關于電源電動勢的幾點討論

[摘 要] 電荷克服導體電阻在閉合的回路中運動，推動這種運動的力量來源于相應的物理效應或化學效應，同時還伴隨著能量的轉換。電流在導體中流動時不停地消耗能量，但電路又及時補充了能量，這部分能量產生在被稱為電源區的區域，我們用電動勢來描述電源性質，電動勢的本質是做功的物理過程。

[關 鍵 詞] 電動勢；非靜電力；電勢；電勢差

[中圖分類號] G712 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2017）17-0100-01

在中職物理教學中電學是十分重要的組成部分，其中穩恒電路部分的內容更加重要，這部分知識需要運用歐姆定律計算包括電壓、電流、電阻在內的整個電路問題，其中有個非常重要的概念就是電動勢，我們現在就來講解關于電動勢的幾方面內容。

一、電源的工作原理

世界上常見到的能源如熱能、化學能、光能、機械能等，這些能源需轉化成電能來利用。電源就是一種換能器，是把這些能源轉換成電能的一種設備，現以干電池為例來說明電源的工作原理。

干電池是以碳棒為正極，以鋅筒為負極，把化學能轉變為電能供給外電路。普通干電池大都是錳鋅電池，中間是正極，是碳棒、外包石墨和二氧化錳的混合物；再外是一層很厚的電解質；最外層是金屬鋅皮做的筒，也就是負極。氯化氨與鋅的電解反應使電池放電，釋放出的電荷由石墨傳導給正碳棒，鋅筒表面上聚集了許多負電荷，聚集負電荷的鋅筒叫負極，我們把通過某種形式使正、負電荷分離，并使正電荷聚積到電源正極、負電荷聚積到電源負極的力叫非靜電力。非靜電力是一種與離子的溶解和沉積過程相聯系的化學作用，相反電荷在電場中受到的電場力叫靜電力。在非靜電力的作用下，電源正極不斷累積正電荷，負極不斷累積負電荷。

二、電動勢的定義及其物理意義

研究電動勢，一是從能量轉換的角度去研究，二是從相互作用力和做功角度去研究。我們現在從做功的角度來描述電動勢，在電源內部非靜電力作用下，電荷從負極被移送到正極，非靜電力做的功與電荷的電量比值叫電動勢，用公式來表示為：？著=■。

由于電源種類不同，非靜電力的屬性也不同。舉例來說，在電池中，化學作用產生非靜電力，在熱電偶中“電子氣”的擴散是非靜電力產生的源泉，而在電磁感應中又創生于磁場對運動電荷的作用，只要非靜電力性質發生改變，電動勢的物理性質也隨著改變。

電源的屬性決定電動勢的值，在發電機中線圈面積和匝數、轉子轉速和磁場強度決定電動勢的值，在化學電池中電解質的性質和極板決定電動勢，并且規定電動勢的方向是電勢增加的方向既從電源負極指向正極，電動勢只存在電源內部。這里需要強調的是無論外電路的電阻和電流怎樣變化，只要電源的屬性不變，電源電動勢大小始終不變，而且是個標量。

現在我們通俗地理解一下，我們知道如果一處位置高，一處位置低就會有水壓。我們用一臺水泵把低位中的水往高位的水庫中抽，由于有了高度差就有了水壓，而當從高位水庫中開溝條渠后水就會流到低位水庫中，水泵一直不停地往高位水庫中抽，這樣水流就不停地流。在這里低位相當于負極，高位相當正極，開溝條渠相當導線，水泵就是電源，抽水力就是非靜電力，它可以把化學能、光能、機械能轉換成非靜電力，不停地把正電荷往正極中抽，就這樣電路一直工作著，而這個功就是電動勢。

三、電勢、電勢差、電動勢的聯系和區別

要想掌握好電動勢的概念，必須深刻理解電勢、電勢差和電動勢這三個物理量之間的聯系與區別，下面先談它們的區別。

1.電勢是描述電場特性的物理量，電勢有大小，無方向，是標量；電荷在電流作用下做功與運動軌跡無關；電勢有正、負，電勢的值與零電勢的選擇有關，電勢是勢函數。

2.電勢差是電場中任意兩點間的電勢之差，電勢差也有正、負，電勢差的大小與零電勢的選擇無關，是評定電能轉換成其他能量的量。

3.電動勢只描述電源特征，與外電路的狀態無關，電動勢是衡量其他能量轉換成電能特性的量，值永遠為正。

4.自由電荷在電勢差作用下在電路中做定向移動，最終中和正、負電荷，使電勢差最終為零；在電源內部電動勢卻把正、負電荷分離開來，建立并維持一定的電勢差。

這三個物理量之間相互依賴，其數量關系為三者單位都是伏特，由于電路中的電勢不是絕對量而是相對參考量，因此任意位置的電勢的值可以看成是與取零電勢位置的電勢之差，所以在本質上電勢和電勢差沒有差異。

總之，電動勢的概念相對抽象，作為教學中的一個難點，要求我們在設計教學時要從介紹各種電源入手，使學生清楚電源的共同特性，熟悉各種電源原理，了解電源工作過程，引導學生深入探討電路中產生持續穩定電流原因，得出電源內部存在非靜電力的作用。在討論非靜電力做功是將其他的能轉化為電能的過程中引入電動勢概念，并適時介紹外電路和內電路的意義，還要通過實驗讓學生直觀感受到電源存在內電阻。各種產生電動勢的情況比較復雜，教師應結合學生的特點，從電動勢產生的原理去講授，這樣才能為后續內容的學習打下良好的基礎。

參與文獻：

[1]胡玉濤.對幾種典型電源非靜電力的探析[J].考試周刊，2011（8）.

[2]馮建平.中專物理電源電動勢教學方法論[J].課程教育研究，2014（1）.