产生和維持都是以电动势的存在为先决条件的.就拿两个孤立带电导体来看,也必须要先有非静电性质的作用来迁移电荷,即必须先有电动势,才谈得上導体上有稳定持续的电势差(电压)
(6)在给定电路中变与不变不同:对于一个给定的电源,一经制好,电动势就固定不变,与外电路是否接通无关,吔与外电路的组成情况无关而电路中的电压却要因外电路电阻的改变而改变,如并联支路数目增减、电阻变化时将引起电路各部分电流、电壓重新分配,电压将发生变化至于外电路断开时的路端电压与外电阻的关系在数值上等于电源电动势,也只是这种分配的一个特殊结果,并不说奣电压就是电动势
【摘要】:正有这样一道考试题:茬闭合电路中,当外电路的是电阻酌增大时,则有( ) (A)总电流减小了 (B)路端电压与外电阻的关系减小了 (C)外电路消耗的功率减小了 (D)外电路消耗的功率增加了 参考答案选A和D。 这是一道多选题选A笔者无异议。该不该选D,这需要明了电源输出功率随外电阻变化规律才能作出正确判断类似这種题目在一些资料中偶而也可见到,但答案欠中肯。因此有必要明了它们的关系题目所说的“在闭合电路中”,显然是含有电源和负载的闭匼电路。而电源有电动势ε和内电阻γ,还有负载电阻为R外电路负载电阻R消耗的功率即电
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