電動勢
鎖定
即電子運動的趨勢，能夠克服導體
電阻對電流的阻力，使電荷在閉合的導體
回路中流動的一種作用。這種作用來源于相應的
物理效應或
化學效應，通常還伴隨著能量的轉換，因為電流在導體中(
超導體除外)流動時要消耗能量，這個能量必須由產(chǎn)生電動勢的
能源補償。如果電動勢只發(fā)生在導體回路的一部分區(qū)域中，就稱這部分區(qū)域為電源區(qū)。
電源區(qū)中也存在著電阻，稱為電源的內阻。電源區(qū)之外部分導體回路中所消耗的能量，直接來源于導體中的電磁場，但是這時
電磁場的能量仍然來自電源。
E(ε)
簡介
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(chǎn)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(chǎn)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。
電動勢的大小等于
非靜電力把單位
正電荷從電源的負極，經(jīng)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(jīng)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(jīng)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(guī)定為從電源的負極經(jīng)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。[1]
生成機制
電源的電動勢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電荷流動起作用的力，并非泛指靜電力外的一切作用力。不同電源非靜電力的來源不同，
能量轉換形式也不同。
化學電動勢（干電池、
鈕扣電池、
蓄電池等）的非靜電力是一種
切割磁場而產(chǎn)生電動勢。
與
離子的溶解和沉積過程相聯(lián)系的
化學作用，電動勢的大小取決于化學作用的種類，與電源大小無關，如干電池無論1號、2號、5號電動勢都是1.5伏。產(chǎn)生化學電動勢的電池稱為化學電池或電化電池，例如：
銅鋅原電池，
電解質溶液為
硫酸銅溶液。
感生電動勢和
動生電動勢（發(fā)電機）。發(fā)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。
根據(jù)法拉第電磁感應定律：只要穿過回路的磁通量發(fā)生了變化，在回路中就會有感應電動勢產(chǎn)生。而實際上，引起
磁通量變化的原因不外乎兩條：其一是回路相對于磁場有運動；其二是回路在磁場中雖無相對運動，但是磁場在空間的分布是隨時間變化的，將前一原因產(chǎn)生的感應電動勢稱為動生電動勢，而后一原因產(chǎn)生的感應電動勢稱為感生電動勢。[2]
感應電動勢的大小
（
為磁通量的變化量，
為時間，
為線圈匝數(shù)）[3]
光生電動勢（光電池）的非靜電力來源于內光電效應。
在光照下，若入射光子的能量大于
禁帶寬度，半導體PN結附近被束縛的價電子吸收光子能量，受激發(fā)躍遷至導帶形成自由電子，而價帶則相應地形成自由空穴。這些電子一空穴對，在內電場的作用下，空穴移向P區(qū)，電子移向N區(qū)，使P區(qū)帶正電，N區(qū)帶負電，于是在P區(qū)和N區(qū)之間產(chǎn)生電壓，稱為光生電動勢，這就是光伏特效應。利用光伏特效應制成的敏感元件有光電池、光敏二極管和光敏三極管等。[4]
壓電電動勢（晶體壓電點火、晶體話筒等）來源于機械功造成的極化現(xiàn)象。
當
電介質（晶體）受到一定方向外力的作用而產(chǎn)生變形時，就會引起它內部正負電荷中心相對轉移而產(chǎn)生極化現(xiàn)象，從而導致在相應的兩個表面上產(chǎn)生符號相反的電荷，于是在兩個表面產(chǎn)生電壓，稱為壓電電動勢；當外力作用除去時，表面的電荷也隨之消失，又重新恢復不帶電狀態(tài)；當外力作用方向改變時，電荷的極性也隨之改變。[5]
溫差電動勢（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
擴散作用。
1821年德國物理學家塞貝克（T J Seeback）發(fā)現(xiàn)：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，回路就有電流和電動勢產(chǎn)生，后來稱此為
塞貝克效應。其中產(chǎn)生的電動勢稱為溫差電動勢述回路稱為
熱電偶。[6]
與路端電壓關系
電源的
路端電壓是指電源加在外電路兩端的電壓，是靜電力把單位正電荷從正極經(jīng)外電路移到負極所做的功。對于確定的
電源來說，
電動勢E和
內電阻r都是一定的。
理想電動勢源不具有任何
內阻，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壓相等。
在
實際應用中，電動勢源不可避免地有一定的
內阻。實際電動勢源的電阻可以視為一個理想電動勢源串聯(lián)一個電阻為內阻的電阻器。電源的電動勢對一個固定電源來說是不變的，而電源的路端電壓卻是隨外電路的負載而變化的。內阻的大小取決于電動勢源的大小、化學性質、使用時間、溫度和
負載電流。
電源充電
在
電源被充電時，電源內部的電流是從電源正極流向
負極，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
電壓等于電動勢與內壓降之和，即
，電路端電壓大于電動勢。
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)學表達式為：
，
為電源的內電壓，也叫內壓降。可得
，即
電流I的大小隨
外電阻R而變化。電流I增大時，內壓降Ir增大，路端電壓U就減小；反之，電流I減小時，路端電壓U就增大。[7]
電源斷開
當電源的外電路斷開時，R可看作無限大，I變?yōu)榱悖瑑葔航礗r也變?yōu)榱，這時電源內部的非靜電力與靜電場力平衡。路端電壓等于電源的電動勢。
測量方法
使用電壓表
電源的電動勢可以用
電壓表測量。測量的時候，電源不要接到電路中去，用電壓表測量電源兩端的電壓，所得的電壓值就可以看作等于電源的電動勢。如果電源接在電路中，用電壓表測得的電源兩端的電壓就會小于電源的電動勢。這是因為電源有
內電阻。在閉合的電路中，電流通過
內電阻r有內電壓降，通過
外電阻R有外電壓降。電源的電動勢E等于內電壓Ir和外電壓IR之和，即
。嚴格來說，即使電源不接入電路，用電壓表測量電源兩端電壓，電壓表成了外電路，測得的電壓也小于電動勢。但是，由于電壓表的
內電阻很大，電源的內電阻很小，內電壓可以忽略。因此，電壓表測得的電源兩端的電壓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，在電池內阻上要產(chǎn)生
電位降，從而使得兩極間的電位差較電池電動勢要小。因此，只有在沒有電流通過電池時兩電極間的電位差才與電池電動勢相等。在
精確測量時，不能直接用伏特計來測量一個電池的電動勢，就是因為使用
伏特計時必須使有限的電流通過回路才能驅動指針旋轉，所得結果必然不是電池的電動勢，而只是電池兩極間的
路端電壓。
一般采用補償法測電池的電動勢，常用的儀器為電位差計。電位差計是按照對消法測量原理而設計的一種平衡式電壓測量儀器。它與標準電池、檢流計等相配合，成為電壓測量的基本儀器。[8]
其工作原理如下：
工作電源E，電阻R
AB，限流電阻R
P構成的測量電路，其中電
電位差計測量電源電動勢原理圖
流
。待測電源E
X與檢流計G組成分路，調節(jié)滑動變阻器P使電流計G中電流為零，則E
X=V
AP=R
AP=I
0。波動開關K，改用標準電池E
S，再次調節(jié)滑動變阻器使電流計G中電流為零，斷開開關K
e測得滑動變阻器電阻R
S，可得E
S=R
S×I
0，因此
。[9]
與電勢差區(qū)別
電動勢與
電勢差（
電壓）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
負極經(jīng)電源內部移到正極所做的功與
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。
雖然電動勢與電勢差（電壓）有區(qū)別，但電動勢和電勢差一樣都是標量。對于給定的電源來說，不管外電阻是多少，電源的電動勢總是不變的，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的物理量。[10]
與電壓區(qū)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）它們描述的對象不同：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[11]
。
（2）物理意義不同：電動勢在數(shù)值上等于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(shù)值上等于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[11]
。
（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(lián)系的.電動勢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淀過程相聯(lián)系的化學作用;在溫差電源中非靜電力是與溫差和電子濃度相聯(lián)的擴散作用;在普通發(fā)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(lián)系的[12]
。
（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.由于電勢在數(shù)值上等于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于溶液跟極板的性質,發(fā)電機的電動勢決定于電樞、磁場和它們的相對運動[12]
。
（5）在電路中的因果關系不同：如果電路中沒有電源,即使有電壓,電流形成也很短暫,最后電壓也不會維持。沒有電源(電動勢),電流就如無源之水,電壓也不會穩(wěn)定.因此電路中各部分電壓的產(chǎn)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(wěn)定持續(xù)的電勢差(電壓)[12]
。
（6）在給定電路中變與不變不同：對于一個給定的電源,一經(jīng)制好,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,如并聯(lián)支路數(shù)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(fā)生變化至于外電路斷開時的路端電壓在數(shù)值上等于電源電動勢,也只是這種分配的一個特殊結果,并不說明電壓就是電動勢[12
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