什么是电动势?

[拼音]：diandongshi

[外文]：electromotive force

能够克服导体电阻对电流的阻力，使电荷在闭合的导体回路中流动的一种作用。这种作用来源于相应的物理效应或化学效应，通常还伴随着能量的转换，因为电流在导体中(超导体除外)流动时要消耗能量，这个能量必须由产生电动势的能源补偿。如果电动势只发生在导体回路的一部分区域中，就称这部分区域为电源区。电源区中也存在着电阻，称为电源的内阻。电源区之外的那部分导体回路中所消耗的能量，直接来源于导体中的电磁场，但是这时电磁场的能量仍然来自电源。

如果将上述导体回路在电源外部某处断开，在电动势的作用下导体的电荷将重新分布，直到造成一个库仑电场，这个电场在电源内与电动势的作用可以抵消，并使在电源外的导体中电场为零，从而使电流消失。此时在断口两端间出现开路电压，即电场强度的线积分值。由于库仑电场强度沿闭合回路的积分恒等于零，因此电源外部的开路电压在数值上等于它内部的电动势。当导体回路接通时，电源产生在外部电路上的电压将小于电动势的数值，因为有一部分电动势要消耗在内阻上。电动势的单位为伏，与电压的单位相同。

常见的电动势有化学电动势、电磁感应电动势、温差电动势、光生电动势和压电电动势。

由于化学作用产生的电动势。提供化学电动势的设备称化学电池，简称电池。若将电池的两个电极用导线连接，则所形成的导体回路中将出现电流。电流经过导线电阻时所产生的热量将向周围传播。这热能间接来源于电池中的化学能。如果电池中发生的化学变化是可逆的，则实现逆过程时，必须由另外的电源迫使电池中的电流沿与电池电动势相反的方向流动。这个过程称为对电池充电。

由于电磁感应作用所产生的电动势。简称感应电动势。M.法拉第的电磁感应定律表明，当导体在磁场中运动或者磁场的变化使导体割切磁通时，都要产生感应电动势。仅由于导体运动而产生的感应电动势称为动生感应电动势。若导体长度为l，运动速度为v，磁通密度为B，并且B、l、v三者互相垂直， 则动生感应电动势ξ＝Blv，当导体静止而磁场随时间变化，这样产生的感应电动势称为变压器电动势，又称感生电动势。此时导体闭合回路中磁通的变化率正比于感应电动势的大小。若回路中的总磁通量为ψ，


为其时间变化率，则感应电动势ξ为（见电磁感应定律）

ξ＝-

由于塞贝克效应所产生的电动势。T.J.塞贝克1821年发现，在铋和铜构成的环路上，在其一个接点处加热，保持另一个接点的温度低于这个接点，这种温差使环路中出现电流。后来人们发现，在一些半导体材料上，这种效应比金属材料上更为显著。因为可以同时利用P型及N型两种材料，而且半导体中载流子浓度与温度关系成指数函数增加。高温端的载流子由于热运动将向低温端扩散，从而产生电动势。如果环路不闭合，则在断开处两边形成异号载流子的积累，出现开路电压。利用温差电动势制成的发电器又称为温差电池。其热源可以利用煤油、石油气及放射性同位素等。温差电池将热能直接变成电能，有结构简单、体积小、寿命长等特点。目前这类电池能达到的效率还不高，但已能够满足一些特殊的需要。

由各种光生伏打效应所产生的电动势。当光照射到半导体上，光子的能量hv大于半导体材料能级的禁带宽度时，则使半导体中产生电子-空穴对。电子与空穴在扩散过程中的迁移率不同，在半导体的两个相对的表面上分别积累了较多的电子或空穴，出现了电压。在半导体中有 P-N结、异质结或者肖特基结时，这种光生伏打效应得到加强。因为在这些结上存在着内部电场，电子与空穴受到内部电场的作用力，分别向相反的方向加速，产生了电动势。光生电动势在技术上的应用近年不断扩大，例如电视摄像管、各种光探测器、光度计等，特别是用于太阳能电池，尤其受到人们的重视。因为太阳能有取之不尽又无污染的优点，太阳能电池将有助于解决人类对能源的需要。

由压电效应产生的电动势。压电效应是1880年P.居里在石英晶体上发现的。当晶体受到应力时，在晶体表面间出现电压。这个电压来源于机械功造成形变所产生的极化。但是这种电动势不能提供恒定的持续电流，因为晶体无法承受继续增加的应力而不毁坏。所以压电电动势常应用于脉冲性或者周期性的机械功与电能的转换，如各种点火器、晶体话筒、晶体扬声器、声呐及各种力敏检测设备。现在已发现多种压电材料，如电石、酒石酸钾钠、磷酸氢胺、偏钛酸钡、钽酸锂、铌酸锂等。

参考文章

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