浅谈电压、电势、电势差和电动势

文/佛山市顺德第一中学 魏竞彤

浅谈电压、电势、电势差和电动势

文/佛山市顺德第一中学 魏竞彤

在中学阶段接触到以伏特的单位的物理量分别是电压、电势、电势差、电动势，它们之间的关系引起了我的兴趣，经过多方搜集资料、查阅文献，对它们的分析如下文。

一、电压

电压是最先学习到的物理量，从初中物理中认识到，要让一段电路中有电流，它的两端就要有电压。这句话的意思就是电压是产生电流的原因。电源的作用就是给用电器两端提供电压。通过高中物理学习到，把导体的两端分别接到电源的两极上，导体两端有了电压，这时导体中也有了电场。导体中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，形成电流。干电池、蓄电池、发电机等电源，它们在电路中的作用是保持导体上的电压，使导体中有持续的电流。

通过中学对电压的学习，可以发现电压是使电路中自由电荷定向移动形成电流的原因，在电路中提供电压的装置是电源。这里所指的电路中形成的电流是恒定电流，恒定电流指电流场不随时间变化，这就要求电荷的分布不随时间变化，因而电荷产生的电场是恒定电场，它们产生的恒定电场与静电场服从同样的基本规律，所以恒定电场相当于静电场。讨论的范围是恒定电场中，在恒定电场中正电荷在电场力的作用下沿着电场方向，从高电势处移动到低电势处，这时候电压其实指的就是电势差。电压其实是反映电场力做功本领的物理量。

二、电势

以下谈及的电场均指静电场，静电场力所作的功与路径无关，所以静电场是保守力场或势场。所以才引入了电势和电势能的概念。

从高中物理中学习到电势是表征电场性质的重要物理量，电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值，叫做这一点的电势。沿着电场线方向电势逐渐降低，要确定电场内各点的电势时，应该先规定该电场中某处的电势为0。在物理学的理论研究中常取离场源电荷无限远处的电势为0，在实际应用中常取大地的电势为0。在规定电势零点之后，电场中各点的电势可以是正值，也可以是负值。电势只有大小，没有方向，是个标量。

三、电势差

选取不同的位置作为电势零点，电场中某点电势的数值也会改变，但电场中某两点之间的电势的差值却保持不变。正是因为这个缘故，在物理学中，电势的差值往往比电势更重要。电场中两点间电势的差值叫做电势差，或称电势降落。电势差可以是正值，也可以是负值。

通过以上讨论，我们发现在静电场和恒定电场中电势差和电压是指同一个物理量。电压表示某段电路中电势差的大小，而不表示哪点电势高、哪点电势低，因此电压只有正值而无负值。也就是在没有必要表明两点电势高低的情况下，一般用电压这种说法。

四、电动势

在外电路中，正电荷在电场力的作用下从高电势的位置移动到低电势的位置，电势能减小，即正电荷由电源的正极流向负极。要形成闭合恒定电流，正电荷需要克服电场力从负极移动到正极，这时候就必须有非静电力做功，将其它形式的能量补充给电路，使电荷能够逆着电场力的方向运动，返回到电势能较高的原来位置，以维持电流的闭合性。提供非静电力的装置称为电源。

物理学中用电动势来表明电源中非静电力做功的本领，是表征电源本身的特征量。电动势由电源中非静电力的特性决定。虽然电动势和电压具有相同的单位，但它们本质是不同的物理量。对于电源，电动势是固定不变的，与外电路的组成情况和是否接通都没有关系。而电路中的电压却会随之发生变化。

综上所述，电压、电势、电势差、电动势都是以伏特为单位的物理量，但是对它们的理解却不能一概而论，需要区分清楚，才能正确灵活地使用。

责任编辑 龙建刚