电源电动势公式的含义（电路基础知识）

一、电流

在导体的两端加上电压，导体内的电子就会在电场力的作用下做定向运动，形成电流。电流的方向规定为电子（负电荷）运动的反方向，即电流的方向与电子运动的方向相反。

下图为由电池、开关、灯泡组成的电路模型，当开关闭合时，电路形成通路，电池的电动势形成电压，继而产生电场力，在电场力的作用下，处于电场内的电子便会定向移动，从而形成电流。

电流的大小称为电流强度，它是指单位时间内通过导体横截面的电荷量。电流强度使用字母“I”（或i）来表示，电荷量使用“Q”表示。若在时间t（s）内通过导体横截面的电荷量是Q，则电流强度可用下式计算：

I=Q/t

电流强度的单位为安培，简称安，用字母“A”表示。根据不同的需要，还可以用千安（KA）、毫安（mA）和微安（uA）来表示。它们之间的关系为

1KA=1000A 1mA=10-3A 1uA=10-6A

二、电动势

电动势是描述电源性质的重要物理量，用字母“E”表示，单位为“V”（伏特，简称伏）。它是表示单位正电荷经电源内部，从负极移动到正极所做的功，标志着电源将其他形式的能量转换成电路的动力，即电源供应电路的能力。

电动势用公式表示，即

E=W/Q

其中，E为电动势，单位伏特（V）；W为将正电荷经电源内部从负极引到正极所做的功，单位为焦耳（J）；Q为移动的正电荷数量，单位库仑（C）。

下图为由电池、开关、可变电阻器构成的电路模型。

在闭合电路中，电动势是维持电流流动的电学量，电动势的方向规定为经电源内部，从电源的负极指向电源的正极。电动势等于路端电压和内电压之和，用公式表示为

E=U路+U内=IR+Ir

其中，U路表示路端电压（即电源加在外电路端的电压），U内表示内电压（即电池因内阻自行消耗的电压）；I表示闭合电路的电流；R表示外电路总电阻；r表示电源的内阻。

三、电位与电压

3.1 电位

电位是指该点与指定的零电位的大小差距。电位也称电势，单位伏特（V），用符号“φ”表示。它的值是相对的，电路中某点电位的大小与参考点的选择有关。

下图是由电池、三个阻值相同的电阻和开关构成的电路模型（电位的原理）。电路以A点作为参考点，A点的电位为0V，则B点的电位为0.5V，C点的电位为1V，D点的电位为1.5V。

下图以B点为参考点，V点的电位为0V，则A点的电位为-0.5V，C点的电位为0.5V，D点的电位为1V。

3.2 电压

电压也称电位差（或电势差），单位是伏特（V）。电流之所以能够在电路中流动是因为电路中存在电压，即高电位与低电位之间的差值。

下图为由电池、两个阻值相等的电阻器和开关构成的电路模型。

四、欧姆定律

欧姆定律规定了电压（U）、电流（I）和电阻（R）之间的关系。在电路中，流过电阻器的电流与电阻器两端的电压成正比，与电阻成反比，即I=U/R，这就是欧姆定律的基本概念，是电路中最基本的定律之一。

4.1 电压对电流的影响

在电路中电阻阻值不变的情况下，电阻两端的电压升高，经过电阻的电流也成比例增加；电压降低，流经电阻的电流也成比例减少。

下图为电压变化对电流的影响。电压从25V升高到30V时，电流也会从2.5A升高到3A。

4.2 电阻对电流的影响

在电路中电阻两端的电压值不变的情况下，电阻阻值升高，流经电阻的电流成比例降低；电阻阻值降低，流经电阻的电流则成比例升高。

下图为电阻变化对电流的影响。电阻从10Ω升高到20Ω时，电流值从2.5A降低到1.25A。

五、电功率和焦耳定律

5.1 电功与电功率

5.1.1 电动

能量被定义为做功的能力。它以各种形式存在，包括电能、热能、光能、机械能、化学能以及声能等。电能是指电荷移动所承载的能量。

电能的转换是在电流做功的过程中进行的。因此，电流做功所消耗电能的多少可以用电功来度量。电功的计算公式为

W=UIt

其中，U为电压，单位为V；I为电流，单位为A；W为电功，单位为J；t为时间，单位为s。

日常生产和生活中，电功也常用度作为单位，家庭用电能表如下图所示，是计量一段时间内家庭的所有电器耗电（电功）的综合、1度=1KW.h。

5.1.2 电功率

功率是指做功的速率或者是利用能量的速率。电功率是指电流在电位时间内所做的功，以字母“P”标识，即

P=W/t=UIt/t=UI

其中，U的单位为V；I的单位为A；P的单位W。下图为电功率的计算。

电功率也常用千瓦（kW）、毫瓦（mW）来表示。例如，某电机的功率标识为2KW，表示其耗电功率为2KW。也有用马力来表示的，它们之间的关系是

1KW=1000W

1mW=10-3W

1马力=0.735kW

1kW=1.36马力

根据欧姆定律，电功率的表达式还可转化为

由P=W/t=UIt/t=UI,U=IR，因此P=I2R

由P=W/t=UIt/t=UI,I=U/R,因此P=U2/R

由上式公式可以看出：

1. 当流过负载电阻的电流一定时，电功率与电阻值成正比；
2. 当加在负载电阻两端的电压一定时，电功率与电阻值成反比。

大多数电力设备都标有电瓦数或额定功率。如电烤箱上标有220V 1200W字样，则1200W为其额定功率。额定功率即是电气设备安全正常工作的最大电功率。电气设备正常工作时的最大电压叫做额定电压，例如AC 220V，即为交流220V供电的条件。在额定电压下的电功率叫做额定功率。实际加在电气设备两端的电压叫做实际电压，在实际电压的电功率叫做实际功率。只有在实际电压与额定电压相等时，实际功率才等于额定功率。

在一个电路中，额定功率大的设备实际消耗功率不一定大，应由设备两端实际电压和流过设备的实际电流决定。

5.2 焦耳定律

把手靠近点亮了一段时间的白炽灯泡，就会感到灯泡发热；电视机、计算机主机和显示器，长时间工作后外壳会发热，即导体中有电流通过时，导体就会发热，这种现场叫做电流的热效应。

英国物理学家焦耳做了大量的实验后于1840年最先确定了电流产生的热量与电流、电阻和通电时间的定量关系：电流通过导体产生的热量与电流的二次方成正比，与导体电阻成正比，与通电时间成正比，这个规律叫做焦耳定律。

用I表示电流，R表示电阻，t为通电时间，Q表示热量，焦耳定律可以表示为Q=I2Rt。

六、电路的连接方式

6.1 串联方式

如果电路中多个负载收尾相连，称它们的连接状态是串联的，该电路即为串联电路。

如下图所示，在串联电路中，通过每个负载的电流量是相同的，且串联电路中只有一个电流通路，当开关断开或电路的某一点出现问题时，整个电路将处于断开状态，因此当其中一盏灯损坏后，另一盏灯的电流通路被切断，该灯也不能亮。

在串联电路中，流过每个负载的电流相同，各个负载分享电源电压，如下图所示，电路中有三个相同的灯泡串联在一起，每个灯泡将得到1/3的电源电压量。每个串联的负载可分到的电压量与其自身的电阻有关，即自身电阻较大的负载会得到较大的电压值。

6.2 并联方式

两个或两个以上负载的两端都与电源两极相连，称这种连接状态是并联的，该电路即为并联电路。

下图所示，在并联状态下，每个负载的工作电压都等于电源电压。不同支路中会有不同的电流通路，当支路某一点出现问题时，该支路将处于断路状态，照明灯会熄灭，但其他支路依然正常工作，不受影响。

6.3 混联方式

如下图所示，将电子元器件串联和并联后构成的电路称为混联电路。