關(guān)于電源電動(dòng)勢的幾點(diǎn)討論

[摘 要] 電荷克服導(dǎo)體電阻在閉合的回路中運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)這種運(yùn)動(dòng)的力量來源于相應(yīng)的物理效應(yīng)或化學(xué)效應(yīng)，同時(shí)還伴隨著能量的轉(zhuǎn)換。電流在導(dǎo)體中流動(dòng)時(shí)不停地消耗能量，但電路又及時(shí)補(bǔ)充了能量，這部分能量產(chǎn)生在被稱為電源區(qū)的區(qū)域，我們用電動(dòng)勢來描述電源性質(zhì)，電動(dòng)勢的本質(zhì)是做功的物理過程。

[關(guān) 鍵 詞] 電動(dòng)勢；非靜電力；電勢；電勢差

[中圖分類號(hào)] G712 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 2096-0603（2017）17-0100-01

在中職物理教學(xué)中電學(xué)是十分重要的組成部分，其中穩(wěn)恒電路部分的內(nèi)容更加重要，這部分知識(shí)需要運(yùn)用歐姆定律計(jì)算包括電壓、電流、電阻在內(nèi)的整個(gè)電路問題，其中有個(gè)非常重要的概念就是電動(dòng)勢，我們現(xiàn)在就來講解關(guān)于電動(dòng)勢的幾方面內(nèi)容。

一、電源的工作原理

世界上常見到的能源如熱能、化學(xué)能、光能、機(jī)械能等，這些能源需轉(zhuǎn)化成電能來利用。電源就是一種換能器，是把這些能源轉(zhuǎn)換成電能的一種設(shè)備，現(xiàn)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(fù)極，把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芄┙o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(zhì)；最外層是金屬鋅皮做的筒，也就是負(fù)極。氯化氨與鋅的電解反應(yīng)使電池放電，釋放出的電荷由石墨傳導(dǎo)給正碳棒，鋅筒表面上聚集了許多負(fù)電荷，聚集負(fù)電荷的鋅筒叫負(fù)極，我們把通過某種形式使正、負(fù)電荷分離，并使正電荷聚積到電源正極、負(fù)電荷聚積到電源負(fù)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(lián)系的化學(xué)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(fù)極不斷累積負(fù)電荷。

二、電動(dòng)勢的定義及其物理意義

研究電動(dòng)勢，一是從能量轉(zhuǎn)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(xiàn)在從做功的角度來描述電動(dòng)勢，在電源內(nèi)部非靜電力作用下，電荷從負(fù)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(dòng)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(xué)作用產(chǎn)生非靜電力，在熱電偶中“電子氣”的擴(kuò)散是非靜電力產(chǎn)生的源泉，而在電磁感應(yīng)中又創(chuàng)生于磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用，只要非靜電力性質(zhì)發(fā)生改變，電動(dòng)勢的物理性質(zhì)也隨著改變。

電源的屬性決定電動(dòng)勢的值，在發(fā)電機(jī)中線圈面積和匝數(shù)、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和磁場強(qiáng)度決定電動(dòng)勢的值，在化學(xué)電池中電解質(zhì)的性質(zhì)和極板決定電動(dòng)勢，并且規(guī)定電動(dòng)勢的方向是電勢增加的方向既從電源負(fù)極指向正極，電動(dòng)勢只存在電源內(nèi)部。這里需要強(qiáng)調(diào)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(dòng)勢大小始終不變，而且是個(gè)標(biāo)量。

現(xiàn)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(huì)有水壓。我們用一臺(tái)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(dāng)從高位水庫中開溝條渠后水就會(huì)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(dāng)于負(fù)極，高位相當(dāng)正極，開溝條渠相當(dāng)導(dǎo)線，水泵就是電源，抽水力就是非靜電力，它可以把化學(xué)能、光能、機(jī)械能轉(zhuǎn)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(gè)功就是電動(dòng)勢。

三、電勢、電勢差、電動(dòng)勢的聯(lián)系和區(qū)別

要想掌握好電動(dòng)勢的概念，必須深刻理解電勢、電勢差和電動(dòng)勢這三個(gè)物理量之間的聯(lián)系與區(qū)別，下面先談它們的區(qū)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(biāo)量；電荷在電流作用下做功與運(yùn)動(dòng)軌跡無關(guān)；電勢有正、負(fù)，電勢的值與零電勢的選擇有關(guān)，電勢是勢函數(shù)。

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

3.電動(dòng)勢只描述電源特征，與外電路的狀態(tài)無關(guān)，電動(dòng)勢是衡量其他能量轉(zhuǎn)換成電能特性的量，值永遠(yuǎn)為正。

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

這三個(gè)物理量之間相互依賴，其數(shù)量關(guān)系為三者單位都是伏特，由于電路中的電勢不是絕對(duì)量而是相對(duì)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(zhì)上電勢和電勢差沒有差異。

總之，電動(dòng)勢的概念相對(duì)抽象，作為教學(xué)中的一個(gè)難點(diǎn)，要求我們?cè)谠O(shè)計(jì)教學(xué)時(shí)要從介紹各種電源入手，使學(xué)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(dǎo)學(xué)生深入探討電路中產(chǎn)生持續(xù)穩(wěn)定電流原因，得出電源內(nèi)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(zhuǎn)化為電能的過程中引入電動(dòng)勢概念，并適時(shí)介紹外電路和內(nèi)電路的意義，還要通過實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生直觀感受到電源存在內(nèi)電阻。各種產(chǎn)生電動(dòng)勢的情況比較復(fù)雜，教師應(yīng)結(jié)合學(xué)生的特點(diǎn)，從電動(dòng)勢產(chǎn)生的原理去講授，這樣才能為后續(xù)內(nèi)容的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

參與文獻(xiàn)：

[1]胡玉濤.對(duì)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(dòng)勢教學(xué)方法論[J].課程教育研究，2014（1）.