電學中經(jīng)??吹诫妱?、電位、電壓和電動勢這些物理量,它們的國際單位都是伏特(V),它們之間有什么聯(lián)系和區(qū)別呢?
電勢:
它是從靜電學中定義的,即在電場中某個位置的單位電荷所具有的電勢能,用數(shù)學表達式表示的話就是φ=ε/q,φ為電勢,ε為電勢能,q為電荷,或者說在電場中某個位置,如果1庫倫(C)的電荷在該點所具有的電勢能為1焦耳(J),那么這個位置所具有的電勢就是1伏特(V)。
顯然,不同的電場,在電場中不同的位置,電荷所具有的電勢是不同的,如下圖所示。
圖中可以示意:
1、等勢面就是電勢相等的一個平面;
2、正電荷電場中各點電勢為正,當遠離正電荷,電勢降低;
3、負電荷電場中各點電勢為負,遠離負電荷,電勢增高;
4、電勢的參考點一般取零電勢能點,比如無限遠處或者大地作為參考。
電位:
電位在數(shù)值上等于電場力把單位正電荷從電場中某點移到無限遠處所做的功。
電位是電勢的另一種說法。電勢主要從能量的角度去衡量,而電位主要從做功的角度去衡量,它們的大小都需要有一個零電勢點或零電位點作為參考點。
打個比喻,電勢和電位就像我們經(jīng)常說的某座山海拔多少米,指的是這座山以海平面為參考點,山峰相對參考點的高度。
電壓:
電壓就是兩個點的電位之差,也叫電位差,它是個絕對值,無需參考點。
就比如剛才說的某座山,電壓就如山峰與地面之間的高度差,山峰有個海拔高度,地面也有個海拔高度,兩個海拔高度之差就是我們通常所說的這座山的高度。
一般我們規(guī)定,電壓的方向是從高電位到低電位,即電壓降的方向。
電動勢:
電動勢是表示非靜電力(比如化學能、光能、磁場能等)克服電源內(nèi)部正負極間的電場力,源源不斷地把正電荷從負極經(jīng)電源內(nèi)部移到正極所做的功或把負電荷從正極經(jīng)電源內(nèi)部移到負極所做的功與電荷量的比值。
電動勢是反映一個電源把其它形式的能轉(zhuǎn)換成電能的能力或本領(lǐng)。電動勢使電源的兩端產(chǎn)生電壓,如果與外部電路組成回路,就形成了電流。
電動勢的方向規(guī)定為從電源的負極經(jīng)電源內(nèi)部指向電源的正極,與電源兩端電壓的方向相反。
一個電源,我們可以把它等效為一個電動勢和一個內(nèi)阻的串聯(lián)。電源的帶負載能力就取決于內(nèi)阻的大小,性能好的電源,內(nèi)阻小。