外電路的電勢(shì)降落,也就是外電路兩端的電壓,通常叫做路端電壓
電動(dòng)勢(shì)、電壓、路端電壓
孟昭輝
電動(dòng)勢(shì)是描述電源性質(zhì)的重要物理量.電源的電動(dòng)勢(shì)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(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.電源的電動(dòng)勢(shì)正是由此定義的,即非靜電力把正電荷從負(fù)極移到正極所做的功與該電荷電量的比值,稱電源的電動(dòng)勢(shì).用公式表示為
E＝W／q
由上式可知,電動(dòng)勢(shì)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(shí)所做的功.
電動(dòng)勢(shì)與電勢(shì)差（電壓）是容易混淆的兩個(gè)概念.前面已講過(guò),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；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.它們是完全不同的兩個(gè)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(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.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(duì)于確定的電源來(lái)說(shuō),電動(dòng)勢(shì)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(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.
在電源放電的情況下,當(dāng)外電路中沒有反電動(dòng)勢(shì)時(shí),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(shí),I減小,U增大；R減小時(shí),I增大,U減小.當(dāng)外電路斷開時(shí),R變?yōu)闊o(wú)限大,I 變?yōu)榱?內(nèi)壓降Ir也變?yōu)榱?這時(shí)路端電壓等于電源的電動(dòng)勢(shì).
但是不能認(rèn)為路端電壓一定小于電動(dòng)勢(shì).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U＝E＋I(xiàn)r,路端電壓大于電動(dòng)勢(shì).