在如图 1-4 所示的电路中,干电池起到了水路中泵的作用。干电池内的化学力具有持续提供电能的能力,保证电流不断流动。干电池等称为电源。这种电源内部的力叫做电源力,电源力在单位时间内将正电荷从电源负极移送到正极,所做的功叫做电动势。
电动势是产生和维持电路中电压的保证。一旦电源电动势耗尽,电路就会失去电压,就不再有电流产生。例如,在如图 1-1 所示的小实验中,当换上已用过的无电电池后,合上开关,电灯泡不亮,就是这个道理。
电动势等于在电源内部电源力将正电荷由低电位(负极)移到高电位(正极)做的功与被移动电荷电荷量的比值。即
式中,电源力所做的功 W 的单位为焦耳(J);电荷量 q 的单位为库仑(C);电动势 E 的单位为伏特(V)。
电动势是衡量电源的电源力大小(即做功本领)及其方向的物理量。
规定电动势的方向是由电源的负极(低电位)指向正极(高电位)。在电源内部,电源力移动正电荷形成电流,电流由低电位(负极)流向高电位(正极);在电源外部电路中,电场力移动正电荷形成电流,电流由高电位(正极)流向低电位(负极),如图 1-9 所示。
直流电动势的图形符号如图 1-10 所示。
图 1-9 电动势的方向示意图
图 1-10 直流电动势的图形符号
(1)电动势既有大小,又有方向。其大小在数值上等于电源正负极之间的电位差,电动势与电压的实际方向相反。
(2)电源电动势由电源本身决定,与外电路的性质及通断状况无关。
(3)每个电源都有一定的电动势,但不同的电源,其电动势则不一定相同。
(4)对一个电源来说,既有电动势,又有路端电压。电动势只存在于电源内部,其方向是由负极指向正极;路端电压只存在于电源外部,其方向是由正极指向负极。一般情况下,电源的路端电压总是小于电源内部的电动势,只有当电源开路时,电源的路端电压才与电源的电动势相等。
(1)相同点:电压和电动势的单位相同,都是伏特。
(2)不同点如下。
①物理意义不同:电动势和电压是两个物理意义完全不同的物理量,电动势是衡量电源力(非静电场力)做功本领的物理量;电压是衡量电场力做功本领的物理量。
②存在方式不同:电压存在于电源的内部和外部;电动势仅存在于电源内部,在数值上等于电源两端的开路电压(即电源两端不接负载时的电压)。
③方向规定不同:电动势的方向是从负极指向正极,即电位升高的方向;电压的方向是从正极指向负极,即电位降低的方向。