82-5电源及电动势电源及电动势的定义稳恒电流必须有非静电力1.5稳恒电流必须是闭合的。显然，团合电流意味着电荷必须沿闭合回路运动。当沿团合回路绕行一周之后，所经历过程的电势总改变量为零。这意味着，在闭合回路中，如果有电势下降的路段，就必有电势上升的路段。当正电荷沿电势下降的路段运动时，静电力做功，电荷的电势能减少，这部分电功将全部转化为热能或其它形式的能量。而当正电荷沿电势上升的路段运动，电荷的电势能增加，静电力将对电荷的运动起阻碍作用，此外，电荷的运动还受到导体内部的阻碍，因此正电荷沿电势上升路段的定向运动将逐步减速。所以，在闭合回路中，正电荷无法回到电势能较高的原来位置。回路中电荷出现堆积，电流随时间变化，电流的闭合性遭到破坏。一句话，稳恒电流无法维持。因此，在稳恒电路中，一定还有一种非静电本质的力作用于电荷。2.电源（1）电源提供非静电力的装置。通常电源有正负两极，电势高的叫正极，电势低的叫负极。（2）电源的作用电源的作用包括两个方面：.它通过极板及外电路各处累积的电荷在外电路中产生静电场E使电流经外电路由正极指向负极：·在电源内部除了有静电力之外还存在非静电力，在三者的联合作用下，电流经电源内部由负极流向正极。上述两部分电流一起形成了闭合的稳恒电流。1
1 § 电源及电动势 一 丶 电源及电动势的定义 1· 稳恒电流必须有非静电力 稳恒电流必须是闭合的。显然，闭合电流意味着电荷必须沿闭合回路运动。当沿闭合回路绕行一周之后，所经历过程的电势 总改变量为零。这意味着，在闭合回路中，如果有电势下降的路段，就必有电势上升的路段。当正电荷沿电势下降的路段运动时， 静电力做功，电荷的电势能减少，这部分电功将全部转化为热能或其它形式的能量。而当正电荷沿电势上升的路段运动，电荷的 电势能增加，静电力将对电荷的运动起阻碍作用，此外，电荷的运动还受到导体内部的阻碍，因此正电荷沿电势上升路段的定向 运动将逐步减速。所以，在闭合回路中，正电荷无法回到电势能较高的原来位置。回路中电荷出现堆积，电流随时间变化，电流 的闭合性遭到破坏。一句话，稳恒电流无法维持。因此，在稳恒电路中，一定还有一种非静电本质的力作用于电荷。 2· 电源 （1） 电源 提供非静电力的装置。 通常电源有正负两极，电势高的叫正极，电势低的叫负极。 （2）电源的作用 电源的作用包括两个方面： ● 它通过极板及外电路各处累积的电荷在外电路中产生静电场E 使电流经外电路由正极指向负极； ● 在电源内部除了有静电力之外还存在非静电力，在二者的联合作用下，电流经电源内部由负极流向正极。 上述两部分电流一起形成了闭合的稳恒电流
非静电力存在时的欧爆定律为定量地描述电源提供的非静电力特性，要引进两个物理量：K和e，它们分别对应于描述静电力的物理量E（电场强度）和U（电压）K表示电源内部单位正电荷受到的非静电力。电荷除受非静电力作用之外，还会受到静电力作用。因此，电荷9受到的总力应当是静电力和非静电力之和，即9（E十K）。R?+图2-40电源内部的非静电力这时的欧姆定律应改写为j=o(E+R)2
2 三丶 非静电力存在时的欧姆定律 为定量地描述电源提供的非静电力特性，要引进两个物理量：K 和ε，它们分别对应于描述静电力的物理量E（电场强度）和 U（电压）·K 表示电源内部单位正电荷受到的非静电力。电荷除受非静电力作用之外，还会受到静电力作用。因此，电荷 q 受到 的总力应当是静电力和非静电力之和，即 q（E＋K）。 图 2-40 电源内部的非静电力 这时的欧姆定律应改写为 j (E K) 亠 亠 亠 = σ + K E E R
该式是欧姆定律向稳恒电路的推广，它表明电流是静电力和非静电力共同作用的结果。对通常的电源，在连接它的外电路中只有静电力，K=0，上式就回到通常的欧定律形式。三、电动势从实际上，描述电源的性质即它所提供的非静电力的性质，更常用的不是物理量K，而是电动势e，它定义为将单位正电荷从负极经电源内部移到正极时非静电力所作的功，即电源内部显然，电动势和电压单位相同，即“伏特”、一个电源的电动势反映电源中非静电力做功的本领，它反映的是电源本身的特性与外电路的性质以及是否接通无关。有些电源无法区分电源内部和外部，K分布于四路各处，这时我们把电动势定义为从沿闭合回路的线积分，即e=fK.di称它为整个闭合回路的电动势。对通常电源而言，K仅限于电源内部。3
3 该式是欧姆定律向稳恒电路的推广，它表明电流是静电力和非静电力共同作用的结果。 对通常的电源，在连接它的外电路中只有静电力，K＝0，上式就回到通常的欧姆定律形式。 三丶 电动势 从实际上，描述电源的性质即它所提供的非静电力的性质，更常用的不是物理量 K，而是电动势ε，它定义为将单位正电荷 从负极经电源内部移到正极时非静电力所作的功，即 ｜ + − = ⋅ 电源内部 K dl 亠 亠 ε 显然，电动势和电压单位相同，即“伏特”、一个电源的电动势反映电源中非静电力做功的本领，它反映的是电源本身的特性， 与外电路的性质以及是否接通无关。 有些电源无法区分电源内部和外部，K 分布于四路各处，这时我们把电动势定义为从沿闭合回路的线积分，即 ｜ = ⋅ L K dl 亠 亠 ε 称它为整个闭合回路的电动势。对通常电源而言，K 仅限于电源内部
四、常见的几种稳恒电源常见的电源有化学电源、温差电源等，此外，还有发电机、浓差电源等。1.化学电源通过化学反应直接把化学能转变成电能的装置称为化学电源，各类电池和蓄电池都属于化学电池，如常见的锌锰干电池、铅酸电池等。最早的化学电池是伏打电池，它由浸在稀硫酸溶液中一块钢片和一块锌片组成。伏打电池的应用价值不高，后来发展成为丹发耳电池。化学电源的电动势一股来源于第一类导体与第二类导体接触层中的化学反应。下面以丹耳电池为例来说明化学电池的原理。丹轰耳电池由两个相邻的液池组成，一个池中盛有硫酸锌溶液，其中插有锌棒，另一个池中盛有硫酸铜溶液，其中插有铜棒两池之间用多孔的陶瓷板隔开，但离子仍可自由通过陶瓷板，如图2-41所示。其中发生的过程大致是：锌棒上的锌离子通过化学作用而自动溶入溶液，使锌棒带负电，溶液带正电，在锌棒和溶液之间形成一个偶电层，仍电层的电场阻止锌棒上的锌离子维续向溶液溶解，最后，化学作用和电场作用达到平衡，这时溶液和锌棒之间保持约0.7663V的电势差。在铜棒附近，溶液中的铜离子团化学作用而被吸附到铜捧上，使铜棒带正电，溶液带负电，在铜棒与溶液间也形成偶电层，偶电层的静电场阻止铜离子继续移向铜棒，平衡时铜和溶液之间保持约0.337V的电势差，而两池的溶液之间由于离子的交换而保持等电势，最后形成如图2一42所示的电势分布，铜样为正极，锌样为负极，两者之间的电势差约为1.11V。当电池通过外电路放电时，在导线中就有电流，电流使正极电势降低、负极电势升高。溶液中，负极一边的溶液电势升高，正极一边的溶液电势降低，正离子从负极流向正极，负离子从正极流向负极。电极与溶液问的电场减弱，化学作用（非静电作用）占优势，锌离子的溶解。铜离子的吸附过程继续进行，从而在回路中形成闭合的电流、这时的电势分布如图2一43所示，这种过程可以一直持续到锌棒全部溶于溶液成为硫酸锌或硫酸铜溶液降低到一定浓度为止干电池是常用的一种化学电池，其结构见图2-44。外壳通常用锌皮做成，壳内是氯化铵（NH,CI）和氯化锌（ZnClz）与淀粉组成的糊状物，作为电解液中间是一根碳棒，碳棒周围紧麦有三氧化锰（MO）、石墨粉及乙炔黑等的混合物。在锌皮与电解波接4
4 四丶 常见的几种稳恒电源 常见的电源有化学电源、温差电源等，此外，还有发电机、浓差电源等。 1· 化学电源 通过化学反应直接把化学能转变成电能的装置称为化学电源，各类电池和蓄电池都属于化学电池，如常见的锌锰干电池、铅 酸电池等。最早的化学电池是伏打电池，它由浸在稀硫酸溶液中一块钢片和一块锌片组成。伏打电池的应用价值不高，后来发展 成为丹聂耳电池。化学电源的电动势一般来源于第一类导体与第二类导体接触层中的化学反应。下面以丹聂耳电池为例来说明化 学电池的原理。 丹聂耳电池由两个相邻的液池组成，一个池中盛有硫酸锌溶液，其中插有锌棒，另一个池中盛有硫酸铜溶液，其中插有铜棒， 两池之间用多孔的陶瓷板隔开，但离子仍可自由通过陶瓷板, 如图 2-41 所示。其中发生的过程大致是：锌棒上的锌离子通过化学 作用而自动溶入溶液，使锌棒带负电，溶液带正电，在锌棒和溶液之间形成一个偶电层，仍电层的电场阻止锌棒上的锌离子继续 向溶液溶解，最后，化学作用和电场作用达到平衡，这时溶液和锌棒之间保持约 0·7663V 的电势差。在铜棒附近，溶液中的铜 离子团化学作用而被吸附到铜捧上，使铜棒带正电，溶液带负电，在铜棒与溶液间也形成偶电层，偶电层的静电场阻止铜离子继 续移向铜棒，平衡时铜和溶液之间保持约 0.337 V 的电势差, 而两池的溶液之间由于离子的交换而保持等电势，最后形成如图 2 ￣42 所示的电势分布，铜棒为正极，锌棒为负极，两者之间的电势差约为 1.11V。 当电池通过外电路放电时，在导线中就有电流，电流使正极电势降低、负极电势升高。溶液中，负极一边的溶液电势升高，正 极一边的溶液电势降低，正离子从负极流向正极，负离子从正极流向负极。电极与溶液问的电场减弱，化学作用（非静电作用）占 优势，锌离子的溶解。铜离子的吸附过程继续进行，从而在回路中形成闭合的电流、这时的电势分布如图 2￣43 所示·这种过程 可以一直持续到锌棒全部溶于溶液成为硫酸锌或硫酸铜溶液降低到一定浓度为止。 干电池是常用的一种化学电池，其结构见图 2-44。外壳通常用锌皮做成，壳内是氯化铵（NH4Cl）和氯化锌（ZnCl2）与淀粉 组成的糊状物，作为电解液中间是一根碳棒，碳棒周围紧裹有二氧化锰（MnO2）、石墨粉及乙炔黑等的混合物。在锌皮与电解液接
多孔素虎板:.1B0.7663负极CasO,正极负极图2-41丹轰耳电池图图2-42丹聂耳电池空载时的电势分布ZnNH,CIMnO2C正极负极图243丹聂耳电池有负载时的电势分布图2-44干电池的结构示意5
5 图 2-41 丹聂耳电池图 图 2-42 丹聂耳电池空载时的电势分布 图 243 丹聂耳电池有负载时的电势分布 图 2-44 干电池的结构示意 正极 负极 正极 负极 Zn MnO2 C NH4Cl