電動(dòng)勢(shì)
鎖定
即電子運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，能夠克服導(dǎo)體
電阻對(duì)電流的阻力，使電荷在閉合的導(dǎo)體
回路中流動(dòng)的一種作用。這種作用來(lái)源于相應(yīng)的
物理效應(yīng)或
化學(xué)效應(yīng)，通常還伴隨著能量的轉(zhuǎn)換，因?yàn)殡娏髟趯?dǎo)體中(
超導(dǎo)體除外)流動(dòng)時(shí)要消耗能量，這個(gè)能量必須由產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的
能源補(bǔ)償。如果電動(dòng)勢(shì)只發(fā)生在導(dǎo)體回路的一部分區(qū)域中，就稱這部分區(qū)域?yàn)殡娫磪^(qū)。
電源區(qū)中也存在著電阻，稱為電源的內(nèi)阻。電源區(qū)之外部分導(dǎo)體回路中所消耗的能量，直接來(lái)源于導(dǎo)體中的電磁場(chǎng)，但是這時(shí)
電磁場(chǎng)的能量仍然來(lái)自電源。
E(ε)
簡(jiǎn)介
電動(dòng)勢(shì)是反映電源把其他形式的能轉(zhuǎn)換成電能的本領(lǐng)的物理量。電動(dòng)勢(shì)使電源兩端產(chǎn)生電壓。在電路中，電動(dòng)勢(shì)常用E表示。單位是伏（V）。
在電源內(nèi)部，非靜電力把正電荷從
負(fù)極板移到正極板時(shí)要對(duì)
電荷做功，這個(gè)做功的物理過(guò)程是產(chǎn)生電源電動(dòng)勢(shì)的本質(zhì)。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(nèi)部，非靜電力做功的過(guò)程是
能量相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程。
電動(dòng)勢(shì)的大小等于
非靜電力把單位
正電荷從電源的負(fù)極，經(jīng)過(guò)
電源內(nèi)部移到電源正極所作的功。如設(shè)
W為電源中非靜電力（電源力）把正電荷量
q從
負(fù)極經(jīng)過(guò)電源內(nèi)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(dòng)勢(shì)大小為：
。如：電動(dòng)勢(shì)為6伏說(shuō)明電源把1庫(kù)正電荷從負(fù)極經(jīng)內(nèi)電路移動(dòng)到正極時(shí)非靜電力
做功6焦。有6焦的其他其形式能轉(zhuǎn)換為電能。
電動(dòng)勢(shì)的方向規(guī)定為從電源的負(fù)極經(jīng)過(guò)電源內(nèi)部指向電源的正極，即與電源兩端電壓的方向相反。[1]
生成機(jī)制
電源的電動(dòng)勢(shì)是和非靜電力的功密切聯(lián)系的。非靜電力是指除靜電力外能對(duì)電荷流動(dòng)起作用的力，并非泛指靜電力外的一切作用力。不同電源非靜電力的來(lái)源不同，
能量轉(zhuǎn)換形式也不同。
化學(xué)電動(dòng)勢(shì)（干電池、
鈕扣電池、
蓄電池等）的非靜電力是一種
切割磁場(chǎng)而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。
與
離子的溶解和沉積過(guò)程相聯(lián)系的
化學(xué)作用，電動(dòng)勢(shì)的大小取決于化學(xué)作用的種類，與電源大小無(wú)關(guān)，如干電池?zé)o論1號(hào)、2號(hào)、5號(hào)電動(dòng)勢(shì)都是1.5伏。產(chǎn)生化學(xué)電動(dòng)勢(shì)的電池稱為化學(xué)電池或電化電池，例如：
銅鋅原電池，
電解質(zhì)溶液為
硫酸銅溶液。
感生電動(dòng)勢(shì)和
動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)（發(fā)電機(jī)）。發(fā)電機(jī)的非靜電力起源于磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用，即
洛倫茲力。
根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律：只要穿過(guò)回路的磁通量發(fā)生了變化，在回路中就會(huì)有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生。而實(shí)際上，引起
磁通量變化的原因不外乎兩條：其一是回路相對(duì)于磁場(chǎng)有運(yùn)動(dòng)；其二是回路在磁場(chǎng)中雖無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，但是磁場(chǎng)在空間的分布是隨時(shí)間變化的，將前一原因產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)稱為動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)，而后一原因產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)稱為感生電動(dòng)勢(shì)。[2]
感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小
（
為磁通量的變化量，
為時(shí)間，
為線圈匝數(shù)）[3]
光生電動(dòng)勢(shì)（光電池）的非靜電力來(lái)源于內(nèi)光電效應(yīng)。
在光照下，若入射光子的能量大于
禁帶寬度，半導(dǎo)體PN結(jié)附近被束縛的價(jià)電子吸收光子能量，受激發(fā)躍遷至導(dǎo)帶形成自由電子，而價(jià)帶則相應(yīng)地形成自由空穴。這些電子一空穴對(duì)，在內(nèi)電場(chǎng)的作用下，空穴移向P區(qū)，電子移向N區(qū)，使P區(qū)帶正電，N區(qū)帶負(fù)電，于是在P區(qū)和N區(qū)之間產(chǎn)生電壓，稱為光生電動(dòng)勢(shì)，這就是光伏特效應(yīng)。利用光伏特效應(yīng)制成的敏感元件有光電池、光敏二極管和光敏三極管等。[4]
壓電電動(dòng)勢(shì)（晶體壓電點(diǎn)火、晶體話筒等）來(lái)源于機(jī)械功造成的極化現(xiàn)象。
當(dāng)
電介質(zhì)（晶體）受到一定方向外力的作用而產(chǎn)生變形時(shí)，就會(huì)引起它內(nèi)部正負(fù)電荷中心相對(duì)轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生極化現(xiàn)象，從而導(dǎo)致在相應(yīng)的兩個(gè)表面上產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷，于是在兩個(gè)表面產(chǎn)生電壓，稱為壓電電動(dòng)勢(shì)；當(dāng)外力作用除去時(shí)，表面的電荷也隨之消失，又重新恢復(fù)不帶電狀態(tài)；當(dāng)外力作用方向改變時(shí)，電荷的極性也隨之改變。[5]
溫差電動(dòng)勢(shì)（溫差電源）的非靜電力是一種與溫度差和電子濃度差相聯(lián)系的
擴(kuò)散作用。
1821年德國(guó)物理學(xué)家塞貝克（T J Seeback）發(fā)現(xiàn)：當(dāng)兩種不同金屬導(dǎo)線組成閉合回路時(shí)，若在兩接頭維持一溫差，回路就有電流和電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，后來(lái)稱此為
塞貝克效應(yīng)。其中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱為溫差電動(dòng)勢(shì)述回路稱為
熱電偶。[6]
與路端電壓關(guān)系
理想電動(dòng)勢(shì)源不具有任何
內(nèi)阻，放電與充電不會(huì)浪費(fèi)任何電能。理想電動(dòng)勢(shì)源給出的電動(dòng)勢(shì)與其路端電壓相等。
在
實(shí)際應(yīng)用中，電動(dòng)勢(shì)源不可避免地有一定的
內(nèi)阻。實(shí)際電動(dòng)勢(shì)源的電阻可以視為一個(gè)理想電動(dòng)勢(shì)源串聯(lián)一個(gè)電阻為內(nèi)阻的電阻器。電源的電動(dòng)勢(shì)對(duì)一個(gè)固定電源來(lái)說(shuō)是不變的，而電源的路端電壓卻是隨外電路的負(fù)載而變化的。內(nèi)阻的大小取決于電動(dòng)勢(shì)源的大小、化學(xué)性質(zhì)、使用時(shí)間、溫度和
負(fù)載電流。
電源充電
在
電源被充電時(shí)，電源內(nèi)部的電流是從電源正極流向
負(fù)極，內(nèi)壓降的方向與電動(dòng)勢(shì)的方向相反，電源的電動(dòng)勢(shì)是反電動(dòng)勢(shì)，這時(shí)路端
電壓等于電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)壓降之和，即
，電路端電壓大于電動(dòng)勢(shì)。
電源放電
在電源放電的情況下，當(dāng)外電路中沒(méi)有反電動(dòng)勢(shì)時(shí)，路端電壓的
電源放電
變化規(guī)律服從含源電路的歐姆定律，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
，
為電源的內(nèi)電壓，也叫內(nèi)壓降。可得
，即
電流I的大小隨
外電阻R而變化。電流I增大時(shí)，內(nèi)壓降Ir增大，路端電壓U就減；反之，電流I減小時(shí)，路端電壓U就增大。[7]
電源斷開(kāi)
當(dāng)電源的外電路斷開(kāi)時(shí)，R可看作無(wú)限大，I變?yōu)榱，?nèi)壓降Ir也變?yōu)榱，這時(shí)電源內(nèi)部的非靜電力與靜電場(chǎng)力平衡。路端電壓等于電源的電動(dòng)勢(shì)。
測(cè)量方法
使用電壓表
電源的電動(dòng)勢(shì)可以用
電壓表測(cè)量。測(cè)量的時(shí)候，電源不要接到電路中去，用電壓表測(cè)量電源兩端的電壓，所得的電壓值就可以看作等于電源的電動(dòng)勢(shì)。如果電源接在電路中，用電壓表測(cè)得的電源兩端的電壓就會(huì)小于電源的電動(dòng)勢(shì)。這是因?yàn)殡娫从?a target="_blank" >內(nèi)電阻。在閉合的電路中，電流通過(guò)
內(nèi)電阻r有內(nèi)電壓降，通過(guò)
外電阻R有外電壓降。電源的電動(dòng)勢(shì)E等于內(nèi)電壓Ir和外電壓IR之和，即
。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，即使電源不接入電路，用電壓表測(cè)量電源兩端電壓，電壓表成了外電路，測(cè)得的電壓也小于電動(dòng)勢(shì)。但是，由于電壓表的
內(nèi)電阻很大，電源的內(nèi)電阻很小，內(nèi)電壓可以忽略。因此，電壓表測(cè)得的電源兩端的電壓是可以看作等于電源電動(dòng)勢(shì)的。
使用電位差計(jì)
當(dāng)有限電流通過(guò)時(shí)，在電池內(nèi)阻上要產(chǎn)生
電位降，從而使得兩極間的電位差較電池電動(dòng)勢(shì)要小。因此，只有在沒(méi)有電流通過(guò)電池時(shí)兩電極間的電位差才與電池電動(dòng)勢(shì)相等。在
精確測(cè)量時(shí)，不能直接用伏特計(jì)來(lái)測(cè)量一個(gè)電池的電動(dòng)勢(shì)，就是因?yàn)槭褂?a target="_blank" >伏特計(jì)時(shí)必須使有限的電流通過(guò)回路才能驅(qū)動(dòng)指針旋轉(zhuǎn)，所得結(jié)果必然不是電池的電動(dòng)勢(shì)，而只是電池兩極間的
路端電壓。
一般采用補(bǔ)償法測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)，常用的儀器為電位差計(jì)。電位差計(jì)是按照對(duì)消法測(cè)量原理而設(shè)計(jì)的一種平衡式電壓測(cè)量?jī)x器。它與標(biāo)準(zhǔn)電池、檢流計(jì)等相配合，成為電壓測(cè)量的基本儀器。[8]
其工作原理如下：
工作電源E，電阻R
AB，限流電阻R
P構(gòu)成的測(cè)量電路，其中電
電位差計(jì)測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)原理圖
流
。待測(cè)電源E
X與檢流計(jì)G組成分路，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器P使電流計(jì)G中電流為零，則E
X=V
AP=R
AP=I
0。波動(dòng)開(kāi)關(guān)K，改用標(biāo)準(zhǔn)電池E
S，再次調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使電流計(jì)G中電流為零，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)K
e測(cè)得滑動(dòng)變阻器電阻R
S，可得E
S=R
S×I
0，因此
。[9]
與電勢(shì)差區(qū)別
電動(dòng)勢(shì)與
電勢(shì)差（
電壓）是容易混淆的兩個(gè)概念。電動(dòng)勢(shì)是表示非靜電力把單位正電荷從
負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移到正極所做的功與
電荷量的比值；而電勢(shì)差則表示靜電力把單位正電荷從
電場(chǎng)中的某一點(diǎn)移到另一點(diǎn)所做的功與電荷量的比值。它們是完全不同的兩個(gè)概念。
雖然電動(dòng)勢(shì)與電勢(shì)差（電壓）有區(qū)別，但電動(dòng)勢(shì)和電勢(shì)差一樣都是標(biāo)量。對(duì)于給定的電源來(lái)說(shuō)，不管外電阻是多少，電源的電動(dòng)勢(shì)總是不變的，而電源的路端電壓則是隨著
外電阻的變化而變化的，它是表征外電路性質(zhì)的物理量。[10]
與電壓區(qū)別
電動(dòng)勢(shì)和電壓雖然具有相同的單位，但它們是本質(zhì)不同的兩個(gè)物理量。
（1）它們描述的對(duì)象不同：電動(dòng)勢(shì)是電源具有的，是描述電源將其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能本領(lǐng)的物理量，電壓是反映電場(chǎng)力做功本領(lǐng)的物理量[11]
。
（2）物理意義不同：電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于將單位電量正電荷從電源負(fù)極移到正極的過(guò)程中，其他形式的能量轉(zhuǎn)化成的電能的多少；而電壓在數(shù)值上等于移動(dòng)單位電量正電荷時(shí)電場(chǎng)力作的功，就是將電能轉(zhuǎn)化成的其他形式能量的多少。它們都反映了能量的轉(zhuǎn)化，但轉(zhuǎn)化的過(guò)程是不一樣的[11]
。
（3）二者做功的力不同：電壓是電場(chǎng)中兩點(diǎn)間的電勢(shì)差值,電場(chǎng)力在電場(chǎng)中移動(dòng)單位正電荷所做的功就是電勢(shì)差,即電壓,W=UQ是電場(chǎng)力做的功,可見(jiàn)電壓U是與電場(chǎng)力做功相聯(lián)系的.電動(dòng)勢(shì)是反映電源非靜電力做功這種特性的,它的數(shù)值大小等于電源非靜電力從電源負(fù)極向正極移送單位正電荷所做的功.在化學(xué)電源中非靜電力是與離子的溶解和沉淀過(guò)程相聯(lián)系的化學(xué)作用;在溫差電源中非靜電力是與溫差和電子濃度相聯(lián)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)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(dòng)勢(shì)g是與非靜電力做功相聯(lián)系的[12]
。
（4）能量的轉(zhuǎn)化過(guò)程不同：電壓是電勢(shì)能變化的量度,是將電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電荷機(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)中具有的電勢(shì)能,電場(chǎng)中存在電壓,正電荷可以在電場(chǎng)力作用下通過(guò)做功由高電勢(shì)移向低電勢(shì)處,電勢(shì)能減小.電壓越高電勢(shì)能減小越大,那電勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電荷運(yùn)動(dòng)機(jī)械能的值越大.與物體在重力場(chǎng)中自由下落重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的情況相類似.而電動(dòng)勢(shì)卻是非靜電力反抗電場(chǎng)力做功,轉(zhuǎn)化其他形式能量本領(lǐng)的量度.在閉合電路中某種非靜電力作用在被移動(dòng)的電荷上,增加了電荷的電勢(shì)能,在此其他形式的能如化學(xué)能、太陽(yáng)能、熱能、機(jī)械能等轉(zhuǎn)化為電能.不同的電源這種由非靜電力做功轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)不同,所以電動(dòng)勢(shì)也不同.如化學(xué)電源的電動(dòng)勢(shì)決定于溶液跟極板的性質(zhì),發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)決定于電樞、磁場(chǎng)和它們的相對(duì)運(yùn)動(dòng)[12]
。
（5）在電路中的因果關(guān)系不同：如果電路中沒(méi)有電源,即使有電壓,電流形成也很短暫,最后電壓也不會(huì)維持。沒(méi)有電源(電動(dòng)勢(shì)),電流就如無(wú)源之水,電壓也不會(huì)穩(wěn)定.因此電路中各部分電壓的產(chǎn)生和維持都是以電動(dòng)勢(shì)的存在為先決條件的.就拿兩個(gè)孤立帶電導(dǎo)體來(lái)看,也必須要先有非靜電性質(zhì)的作用來(lái)遷移電荷,即必須先有電動(dòng)勢(shì),才談得上導(dǎo)體上有穩(wěn)定持續(xù)的電勢(shì)差(電壓)[12]
。
（6）在給定電路中變與不變不同：對(duì)于一個(gè)給定的電源,一經(jīng)制好,電動(dòng)勢(shì)就固定不變,與外電路是否接通無(wú)關(guān),也與外電路的組成情況無(wú)關(guān)而電路中的電壓卻要因外電路電阻的改變而改變,如并聯(lián)支路數(shù)目增減、電阻變化時(shí)將引起電路各部分電流、電壓重新分配,電壓將發(fā)生變化至于外電路斷開(kāi)時(shí)的路端電壓在數(shù)值上等于電源電動(dòng)勢(shì),也只是這種分配的一個(gè)特殊結(jié)果,并不說(shuō)明電壓就是電動(dòng)勢(shì)[12
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