電動(dòng)勢(shì)是反映電源將其他形式的能量轉(zhuǎn)換成電能的能力的物理量。電動(dòng)勢(shì)在電源兩端產(chǎn)生電壓。在電路中,電動(dòng)勢(shì)常用E表示。單位是伏特(V)。在電源內(nèi)部,非靜電力將正電荷從負(fù)極板移動(dòng)到正極板,對(duì)電荷做功。這個(gè)做功的物理過(guò)程就是電源產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的本質(zhì)。
電動(dòng)勢(shì)與電壓雖然單位相同,但它們是兩個(gè)本質(zhì)不同的物理量。
(1)它們描述的是不同的對(duì)象:電動(dòng)勢(shì)是描述電源將其他形式能量轉(zhuǎn)換成電能的能力的物理量,而電壓是反映電場(chǎng)力做功能力的物理量。
(2)物理意義不同:電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于單位正電荷從電源負(fù)極向正極移動(dòng)過(guò)程中,其他形式能量轉(zhuǎn)換成電能的量;而電壓在數(shù)值上等于移動(dòng)單位正電荷時(shí)電場(chǎng)力所作的功,也就是電能轉(zhuǎn)換成其他形式能量的量。它們都反映能量的變換,但變換過(guò)程不同。
(3)做功的力不同:電壓是電場(chǎng)中兩點(diǎn)間的電位差,電場(chǎng)力使電場(chǎng)中移動(dòng)單位正電荷所做的功就是電位差,也就是電壓。W=UQ即為電場(chǎng)力所做的功。可見(jiàn)電壓U與電場(chǎng)力所做的功有關(guān)。電動(dòng)勢(shì)反映的是電源非靜電力做功的特性,其值等于電源非靜電力使單位正電荷從電源負(fù)極移動(dòng)到正極所做的功。在化學(xué)電源中,非靜電力是與離子的溶解、析出過(guò)程有關(guān)的化學(xué)反應(yīng);在溫差電源中,非靜電力是與溫差、電子濃度有關(guān)的擴(kuò)散作用;在普通發(fā)電機(jī)中,非靜電力的作用是電磁作用。 電動(dòng)勢(shì)q的平方是這些非靜電力所做的功,所以電動(dòng)勢(shì)g與非靜電力所做的功有關(guān)。
(4)能量轉(zhuǎn)換過(guò)程不同:電壓是電勢(shì)能變化量的量度,是電場(chǎng)能轉(zhuǎn)換成電荷機(jī)械能的過(guò)程。由于電勢(shì)在數(shù)值上等于單位正電荷在電場(chǎng)中的電勢(shì)能,所以在電場(chǎng)中存在電壓。正電荷在電場(chǎng)力作用下,能從高電位移動(dòng)到低電位做功,電勢(shì)能減小。電壓越高,電勢(shì)能減小量越大,轉(zhuǎn)換成電荷運(yùn)動(dòng)機(jī)械能的勢(shì)能值就越大。這類(lèi)似于物體在重力場(chǎng)中自由下落時(shí),重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能的情況。而電動(dòng)勢(shì)是非靜電力克服電場(chǎng)力做功,轉(zhuǎn)換成其他形式能量的能力的量度。 在閉合電路中,一定的非靜電力作用于運(yùn)動(dòng)電荷,使電荷的電勢(shì)能增加,而其他形式的能量如化學(xué)能、太陽(yáng)能、熱能、機(jī)械能等則轉(zhuǎn)化為電能。不同的電源把非靜電力所作的功轉(zhuǎn)化為電能的能力不同,因此電動(dòng)勢(shì)也不同。例如,化學(xué)電源的電動(dòng)勢(shì)由溶液和極板的性質(zhì)決定,發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)由電樞、磁場(chǎng)及其相對(duì)運(yùn)動(dòng)決定。
(5)電路中的因果關(guān)系不同:如果電路中沒(méi)有電源,即使有電壓,電流也是短暫的,電壓不會(huì)維持。沒(méi)有電源(電動(dòng)勢(shì)),電流就像無(wú)源之水,電壓不會(huì)穩(wěn)定。因此,電路各部分電壓的產(chǎn)生與維持,都是以電動(dòng)勢(shì)的存在為基礎(chǔ)的。以?xún)筛铝щ妼?dǎo)體為例,必須先有非靜電效應(yīng)將電荷轉(zhuǎn)移,也就是先有電動(dòng)勢(shì),導(dǎo)體上才有穩(wěn)定連續(xù)的電位差(電壓)。
(6)給定電路中變化與不變的區(qū)別:對(duì)于給定的電源電動(dòng)勢(shì)和電壓的區(qū)別,一旦制成,其電動(dòng)勢(shì)就是固定不變的,不管外電路是否接通,也不管外電路的組成如何。但電路中的電壓會(huì)因外電路電阻的變化而變化。例如并聯(lián)支路數(shù)目增多或減少電動(dòng)勢(shì)和電壓的區(qū)別,或電阻變化時(shí),電路各部分中的電流和電壓就會(huì)重新分配,電壓就會(huì)發(fā)生變化。至于外電路斷開(kāi)時(shí)電路末端的電壓,在數(shù)值上等于電源電動(dòng)勢(shì),這只是這種分配的特殊結(jié)果,并不代表電壓就是電動(dòng)勢(shì)。