電源電動勢與電壓的關係

2022-10-07 09:00:04 字數 2499 閱讀 1103

一、電動勢是反映電源把其他形式的能轉換成電能的本領的物理量。電動勢使電源兩端產生電壓。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負極板移到正極板時要對電荷做功,這個做功的物理過程是產生電源電動勢的本質。非靜電力所做的功,反映了其他形式的能量有多少變成了電能。因此在電源內部,非靜電力做功的過程是能量相互轉化的過程。

電動勢的大小等於非靜電力把單位正電荷從電源的負極,經過電源內部移到電源正極所作的功。如設w為電源中非靜電力(電源力)把正電荷量q從負極經過電源內部移送到電源正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庫正電荷從負極經內電路移動到正極時非靜電力做功6焦。有6焦的其他其形式能轉換為電能。

電動勢的方向規定為從電源的負極經過電源內部指向電源的正極,即與電源兩端電壓的方向相反。

二、電壓(voltage),也稱作電勢差或電位差,是衡量單位電荷在靜電場中由於電勢不同所產生的能量差的物理量。其大小等於單位正電荷因受電場力作用從a點移動到b點所做的功,電壓的方向規定為從高電位指向低電位的方向。電壓的國際單位制為伏特(v,簡稱伏),常用的單位還有毫伏(mv)、微伏(μv)、千伏(kv)等。

此概念與水位高低所造成的「水壓」相似。需要指出的是,「電壓」一詞一般只用於電路當中,「電勢差」和「電位差」則普遍應用於一切電現象當中。

電壓是電路中自由電荷定向移動形成電流的原因。

電勢差(電壓差)的定義:

電荷q 在電場中從a點移動到b點,電場力所做的功wab與電荷量q 的比值,叫做ab兩點間的電勢差(ab兩點間的電勢之差,也稱為電位差),用uab表示,則有公式:

其中,wab為電場力所做的功,q為電荷量。

同時也可以利用電勢這樣定義

如果電壓的大小及方向都不隨時間變化,則稱之為穩恆電壓或恆定電壓,簡稱為直流電壓,用大寫字母u表示。如果電壓的大小及方向隨時間變化,則稱為變動電壓。對電路分析來說,一種最為重要的變動電壓是正弦交流電壓(簡稱交流電壓),其大小及方向均隨時間按正弦規律作週期性變化。

交流電壓的瞬時值要用小寫字母u或u(t)表示。在電路中提供電壓的裝置是電源。

單位:電壓在國際單位制中的主單位是伏特(v),簡稱伏,用符號v表示。[1]1伏特等於對每1庫侖的電荷做了1焦耳的功,即1 v = 1 j/c。

強電壓常用千伏(kv)為單位,弱小電壓的單位可以用毫伏(mv)微伏(μv)。

它們之間的換算關係是:

1kv=1000v

1v=1000mv

1mv=1000μv

三、兩者區別

電動勢和電壓雖然具有相同的單位,但它們是本質不同的兩個物理量。

(1)它們描述的物件不同:電動勢是電源具有的,是描述電源將其他形式的能量轉化為電能本領的物理量,電壓是反映電場力做功本領的物理量。

(2)物理意義不同:電動勢在數值上等於將單位電量正電荷從電源負極移到正極的過程中,其他形式的能量轉化成的電能的多少;而電壓在數值上等於移動單位電量正電荷時電場力作的功,就是將電能轉化成的其他形式能量的多少。它們都反映了能量的轉化,但轉化的過程是不一樣的。

(3)二者做功的力不同:電壓是電場中兩點間的電勢差值,電場力在電場中移動單位正電荷所做的功就是電勢差,即電壓,w=uq是電場力做的功,可見電壓u是與電場力做功相聯絡的.電動勢是反映電源非靜電力做功這種特性的,它的數值大小等於電源非靜電力從電源負極向正極移送單位正電荷所做的功.

在化學電源中非靜電力是與離子的溶解和沉澱過程相聯絡的化學作用;在溫差電源中非靜電力是與溫差和電子濃度相聯的擴散作用;在普通發電機中非靜電力的作用是電磁作用.電動勢羅二即q中的平就是諸如以上這些非靜電力所做的功,所以電動勢g是與非靜電力做功相聯絡的。

(4)能量的轉化過程不同:電壓是電勢能變化的量度,是將電場能轉化為電荷機械能的過程.由於電勢在數值上等於單位正電荷在電場中具有的電勢能,電場中存在電壓,正電荷可以在電場力作用下通過做功由高電勢移向低電勢處,電勢能減小.

電壓越高電勢能減小越大,那電勢能轉化為電荷運動機械能的值越大.與物體在重力場中自由下落重力勢能轉化為動能的情況相類似.而電動勢卻是非靜電力反抗電場力做功,轉化其他形式能量本領的量度.

在閉合電路中某種非靜電力作用在被移動的電荷上,增加了電荷的電勢能,在此其他形式的能如化學能、太陽能、熱能、機械能等轉化為電能.不同的電源這種由非靜電力做功轉化為電能的本領不同,所以電動勢也不同.如化學電源的電動勢決定於溶液跟極板的性質,發電機的電動勢決定於電樞、磁場和它們的相對運動。

(5)在電路中的因果關係不同:如果電路中沒有電源,即使有電壓,電流形成也很短暫,最後電壓也不會維持。沒有電源(電動勢),電流就如無源之水,電壓也不會穩定.

因此電路中各部分電壓的產生和維持都是以電動勢的存在為先決條件的.就拿兩個孤立帶電導體來看,也必須要先有非靜電性質的作用來遷移電荷,即必須先有電動勢,才談得上導體上有穩定持續的電勢差(電壓)。

(6)在給定電路中變與不變不同:對於乙個給定的電源,一經製好,電動勢就固定不變,與外電路是否接通無關,也與外電路的組成情況無關而電路中的電壓卻要因外電路電阻的改變而改變,如併聯支路數目增減、電阻變化時將引起電路各部分電流、電壓重新分配,電壓將發生變化至於外電路斷開時的路端電壓在數值上等於電源電動勢,也只是這種分配的乙個特殊結果,並不說明電壓就是電動勢。

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