电源和电动势

一、非静电力

观察一个实验，大容量的电容器事先已充电。K接通瞬间，可看到电流计的指针偏转，但很快回到零点，为什么？

V_A>V_B,正电荷从A→B与B上负电荷中和，结果,两板上的电荷逐渐减少，因而两极上的电位差逐渐减小，电流也逐渐减弱，最后V_A=V_B，要电流稳恒就得设法维持A、B两极的电位差不变，只有依靠某种与静电力本质上不同的非静电力，才能把正电荷逆着静电场的方向由低电位的B板移到高电位的A板，这与用水泵把水从低处抽到高处类似，水泵中必然有一种非重力起源的力。

电源：电源是能够提供非静电力的装置。电源都有两个极，电位高的叫正极，电位低的叫负极。换一个角度，从能量转化的观点来看，非静电力把正电荷由低电位处移到高电位处，要克服静电力作功，所消耗的能量是电源提供的，这说明电源是一种能量转化装置。例如：化学电源（干电池、蓄电池）是把化学能转化为电能；发电机是把机械能转化为电能；太阳能电池是把光能转化为电能；温差电池是把热能转化电能。所以讲：能够把其它形式的能量转化为电能的装置称为电源。

电源的工作过程：将前述电容器换成一个电源，电流计换成一个电阻元件，如图，在电源内部存在非静电力，用FK表示电荷q所受的非静电力，仿照定义静电场强的方法，定义：非静电场强为单位正电荷所受的非静电力。用EK表示,则，在电源内部，EK的方向由电源的负极指向正极，对一确定的电源，EK的大小保持不变。

　

未接通：电源处于开路状态，FK将正电荷从B经过电源内部送到正极A，结果正、负极分别积累正、负电荷，形成静电场E，一直到E EK=0时，移送过程暂时停止，达到平衡状态，这时，正、负极有一定的电位差。

接通后：正电荷从正极经过外电路流向负极B，形成电流，减小，于是，移送过程重新开始，使两极间的电位差保持不变。以上过程持续进行，在电路中就形成了稳定的闭合电流。

普遍的欧姆定律的微分形式为：

包括电源内部和电源外部

二、电动势

把正电荷从负极经过电源内部移送到正极的过程中，电源的非静电力要做功，对于不同的电源，搬运相同电荷，非静电力所作的功可能不同，我们引入电动势这个物理量来描述电源内部非静电力作功的本领。

电动势：把单位正电荷经电源内部从负极移到正极，非静电力所作的功称为电源的电动势。

一个电源的电动势具有一定的数值，它与电源本身的非静电场有关，而与静电场无关，因此电源一定，其电动势就一定，与外电路的性质以及是否接通都没有关系，是表征电源本身的特征量。电动势是标量，在电路中应视为代数量，我们规定E_K的方向为电动势的“方向”，电动势的单位与电位相同，也是伏特（V），有时我们无法区分“电源内部”和“电源外部”(例如感生电动势)，我们就说整个闭合回路的电动势为:，它更普遍。

三、一段含源电路的欧姆定律

注意：一段电路和一条支路概念不同，一段电路可以包含有分岔点，由复杂电路中任意两点之间的各支路串接而成，因而各支路中电流强度不一定相等，一段含源电路的欧姆定律是含源支路欧姆定律的推广。

把电源接到电路里，在一般情况下就会有电流I通过（平衡的补偿电路例外）。通过电源的电流方向有两种可能性：从负极到正极(放电)，或从正极到负极（充电）。在复杂电路中某个电源究竟在充电还是放电，往往难以一望而知，两种情形都可能出现。

现在我们来计算一个电源两端的电压（路端电压）。路端电压是静电力把单位正电荷从正极移到负极所作的功，即

我们选择积分路径通过电源内部

总

结起来，电源的路端电压公式为：

如图，从电路一端到电路另一端对稳恒电场的线积分:

U_AB= I₁R₂ ε₁-ε₂-I₂R₂-I₂R₃ ε₃

四、电动势的测量——电位差计

（1） 原理：平衡（或补偿）原理；

（2） 方法：比较法，将被测电压与标准电动势相比较；

（3） 利用电位差计测量电动势或电压的步骤：①校准工作电流；②测量。

（4） 利用电位差计测量电流：①测量附加电路中已知标准电阻的电压；②计算出电流。

（5） 利用电位差计测量电阻：①分别测量出附加电路中已知标准电阻和被测电阻的电压（电流不变）；②计算出电阻。

五、欧姆定律的三种形式

1、不含源电路的欧姆定律：从电阻一端到电阻另一端对稳恒电场的线积分；

2、含源电路的欧姆定律：从电路一端到电路另一端对稳恒电场的线积分；

3、全电路欧姆定律：沿电路一周对稳恒电场的线积分。