电磁学6.电流与电动势
电流与电动势
将一个电压源连接一个电阻，发现在电源内电流与电场方向相反。所以存在类似一种像泵的装置强迫电流在电源中，沿电场的反方向运动。
就像水往低处流，必须有外力才能让其往高处走。
我们通常买的电池，提供能量的是化学能。
以铜锌原电池为例：
将一块锌板和铜板放在硫酸溶液中，中间盐桥允许离子自由通过。静置一定时间后，右边溶液中有 \(SO_4^{--}\) 和 \(Cu^{++}\) ；左边有 \(SO_4^{--}\) 和 \(Zn^{++}\) 离子。铜板为正极，锌板为负极。
有电流流过时，\(SO_4^{--}\) 充当电池中的载流子。她们会从右边流到左边，即按电场反方向运动，为什么？
因为化学反应提供了足够多的能量。
有电流流过时，\(SO_4^{--}\) 从右边流到左边，右边 \(SO_4^{--}\) 减少，液体要保持中性， \(Cu^{++}\) 也必须减少，她们会沉积到铜板上——镀铜。同理，左边\(SO_4^{--}\) 增多，液体要保持中性，\(Zn^{++}\) 也必须增多，因此锌板上部分锌就会溶解。
这个过程消耗了化学能。
当右边铜溶液浓度变淡（镀铜），或者说锌溶液变浓（锌溶解）到一定程度，电池就停止工作。
我们可以利用外接电源提供一个反方向的电流，使整个化学反应逆转。
汽车蓄电池的原理和这个实验完全一样，只是用铅和氧化铅替代锌和铜，也是用到硫酸。常见的镍镉电池也一样。她们可以充电。
理想电压源两边电势差，我们称为电动势 \(EMF\) .我们可以在实际电源空载的时候测得。
电动势是源提供给每库仑电荷的能量。
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。
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。
电池的电动势为12V，这意味着电池为每库仑电荷提供12焦耳的能量。
注意：电势差（我们常说的电压）是一库仑电荷从一点移动到另一点所消耗的能量，这个能量由电源提供，电动势是对电源这种能力的度量。电动势在整个电路中传递能量。电位差是电路上任意两点之间能量的度量。即使电流不在电路中流动，电路中也存在电动势，而当电流的大小保持为零时，电路中不存在电位差。电动势是电路所能达到的最大电压（开路）。
两个是完全不同的概念，只是电动势的单位也是伏特，常常混淆。
推荐一篇文章：https://circuitglobe.com/difference-between-electromotive-force-and-potential-difference.html
实际电压源由于内阻 \(r_i\)的存在，当接上负载有电流 $I $ 流过时，内阻会损耗一部分电压 \(V=Ir_i\) 当我们测的电源两边的电势差会小于 EMF。
短接电源两边，我们可以得到最大电流：
此时两边电势差为0.
功率
假设将一个电荷 \(q\) 从A点移动到B点，\(V_A>V_B\)，所做的功就是电荷量乘以电势差。
单位时间做的功就是
\(\frac{dq}{dt}\) 就是电流，单位时间内流过的电荷量。单位时间内做的功我们称为"功率P"。
功率等于电流乘以电势差，总是成立。
单位是焦耳每秒，通常写作瓦特（W）。
