电源的电动势定义

电源电动势与电压的关系

一、电动势是反映电源把其他形式的能转换成电能的本领的物理量。电动势使电源两端产生电压。在电路中，电动势常用E表示.单位是伏（V).

在电源内部，非静电力把正电荷从负极板移到正极板时要对电荷做功,这个做功的物理过程是产生电源电动势的本质。非静电力所做的功，反映了其他形式的能量有多少变成了电能。因此在电源内部,非静电力做功的过程是能量相互转化的过程。

电动势的大小等于非静电力把单位正电荷从电源的负极，经过电源内部移到电源正极所作的功。如设W为电源中非静电力（电源力）把正电荷量q从负极经过电源内部移送到电源正极所作的功跟被移送的电荷量的比值,则电动势大小为：

.

如:电动势为6伏说明电源把1库正电荷从负极经内电路移动到正极时非静电力做功6焦.有6焦的其他其形式能转换为电能.

电动势的方向规定为从电源的负极经过电源内部指向电源的正极,即与电源两端电压的方向相反。

二、电压（voltage），也称作电势差或电位差，是衡量单位电荷在静电场中由于电势不同所产生的能量差的物理量。其大小等于单位正电荷因受电场力作用从A点移动到B点所做的功,电压的方向规定为从高电位指向低电位的方向。电压的国际单位制为伏特（V,简称伏），常用的单位还有毫伏(mV）、微伏(μV）、千伏（kV）等。此概念与水位高低所造成的“水压”相似.需要指出的是，“电压”一词一般只用于电路当中，“电势差”和“电位差”则普遍应用于一切电现象当中。

电压是电路中自由电荷定向移动形成电流的原因。

电势差(电压差)的定义：

电荷q 在电场中从A点移动到B点，电场力所做的功WAB与电荷量q 的比值，叫做AB两点间的电势差（AB两点间的电势之差，也称为电位差)，用UAB表示，则有公式:

其中，WAB为电场力所做的功,q为电荷量。

同时也可以利用电势这样定义

如果电压的大小及方向都不随时间变化，则称之为稳恒电压或恒定电压，简称为直流电压，用大写字母U表示。如果电压的大小及方向随时间变化,则称为变动电压。对电路分析来说，一种最为重要的变动电压是正弦交流电压（简称交流电压),其大小及方向均随时间按正弦规律作周期性变化.交流电压的瞬时值要用小写字母u或u（t)表示。在电路中提供电压的装置是电源。

电动汽车的电源系统

电源是制约电动汽车发展的因素。作为电动汽车的电源应该具有高比能和高比功率等性能，以满足汽车的动力性和续驶里程的要求。另外，还应具有与汽车使用寿命相当的循环寿命、效率高、成本低和免维护等特点。

目前用于电动汽车上的电源主要是蓄电池，其次是燃料电池。蓄电池是能量存储装置，通过外界充电实现储能；燃料电池是能量生成装置，通过化学反应产生电能。蓄电池技术成熟，价格合理，而燃料电池则被认为是最有发展前途的电动汽车动力源。

蓄电池的主要性能指标有：①比能量--单位电池质量所能存储的电量(W·h/kg)，是评价电动汽车整车质量和续驶里程的指标；②能量密度--单位电池体积所存储的电量(W·h/L)，它影响蓄电池的尺寸；③比功率--单位电池质量所能输出的功率(W/kg)，是评价电动汽车加速性、爬坡能力及最高车速的指标；④功率密度--单位电池体积所能输出的功率(W/L)；⑤循环寿命--蓄电池充、放电一次称为一个循环，循环寿命表示更换电池前所能完成的循环数。循环寿命短，将增加电动汽车的维护费用。

1.蓄电池

铅酸蓄电池广泛地应用于电动汽车上，其主要原因是技术成熟，价格便宜，可靠性好，单体额定电压高(2.0V)。另外，输出电流大以及良好的高、低温性能等均适合电动汽车使用。但是铅酸蓄电池存在比能量低，充电时间长，使用寿命较短等缺点。

镍隔(Ni-Cb)电池比功率大，比能量高，可快速充电，使用寿命长，抗电流冲击能力强，工作温度范围宽(-40℃～85℃)，在较大的放电电流范围内电压变化较小等，成为电动汽车很具吸引力的电源。但是生产成本高(约为铅酸电池的2～4倍)，单体额定电压只有1.2V，重金属镉具有致癌性等，限制了它在电动汽车上的广泛应用。

镍氢(Ni-MH)电池与Ni-Cd电池有许多相同的特性，但由于无镉，因此不存在重金属污染问题，被称为"绿色电池"。批量生产的成本约为铅酸电池的四倍。Ni-MH电池单体额定电压为1.2V，其负电极为经吸氢处理后的储氢合金，正电极为氢氧化镍，电解液为KOH溶液。

1 第一次课： 2学时

1 题目： §7.1 电源的电动势

§7.2 法拉第电磁感应定律

§7.3 动生电动势和感生电动势

§7.4 自感 互感 磁场的能量

2 目的： 1 掌握法拉第电磁感应定律和楞次定律，能计算简单问题的感应电动势。

2 理解动生电动势和感生电动势。了解感生电场。能计算简单的动生电动势问题。

3 理解自感系数和互感系数。

4 理解磁场能量和磁场能量密度的概念。

一、引入课题：

1820年奥斯特通过实验发现了电流的磁效应，由此人们自然想到，能否利用磁磁效应产生电流呢？从1822年开始，法拉第就开始对这一物体进行有目的的实验研究。经过多次失败，终于在1831年取得了突破性的进展，浮现了电磁感应现象，即利用磁场产生电流的现象。从实用的角度看，这一发现是电工技术有可能长足发展，为后来人类生活电气化打下了基础。从理论上说，这一发现更全面地揭示了电和磁的联系，使在这一年出生的麦克思韦后来有的能建立一套完整的电磁场理论。这一理论在近代科学中得到了广泛的应用。因此，怎样估计法拉第的方向的重要性都是不为过的。

本章疆界电磁感应现象的基本规律――法拉第电磁感应定律，产生感应电动势的两种情况――动生的和感生的。然后介绍在电工技术中常遇到的互感和自感两种现象的规律，最后推导磁场能量的表达式。

二、讲授新课：

7.1 电源的电动势

一、电源

形成电源的条件：导体和稳恒电压。必须有非静电电力做功。

如果要在导体中形成稳恒电流，必须在其中维持不随时间变化的电场，也就是在导体的两端维持恒定的电势差，产生和维持这个电势差的装置称为电源 。 2 非静电力移动电荷做功，将其它形式的能量转化为电能的装置。

二、电源的电动势

定义：在电源内，把单位正电荷从负极移到正极的过程中，非静电力所做的功称为电源的电动势。

式中是非静电场的场强。

说明

1.当非静电力存在于整个回路中时，整个回路中的总电动势为。

电动势知识点总结

电动势是电动力的一种表现形式，是指单位正电荷在电路中移动时所获得的电能的变化率。在电路中，电动势是电能和电荷之间的转换，它将电能转换为正电荷的能量，使得正电荷产生电流，从而实现电路中的电能输送。本文将从电动势的定义、计算公式、特点及应用等方面对电动势进行详细的介绍和总结。

一、电动势的定义

电动势是指单位正电荷在电路中移动时所获得的电能的变化率，通俗来讲，电动势可以理解为单位正电荷穿过电路的两端时所具有的能量差。电动势的定义离不开电源和电场的概念，电源是提供电荷运动所需能量的装置，而电场则是电荷间相互作用的力场。

在电路中，电动势是由电源产生的，电源通过转换其他形式的能量，如化学能、机械能等，最终形成电流，从而实现电路中的电能输送。电源的电动势决定了电流的大小和方向，是电路中的驱动力，没有电动势，电路中就无法产生电流。

二、电动势的计算公式

1. 理想电源的电动势计算公式

对于理想电源，其内部电阻为零，可以等效为一个纯电动势源。理想电源的电动势计算公式可以通过欧姆定律推导得到：

\[ \varepsilon = I \cdot R \]

其中，\[ \varepsilon \] 表示电源的电动势，单位是伏特（V）；I 表示电路中的电流，单位是安培（A）；R 表示电路的电阻，单位是欧姆（Ω）。

2. 非理想电源的电动势计算公式

对于非理想电源，其内部电阻不为零，需要考虑电源的内部电阻对电路的影响。非理想电源的电动势计算公式可以通过基尔霍夫电压定律推导得到：

\[ \varepsilon = I \cdot r + IR \]

其中，\[ \varepsilon \] 表示电源的电动势，单位是伏特（V）；I 表示电路中的电流，单位是安培（A）；r 表示电源的内部电阻，单位是欧姆（Ω）；R 表示电路的外部电阻，单位是欧姆（Ω）。

3. 电动势与工作电压的关系

在实际电路中，电动势通常表示电源的额定工作电压，即电源能够提供的最大输出电压。电动势与工作电压之间的关系可以通过磁动势表达式来表示：