概述
電動勢是反映電源把其他方式的能轉換成電能的本領的數學量電動勢使電源兩端形成電流在電路中電動勢常用E表示單位是伏V
在電源內部非靜電力把正電荷從正極板移到負極板時要對電荷做功這個做功的化學過程是形成電源電動勢的本質非靜電力所做的功反映了其他方式的能量有多少弄成了電能因而在電源內部非靜電力做功的過程是能量互相轉化的過程
電動勢的大小等于非靜電力把單位正電荷從電源的正極經過電源內部移到電源負極所作的功如設W為電源中非靜電力電源力把正電荷量q從正極經過電源內部移送到電源負極所作的功跟被移送的電荷量的比值則電動勢大小為
如電動勢為6伏說明電源把1庫正電荷從正極經內電路聯通到負極時非靜電力做功6焦有6焦的其他其方式能轉換為電能
電動勢的方向規定為從電源的正極經過電源內部指向電源的負極即與電源兩端電流的方向相反
生成機制
電源的電動勢是和非靜電力的功密切聯系的非靜電力是指除靜電力外能對電荷流動起作用的力并非亦稱靜電力外的一切斥力不同電源非靜電力的來源不同能量轉換方式也不同
物理電動勢干電瓶紐扣電瓶蓄電板等的非靜電力是一種"="c9d1"data-="right"url=""="167"="220"="1"/>與離子的溶化和沉積過程相聯系的物理作用電動勢的大小取決于物理作用的種類與電源大小無關如干電瓶無論1號2號5號電動勢都是1.5伏形成物理電動勢的電瓶稱為物理電瓶或電化電瓶諸如銅鋅原電瓶電解質堿液為氯化銅堿液
感生電動勢和動生電動勢發電機發電機的非靜電力起源于磁場對運動電荷的作用即洛倫茲力
按照法拉第電磁感應定理只要穿過回路的鐵損量發生了變化在回路中都會有感應電動勢形成而實際上導致磁路量變化的誘因不外乎兩條其二是回路相對于磁場有運動其一是回路在磁場中雖無相對運動并且磁場在空間的分布是隨時間變化的將前一緣由形成的感應電動勢稱為動生電動勢而后一緣由形成的感應電動勢稱為感生電動勢
感應電動勢的大小
為磁路量的變化量
為時間
為線圈阻值
光生電動勢光電瓶的非靜電力來始于內光電效應
在光照下若入射光子的能量小于禁帶長度半導體PN結附近被禁錮的價電子吸收光子能量受迸發躍遷至導帶產生自由電子而價帶則相應地產生自由空穴這種電子一空穴對在內電場的作用下空穴移向P區電子移向N區使P區帶正電N區帶負電于是在P區和N區之間形成電流稱為光生電動勢這就是光伏特效應借助光伏特效應制成的敏感器件有光電瓶光敏晶閘管和光敏二極管等
壓電電動勢晶體壓電打火晶體麥克風等來始于機械功導致的極化現象
當電介質晶體遭到一定方向外力的作用而形成變型時才會導致它內部正負電荷中心相對轉移而形成極化現象進而造成在相應的兩個表面上形成符號相反的電荷于是在兩個表面形成電流稱為壓電電動勢當外力作用去除時表面的電荷也驟然消失又重新恢復不帶電狀態當外力作用方向改變時電荷的極性也急劇改變
溫差電動勢溫差電源的非靜電力是一種與氣溫差和電子含量差相聯系的擴散作用
1821年美國化學學家塞貝克TJ發覺當兩種不同金屬導線組成閉合回路時若在兩接頭維持一溫差回路就有電壓和電動勢形成后來稱此為塞貝克效應其中形成的電動勢稱為溫差電動勢述回路稱為熱電偶
與路端電流關系
電源的路端電流是指電源加在外電路兩端的電流是靜電力把單位正電荷從負極經外電路移到正極所做的功對于確定的電源來說電動勢E和內內阻r都是一定的
理想電動勢源不具有任何電阻放電與充電不會浪費任何電能理想電動勢源給出的電動勢與其路端電流相等
在實際應用中電動勢源不可防止地有一定的電阻實際電動勢源的阻值可以視為一個理想電動勢源串聯一個內阻為電阻的阻值器電源的電動勢對一個固定電源來說是不變的而電源的路端電流卻是隨外電路的負載而變化的電阻的大小取決于電動勢源的大小物理性質使用時間水溫和負載電壓
電源充電
在電源被充電時電源內部的電壓是從電源負極流向正極內壓降的方向與電動勢的方向相反電源的電動勢是反電動勢這時路端電流等于電動勢與內壓降之和即
電路端電流小于電動勢
電源放電
在電源放電的情況下當外電路中沒有反電動勢時路端電流的電源放電
變化規律服從含源電路的歐姆定理其物理表達式為
為電源的內電流也叫內壓降可得
即電壓I的大小隨外內阻R而變化電壓I減小時內壓降Ir減小路端電流U就減少反之電壓I降低時路端電流U就減小
電源斷掉
當電源的外電路斷掉時R可看作無限大I變為零內壓降Ir也變為零這時電源內部的非靜電力與靜電場力平衡路端電流等于電源的電動勢
檢測方式使用電流表
電源的電動勢可以用電流表檢測檢測的時侯電源不要接到電路中去用電流表檢測電源兩端的電流所得的電流值就可以看作等于電源的電動勢假如電源接在電路中用電流表測得的電源兩端的電流都會大于電源的電動勢這是由于電源有內內阻在閉合的電路中電流通過內內阻r有內電壓降通過外內阻R有外電壓降電源的電動勢E等于內電流Ir和外電流IR之和即
嚴格來說雖然電源不接入電路用電流表檢測電源兩端電流電流表成了外電路測得的電流也大于電動勢并且因為電流表的內內阻很大電源的內內阻很小內電流可以忽視因而電流表測得的電源兩端的電流是可以看作等于電源電動勢的
使用電位差計
當有限電流通過時在電瓶電阻上要形成電位降因而致使兩極間的電位差較電瓶電動勢要小因而只有在沒有電壓通過電瓶時兩電極間的電位差才與電瓶電動勢相等在精確檢測時不能直接用伏特計來檢測一個電板的電動勢就是由于使用伏特計時必須使有限的電壓通過回路就能驅動表針旋轉所得結果必然不是電瓶的電動勢而只是電瓶兩極間的路端電流
通常采用補償法測電瓶的電動勢常用的儀器為電位差計電位差計是根據對消法檢測原理而設計的一種平衡式電流檢測儀器它與標準電瓶檢流計等相配合成為電流檢測的基本儀器其工作原理如下
工作電源E內阻RAB限流內阻RP構成的檢測電路其中電電位差計檢測電源電動勢原理圖
流
待測電源EX與檢流計G組成分路調節滑動變阻器P使電壓計G中電流為零則EX=VAP=RAP=I0波動開關K改用標準電瓶ES再度調節滑動變阻器使電壓計G中電流為零斷掉開關Ke測得滑動變阻器內阻RS可得ES=RS×I0因而
與電勢差區別
電動勢與電勢差電流是容易混淆的兩個概念電動勢是表示非靜電力把單位正電荷從正極經電源內部移到負極所做的功與電荷量的比值而電勢差則表示靜電力把單位正電荷從電場中的某一點移到另一點所做的功與電荷量的比值它們是完全不同的兩個概念
盡管電動勢與電勢差電流有區別但電動勢和電勢差一樣都是標量對于給定的電源來說不管外內阻是多少電源的電動勢總是不變的而電源的路端電流則是隨著外內阻的變化而變化的它是表征外電路性質的數學量