二 、电源电动势

1.电源中的非静电力

如图1-27所示为一个简单的电源（电池）工作原理示意图。图1-27a表示两个带异种电荷的A、B极板，在电场中，如果没有其他力的作用，正电荷在电场力的作用下只能从高电位极A板向低电位极B板移动（在金属导体中是负电荷即电子，从低电位极B板向高电位极A板移动）。当正电荷由极板A经过灯泡移到极板B时，与极板B上的负电荷中和，使A、B极板上聚集的正、负电荷数目逐渐减少，两极板之间的电位差也随之减少，电流随之减小，直到正、负电荷完全中和，电流中断。因此，图1-27a所示只能提供瞬间电流，无实用价值。

图1-27 电源（电池）工作原理示意图

a）提供瞬间电流 b）提供持续电流

要保证电路中有持续不断的电流，A、B极板之间必须有一个本质上完全不同于静电性质且与电场力F₁的方向完全相反的非静电力F₂存在，非静电力F₂能够克服电场力F₁，把正电荷从B极板源源不断地移到A极板，保证A、B两极板间具有一定的电压，电路中有持续不断的电流。如图1-27b所示电源（电池）就是能够借助内部的化学反应（不断地分离正、负电荷）来提供这种非静电力作用的装置。这种存在于电源内部的非静电性质的力F₂称为非静电力。由于它存在于电源之中，因此也称为电源力。

电源是一种能够不断地把其他形式的能量转变为电能的装置。它并不创造能量，也不创造电荷，只是对电荷的一种搬运。

总而言之，电源是提供电压的装置，电压是形成电流的原因，而电源力是电源工作的根本。

2.电源的电动势

在电源内部，电源力不断把正电荷从低电位移到高电位。在这个过程中，电源力要反抗电场力做功，这个做功的过程就是电源将其他形式的能（如机械能、化学能和核能等）转换成电能的过程。对于不同的电源，电源力做功的性质和大小不同，衡量电源力做功大小的物理量称作电动势。

在电源内部，电源力把正电荷从低电位（负极板）移到高电位（正极板）时，反抗电场力所做的功与被移动电荷的电荷量的比值，称为电源的电动势，用公式表示为

式中 W——电源力移动正电荷做的功，单位为J；

q——电源力移动的电荷量，单位为C；

E——电源电动势，单位为V。

电源内部存在着电动势，电动势使电源两端产生电压，即能够对外提供一定的电压。电源的电动势完全由电源本身的性质（如材料、工作方式等）决定，与电源外部的电路无关。

3.电动势的方向

电动势是反映电源内非静电力（电源力）做功本领的物理量，因而是个标量。这个标量可取正值也可取负值，它表征非静电力做正功还是做负功。因为，电源内部的非静电力是由负极指向正极的，所以非静电力做正功的方向也由电源内部的负极指向正极。通常把非静电力做正功的方向规定为电动势的方向。因此，电源电动势的方向规定为由电源内部的负极（低电位）指向正极（高电位），如图1-28所示。

接通图1-28所示的电路后，在电源内部电路中，电源力移动正电荷形成电流，电流的方向从电源负极指向正极；在电源外部的电路中，电场力移动正电荷形成电流，电流方向从电源正极指向负极。

图1-28 电动势、电流和电压的方向

应该注意，电动势与电压是两个物理意义完全不同的物理量。电动势存在于电源的内部，是衡量电源力做功本领的物理量，其大小等于非静电力把正电荷从电源负极经电源内部移到电源正极所做的功与电荷量的比值；电压存在于电源的内、外部，是衡量电场力做功本领的物理量，其大小等于静电力把正电荷从电场中的某一点移到另一点所做的功与电荷量的比值。电动势的方向由电源内部的负极指向正极，即电位升高的方向；电压的方向总是由电源正极指向负极，即电位降低的方向。

4.电动势大小的近似测量

电源的电动势在数值上等于电源没有接入电路时电源两极间的电压。因此，可以用电压表直接测量电源的电动势，如图1-29所示。但这种测量只能测得一个近似值，且它总是略小于电源电动势的准确值。而且电压表的内阻越大，测得的电压值就越接近电动势的值。

图1-29 电动势大小的近似测量

【例1-6】电动势为20V的电源向外供电，已知电源力在1min内移动120C的电荷量，求：1）这个电源提供的电流是多大？2）电源提供了多少电能？

解：1）电源提供的电流为

2）电源提供的电能为

W=q^E=120×20J=2400J

实训与思考5

◆用干电池一节、蓄电池一个、电压表一个、连接线两根，按图1-30所示，测量电池和蓄电池的电动势大小。

◆测得的干电池电动势是____V，蓄电池电动势是____V。

图1-30 测量电源电动势