电源电动势 p295
? 非静电力：提供能量使电荷从低电位 ——高电位
? 电源
? 在外电路上：维持恒定电压, 在电场力作用下正电荷从电
源正极 ——负极
? 在电源内部在非静电力作用下
? 正电荷克服静电力从电源负极 ——正极
? 在闭合电路中, 静电场力 E+非静电力 K使电荷运动
形成一个闭合电流线 。
电动势
? 定义：把单位正电荷从负极通过电
源内部移到正极时，非静电力所做
的功
? 标量
? 方向：电源内部 负 ——正
? 与外电路是否接通无关
? 有时无法区分电源内外，如涡旋电场
??? ?? ldK?
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电
源
内
)( KEj ?? ?电源内部 电流密度
电源的电动势、
内阻和路端电压
? 路端电压
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?
? U
U
IrdljU
,,1c o s
,,1c o s
c o s
放电电路
充电电路
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?? ?????? ???????? dljKdlEUUU )( ?
外电路上电场力做功
沿电源内
部积分
闭合电路欧姆定律
? I=0,内阻电势降落为 0,U=?
? 外电路开路或电势得到补偿
? r=0,无论电流沿什么方向，是否为 0, U=?
? 电压恒定 ——理想电压源
? 任一电源可以看成 理想电压源串联一个内阻 r
IrIR ???
rR
I
?
??
?
外阻
上电
势降
内阻上电势降
无关，近似为常数与 恒流源 RIrIRr ???? ?,
无关与 恒压源 rIRIRr ???? ?,
电源的功率
? 闭合电路的电源所提供的总功率
rIRIIP 22 ??? ? 耗P
2
2
2
2
)( rR
RR
rR
RIUIP
?
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2
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2
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什么情
况下输
出功率
最大？
0?dRdP出
耗出 ＝ PrP
Rr
4
2?
?
? 时最大
rR
R
P
P
???
出?
? 电源的效率：电源输出功率与电源总功率之比
? 负载电阻越大，效率越高
? 要求获得最大输出功率与电源效率高不能同时
满足 （ 输变电路 ； 无线电设备 ）
不变或 ttzyxEzyxj ????? ??? ?? ??),,(),,(
??
恒定电路与恒定电场 p297
? 定性理解：
? 电荷分布 场强分布 电流场
0????
S
dSj 0??? j
?恒定电流满足恒定条件
通过任意闭合面
的电流通量为零
?物理图象：
?电流线连续性地穿过闭合曲面所包围的体积,
不能在任何地方中断, 永远闭合曲线 。
恒定电路中静电场的作用
? 电流场中，决定电场的电荷如何分布？
? 在没有非静电力的地方，均匀导体内部没有净
电荷，电荷只能分布在导体表面或分界面上
? 证明,均匀导体 ——?与（ x,y,z)无关
0,0 ??????? jt ?? ? 0
0
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0),,(0),,( ???? zyxzyx ????0
?“有体电流但无体电荷密度,,
如何理解？
0,0,0 ?????? ???? vj ?? ?????
非均
匀导
体内
部有
电荷
? 恒定情况下电力线和电流线
必须与导体表面平行
? 若均匀导线中，电流线不与
导体表面平行
使电荷迁移到导线表面
方向一致与
nE
jE
E
||
?导线表面电荷的积累而产生一个派生电场 E’
? E’与 En 方向相反，达到平衡后，两者抵消
? 导线内只剩下平行分量 E||
恒定情况下，恒定电场起什么作用？
? 保证电流的闭合性
负极的作用下从正极E正电荷在外电路：
正极相反，正电荷从负极k与E在电源内部：
?
?
非静电能 转化
为 静电势能
电势能 转化为 热能
?结论,电流分布由电场决
定，电场由电源和分布于
导线表面及内部不均匀处
的电荷产生
?决定电路中电流分布
?均匀导线联接电路瞬间，电路中的电流从 0—— I
的过程是一个 从非恒定向恒定过渡的过程
温
差
电
? 形成温差电动势的非静电力与热现象有关
? 汤姆孙效应及电动势
? 因温度不均匀引起的热扩散 ——等效于一种非静电力
dl
dTTK )(??
?? ???? 21 )(),( 21 TTab dTTdTT ?? lK
?类似气体分子热运动, 自由电子
从高温端向低温端扩散
?宏观上等效于一个非静电力 ——
K导致电荷迁移
?在导体两端, 有电荷积累 ——E，
反抗 K
?E+K＝ 0,达到平衡
?瞬间完成 ——吸热
汤姆孙系数
?(T)~10-5V/oC
? 此电流过程 K作正功
? 吸热 ——转化成电势能
? 此电流过程 K作负功
? 电势能降低 ——放热
? 汤姆孙效应是热 ——电转换效应
? 可逆（不同于焦耳热）
? ?(T)与材料的性质有关
?用同种金属,只依靠汤姆孙电动
势，也不能在闭合回路内建立恒定
电流。
)(T?
)(T?
佩尔捷效应及其电动势
? 密度不均匀引起的电子扩散 —
—等效于一种非静电力
吸热 —— K作正功
电势能提高
放热 —— K作负功
电势能降低
)(TUU ABBA ???
VAB 32 1010~ ?? ??
在单一温度下只依靠珀耳帖电动势不能
在闭合回路内建立恒定电流
温差电动势
? 闭合回路是由两种金属 A,B组成
的，接头 1,2温度分别为 T1,T2
?? ???????? 1221 )()()()( 21 TT BTT ABAAB dTTdTTTT ???
? 在接头 1,2两处形成了 佩尔捷 电动势大小不等
? 在金属 A和 B内分别形成的 汤姆孙 电动势的大小也
不相等 ——温差电动势
? 温差电动势 存在于整个闭合回路上，在它的推动
下，闭合回路中形成恒定电流
电动势存在于整个闭合回路
应用
? 温差电偶（如图）
? 主要用于测量温度
? 优点是，测量范围广
? 受热面积和热容量都可以做得很小，可测量微
小的温度变化或微小的热量
半导体的温差效应
? 金属中的温差电动势约为 0一
10?V／ ?C
? 半导体中同样存在着以上三种效
应，而且更为显著，常为几百
?V／ ?C,甚至达到几 mV／ ?C
?温差电堆 ——发电
?半导体的 佩尔捷 效应较强, 可用于致冷 (使电流反向 )
温差发电和致冷的效率都并不高
?优点：无转动部件, 结构简单, 寿命长, 可靠, 反应
快, 易控制, 可小型化, 无噪声, 无干扰, 污染等
?适用于某些特殊的场合 。 如太阳能汽车和空间站及人
造卫星中的太阳能电池
? 非静电力：提供能量使电荷从低电位 ——高电位
? 电源
? 在外电路上：维持恒定电压, 在电场力作用下正电荷从电
源正极 ——负极
? 在电源内部在非静电力作用下
? 正电荷克服静电力从电源负极 ——正极
? 在闭合电路中, 静电场力 E+非静电力 K使电荷运动
形成一个闭合电流线 。
电动势
? 定义：把单位正电荷从负极通过电
源内部移到正极时，非静电力所做
的功
? 标量
? 方向：电源内部 负 ——正
? 与外电路是否接通无关
? 有时无法区分电源内外，如涡旋电场
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外电路上电场力做功
沿电源内
部积分
闭合电路欧姆定律
? I=0,内阻电势降落为 0,U=?
? 外电路开路或电势得到补偿
? r=0,无论电流沿什么方向，是否为 0, U=?
? 电压恒定 ——理想电压源
? 任一电源可以看成 理想电压源串联一个内阻 r
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内阻上电势降
无关，近似为常数与 恒流源 RIrIRr ???? ?,
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电源的功率
? 闭合电路的电源所提供的总功率
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? 时最大
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? 电源的效率：电源输出功率与电源总功率之比
? 负载电阻越大，效率越高
? 要求获得最大输出功率与电源效率高不能同时
满足 （ 输变电路 ； 无线电设备 ）
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恒定电路与恒定电场 p297
? 定性理解：
? 电荷分布 场强分布 电流场
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?恒定电流满足恒定条件
通过任意闭合面
的电流通量为零
?物理图象：
?电流线连续性地穿过闭合曲面所包围的体积,
不能在任何地方中断, 永远闭合曲线 。
恒定电路中静电场的作用
? 电流场中，决定电场的电荷如何分布？
? 在没有非静电力的地方，均匀导体内部没有净
电荷，电荷只能分布在导体表面或分界面上
? 证明,均匀导体 ——?与（ x,y,z)无关
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?“有体电流但无体电荷密度,,
如何理解？
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非均
匀导
体内
部有
电荷
? 恒定情况下电力线和电流线
必须与导体表面平行
? 若均匀导线中，电流线不与
导体表面平行
使电荷迁移到导线表面
方向一致与
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?导线表面电荷的积累而产生一个派生电场 E’
? E’与 En 方向相反，达到平衡后，两者抵消
? 导线内只剩下平行分量 E||
恒定情况下，恒定电场起什么作用？
? 保证电流的闭合性
负极的作用下从正极E正电荷在外电路：
正极相反，正电荷从负极k与E在电源内部：
?
?
非静电能 转化
为 静电势能
电势能 转化为 热能
?结论,电流分布由电场决
定，电场由电源和分布于
导线表面及内部不均匀处
的电荷产生
?决定电路中电流分布
?均匀导线联接电路瞬间，电路中的电流从 0—— I
的过程是一个 从非恒定向恒定过渡的过程
温
差
电
? 形成温差电动势的非静电力与热现象有关
? 汤姆孙效应及电动势
? 因温度不均匀引起的热扩散 ——等效于一种非静电力
dl
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?类似气体分子热运动, 自由电子
从高温端向低温端扩散
?宏观上等效于一个非静电力 ——
K导致电荷迁移
?在导体两端, 有电荷积累 ——E，
反抗 K
?E+K＝ 0,达到平衡
?瞬间完成 ——吸热
汤姆孙系数
?(T)~10-5V/oC
? 此电流过程 K作正功
? 吸热 ——转化成电势能
? 此电流过程 K作负功
? 电势能降低 ——放热
? 汤姆孙效应是热 ——电转换效应
? 可逆（不同于焦耳热）
? ?(T)与材料的性质有关
?用同种金属,只依靠汤姆孙电动
势，也不能在闭合回路内建立恒定
电流。
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佩尔捷效应及其电动势
? 密度不均匀引起的电子扩散 —
—等效于一种非静电力
吸热 —— K作正功
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在单一温度下只依靠珀耳帖电动势不能
在闭合回路内建立恒定电流
温差电动势
? 闭合回路是由两种金属 A,B组成
的，接头 1,2温度分别为 T1,T2
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? 在接头 1,2两处形成了 佩尔捷 电动势大小不等
? 在金属 A和 B内分别形成的 汤姆孙 电动势的大小也
不相等 ——温差电动势
? 温差电动势 存在于整个闭合回路上，在它的推动
下，闭合回路中形成恒定电流
电动势存在于整个闭合回路
应用
? 温差电偶（如图）
? 主要用于测量温度
? 优点是，测量范围广
? 受热面积和热容量都可以做得很小，可测量微
小的温度变化或微小的热量
半导体的温差效应
? 金属中的温差电动势约为 0一
10?V／ ?C
? 半导体中同样存在着以上三种效
应，而且更为显著，常为几百
?V／ ?C,甚至达到几 mV／ ?C
?温差电堆 ——发电
?半导体的 佩尔捷 效应较强, 可用于致冷 (使电流反向 )
温差发电和致冷的效率都并不高
?优点：无转动部件, 结构简单, 寿命长, 可靠, 反应
快, 易控制, 可小型化, 无噪声, 无干扰, 污染等
?适用于某些特殊的场合 。 如太阳能汽车和空间站及人
造卫星中的太阳能电池
