路端電壓

電動勢與路端電壓的異同

電動勢與電勢差（電壓）是容易混淆的兩個概念。前面已講過，電動勢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；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。它們是完全不同的兩個概念。

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(fù)極所做的功。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(fù)載而變化的。它的變化規(guī)律服從含源電路的歐姆定律，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為

U=E－Ir

式中U為路端電壓，Ir為電源的內(nèi)電壓，也叫內(nèi)壓降。對于確定的電源來說，電動勢E和內(nèi)電阻r都是一定的，從上式可以看出，路端電壓U跟電路中的電流有關(guān)系。電流I增大時，內(nèi)壓降Ir增大，路端電壓U就減??；反之，電流I減小時，路端電壓U就增大。

在電源放電的情況下，當(dāng)外電路中沒有反電動勢時，路端電壓U=IR（R是外電路的總電阻）。根據(jù)含源電路的歐姆定律可得I=E/（R r），即電流I的大小隨外電阻R而變化。因此，路端電壓U也隨外電阻R而變化。R增大時，根據(jù)I=E/(R r），I減小，根據(jù)U=E-Ir，U增大；同理R減小時，I增大，U減小。當(dāng)外電路斷開時，R變?yōu)闊o限大，I變?yōu)榱悖瑑?nèi)壓降Ir也變?yōu)榱?，這時路端電壓等于電源的電動勢。

但是不能認(rèn)為路端電壓一定小于電動勢。在電源被充電時，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(nèi)壓降之和，即U=E Ir，路端電壓大于電動勢。2100433B

電動勢是描述電源性質(zhì)的重要物理量。電源的電動勢是和非靜電力的功密切聯(lián)系的。所謂非靜電力，主要是指化學(xué)力和磁力。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(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，非靜電力做功的過程是能量相互轉(zhuǎn)化的過程。電源的電動勢正是由此定義的，即非靜電力把電子從正極移到負(fù)極極所做的功與該電荷電量的比值，稱電源的電動勢。用公式表示為

E=W/q

由上式可知，電動勢的物理意義為，在電源內(nèi)部，非靜電力把單位正電荷從負(fù)極移送到正極時所做的功。

電動勢是對電源而言，它就是電源把單位正電荷從負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移到正極時，非靜電力所做的功；電壓是針對一般電路中的兩個點而說的，即某段電路兩端的電壓，也就是電場力把單位正電荷從某點沿電路移到另一點時，所做的功。實際電路中：電源電動勢約等于電路的開路電壓；路端電壓是指電源外電路兩端的實際電壓，其又有開路端電壓（簡稱開路電壓）和閉路端電壓（簡稱端電壓）之分。電壓表不能直接測量電源的電動勢，而實際測量開路電壓時，電壓表的內(nèi)阻不可能無窮大（未真正開路），所測結(jié)果存在一定誤差。

電源的電動勢

全電路的歐姆定律：

其中

簡而言之，電源電動勢描述非靜電力（電池內(nèi)的化學(xué)能）做功的能力；路端電壓描述靜電力（電場能）在外電路做功的能力。當(dāng)開路

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(fù)極所做的功。對于確定的電源來說，電動勢E和內(nèi)電阻r都是一定的。

理想電動勢源不具有任何內(nèi)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(yīng)用中，電動勢源不可避免地有一定的內(nèi)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(nèi)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(fù)載而變化的。內(nèi)阻的大小取決于電動勢源的大小、化學(xué)性質(zhì)、使用時間、溫度和負(fù)載電流。

電動勢電源充電

在電源被充電時，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(nèi)壓降之和，即

電動勢電源放電

在電源放電的情況下，當(dāng)外電路中沒有反電動勢時，路端電壓的變化規(guī)律服從含源電路的歐姆定律，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

電動勢電源斷開

當(dāng)電源的外電路斷開時，R可看作無限大，I變?yōu)榱?，?nèi)壓降Ir也變?yōu)榱悖@時電源內(nèi)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。

端電壓指電源正負(fù)兩極之間的電壓，又稱路端電壓或端壓。它等于電場力沿外電路把單位正電荷從電源正極移動到電源負(fù)極所作的功。即等于外電路上的電壓降

路端電壓有開路端電壓和閉路端電壓之分，都用字母