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电动势公式及推导(电流与电动势)

170次浏览     发布时间:2022-11-25 20:48:13    

1 电流

在导体的两端加上电压,导体内的电子就会在电场力的作用下做定向运动,形成电流。电流的方向规定为电子(负电荷)运动的反方向,即电流的方向与电子运动的方向相反。

图1-1为由电池、开关、灯泡组成的电路模型,当开关闭合时,电路形成通路,电池的

电动势形成电压,继而产生了电场力,在电场力的作用下,处于电场内的电子便会定向移动,从而形成电流。

图1-1 由电池、开关、灯泡组成的电路模型

提示说明

电流的大小称为电流强度,它是指在单位时间内通过导体横截面的电荷量。电流强度使用字母“I”(或i)来表示,电荷量使用“Q”表示。若在时间t(s)内通过导体横截面的电荷量是Q,则电流强度可用下式计算:

电流强度的单位为安培,简称安,用字母“A”表示。根据不同的需要,还可以用千安(kA)、毫安(mA)和微安(μA)来表示。它们之间的关系为

1kA =1000A 1mA=10-3A 1μA=10-6A

2 电动势

电动势是描述电源性质的重要物理量,用字母“E”表示,单位为“V”(伏特,简称伏)。它是表示单位正电荷经电源内部,从负极移动到正极所做的功,标志着电源将其他形式的能量转换成电路的动力,即电源供应电路的能力。

电动势用公式表示,即

式中,E为电动势,单位为伏特(V);W为将正电荷经电源内部从负极引到正极所做的功,单位为焦耳(J);Q为移动的正电荷数量,单位为库仑(C)。

图1-2 由电池、开关、可调电阻器构成的电路模型

在闭合电路中,电动势是维持电流流动的电学量,电动势的方向规定为经电源内部,从电源的负极指向电源的正极。电动势等于路端电压与内电压之和,用公式表示为

式中,U路表示路端电压(即电源加在外电路端的电压);U内表示内电压(即电池因内阻自行消耗的电压);I表示闭合电路的电流;R表示外电路总电阻(简称外阻);r表示电源的内阻。

提示说明

对于确定的电源来说,电动势E和内阻r都是一定的。若闭合电路中外电阻R增大,电流I便会减小,内电压U内减小,故路端电压U路增大。若闭合电路中外电阻R减小,电流I便会增大,内电压U内增大,故路端电压U路减小。当外电路断开,外电阻R无限大,电流I便会为零,内电压U内也变为零,此时路端电压就等于电源的电动势。

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