筆者曾讀過(guò)一篇寫(xiě)得很好的文章,內(nèi)容談到電動(dòng)勢(shì)(electromotive force,EMF )和電壓之間的差異。那篇文章的作者似乎正處在某種“圣戰(zhàn)”中,并決心讓讀者了解那些“異教徒”不容忽視的基本真理。我讀了他的說(shuō)法,但對(duì)于他提出的那些酸言酸語(yǔ)的批評(píng),我完全無(wú)法理解。最近,我決定仔細(xì)研究這個(gè)問(wèn)題。
EMF是以每庫(kù)倫焦耳(joules per coulomb)為單位。這個(gè)定義的參考框架適用于使用非電力能源的裝置將電能傳遞給一個(gè)電荷單位,如果電荷有機(jī)會(huì),其將流向某處(電流),并有所作用。使用非電力能源的范例包括使用化學(xué)能的電池、使用旋轉(zhuǎn)動(dòng)能的發(fā)電機(jī)、使用光能的光電二極體,或是在鐵籠里一只飽食的松鼠使用橡實(shí)能量。
因次分析(dimensional analysis,亦稱量綱分析)得出以下結(jié)果:
圖1 EMF的因次分析得出的方程式。
因次分析的推導(dǎo)論證如下:
1瓦的功率是每秒消耗1焦耳的能量。因此,1焦耳等于1瓦秒(watt second);
1瓦功率等于1伏特乘以1安培;
1安培是每秒1庫(kù)倫的電流;
對(duì)兩個(gè)推導(dǎo)進(jìn)行消去,可發(fā)現(xiàn)EMF的單位是伏特。
現(xiàn)在可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的串聯(lián)電路來(lái)說(shuō)明EMF和電壓之間的區(qū)別。
圖2 此串聯(lián)電路顯示了EMF和電壓之間的區(qū)別。
圖2中有活力的松鼠會(huì)產(chǎn)生EMF。圖中,Thevenin電阻下降為V1,三個(gè)串聯(lián)電阻下降為V2、V3和V4,回路周圍的數(shù)字總和為:
EMF- V1 – V2 – V3 – V4 = 0
因此,電壓V1~V4是由EMF產(chǎn)生,且它們的總和在數(shù)值上等于EMF。但是,由于V1~V4是因EMF而產(chǎn)生,所以根據(jù)定義來(lái)看,V1~V4并不是EMF。
EMF和電壓共享一單位,即伏特,但它們?cè)诟拍钌鲜遣煌膶?shí)體。
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