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用简单的串联电路说明电动势(EMF)和电压的区别

2021-03-26 John Dunn 阅读:
EMF和电压共享一单位,即伏特,但它们在概念上是不同的实体。现在可以用一个简单的串联电路来说明EMF和电压之间的区别。

笔者曾读过一篇写得很好的文章,内容谈到电动势(electromotive force,EMF )和电压之间的差异。那篇文章的作者似乎正处在某种“圣战”中,并决心让读者了解那些“异教徒”不容忽视的基本真理。我读了他的说法,但对于他提出的那些酸言酸语的批评,我完全无法理解。最近,我决定仔细研究这个问题。pRYednc

EMF是以每库伦焦耳(joules per coulomb)为单位。这个定义的参考框架适用于使用非电力能源的装置将电能传递给一个电荷单位,如果电荷有机会,其将流向某处(电流),并有所作用。使用非电力能源的范例包括使用化学能的电池、使用旋转动能的发电机、使用光能的光电二极体,或是在铁笼里一只饱食的松鼠使用橡实能量。pRYednc

因次分析(dimensional analysis,亦称量纲分析)得出以下结果: pRYednc

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图1 EMF的因次分析得出的方程式。pRYednc

因次分析的推导论证如下:pRYednc

  • 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库伦的电流;
  • 对两个推导进行消去,可发现EMF的单位是伏特。

现在可以用一个简单的串联电路来说明EMF和电压之间的区别。pRYednc

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图2 此串联电路显示了EMF和电压之间的区别。pRYednc

图2中有活力的松鼠会产生EMF。图中,Thevenin电阻下降为V1,三个串联电阻下降为V2、V3和V4,回路周围的数字总和为:pRYednc

EMF- V1 – V2 – V3 – V4 = 0pRYednc

因此,电压V1~V4是由EMF产生,且它们的总和在数值上等于EMF。但是,由于V1~V4是因EMF而产生,所以根据定义来看,V1~V4并不是EMF。pRYednc

EMF和电压共享一单位,即伏特,但它们在概念上是不同的实体。不过有时候,我对语义会感到厌倦。pRYednc

(原文发表于ASPENCORE旗下EDN美国版,参考链接:What's the difference between EMF and voltage?,by John Dunn,EDN Taiwan Anthea Chuang编译)pRYednc

责编:DemipRYednc

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John Dunn
John Dunn是资深电子顾问,毕业于布鲁克林理工学院(BSEE)和纽约大学(MSEE)。
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