文档介绍：§4-4 电动势
一、非静电力电源
两个电势不相等的导体用导线连接时会产生电流(如电容器的放电)。但这电流很快就衰减、消失。
结论:仅靠静电力不可能维持恒定电流。(恒定电流的电流线是闭合曲线)
为了维持恒定电流,需要借助于“非静电力”的作用,它能将其它形式的能量(化学能、机械能、太阳能等)转化为电势能,从而将 B 板上的正电荷移到 A 板,维持极板间电势差不变。
能提供非静电力的装置称为电源。
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R
电源的类型很多,不同类型的电源中,形成非静电力的过程不同。在化学电池如干电池、蓄电池中,非静电力是与离子的溶解和沉积过程相联系的化学作用;在普通的发电机中,非静电力是电磁感应作用
非静电场强:
用FK表示电荷q所受的非静电力,仿照定义静电场强的方法,定义:非静电场强为单位正电荷所受的非静电力。用EK表示,则
在电源内部,EK的方向由电源的负极指向正极,对一确定的电源,EK的大小保持不变。
普遍的欧姆定律的微分形式:
在电源的外部只有静电场E;在电源内部,除了有静电场E之外,还有非静电场强EK , EK的方向与E的方向相反。因此,普遍的欧姆定律的微分形式应是
二、电动势
把正电荷从负极经过电源内部移送到正极的过程中,电源的非静电力要做功,对于不同的电源,搬运相同电荷,非静电力所作的功可能不同,我们引入电动势这个物理量来描述电源内部非静电力作功的本领。
把单位正电荷经电源内部从负极移到正极,非静电力所作的功称为电源的电动势:
(电源内)
(电源内)
(电动势定义的数学表达式)
(电源内)
以后我们会遇到在整个闭合回路上都有非静电力的情形()。这时无法区分“电源内部”和“电源外部”,我们就说整个闭合回路的电动势为
电动势是一个标量,其单位和电势的单位相同,为伏特(V),其大小只取决于电源本身的性质,与电源外电路的连接方式无关。为了使用方便,常规定电动势的方向为电源内部电势升高的方向,也即从负极指向正极。
表征电源的另一个重要参量是电源的内阻r,当有电流通过电源时,电阻r对电流也有阻碍作用,电势在r上也有降落,电能也会损失而使电源发热。
三、一段含源电路的欧姆定律
注意:一段电路和一条支路概念不同,一段电路可以包含有分岔点,由复杂电路中任意两点之间的各支路串接而成,因而各支路中电流强度不一定相等,一段含源电路的欧姆定律是含源支路欧姆定律的推广。
对于一段含源电路,其欧姆定律的表达式为
式中的符号法则规定为:
(1)UAB 表示选定方向为A→B,若UAB>0,表明电势降低,即UB<UA ;若UAB<0,表明电势升高,即UB>UA.
(2)若电阻中的电流方向与选定方向相同,则电势降落,电压取+IR;反之取-IR,对电源内阻r亦相同。
(3)若电动势的方向(负极指向正极)与选定方面相同,则电势升高,取+ε;反之,取-ε。
下图所示的电路,如果选定方向为A→B,则电势差UAB