電位差
目錄
電動勢
目錄
定義
原理
公式
物理意義
區別
可變電路
教學參考資料高中物理選修3-1
走勢
反電動勢
計
電位差計種類介紹
電動勢
科技名詞定義 中文名稱：
電動勢
英文名稱：
electromotive force，EMF
定義：
維持電流持續流動的電學量，為理想電壓源的端電壓。
應用學科：
電力（一級學科）；通論（二級學科）
（以上內容由全國科學技術名詞審定委員會審定公布）
目錄
1．定義
２．原理
３．公式
４．物理意義
５．區別
６．閉合電路歐姆定律
７．可變電路
８．《教學參考資料》高中物理選修3-1
９．走勢
１０．反電動勢
定義
電動勢的大小等於非靜電力把單位正電荷從電源的負極，經過電源內部移到電源正極所作的功。如設W為電源中非靜電力(電源力)把正電荷量q從負極經過電源內部移送到電源正極所作的功，則電動勢大小為E=W/q
電動勢的方向規定為從電源的負極經過電源內部指向電源的正極，即與電源兩端電壓的方向相反。
原理
電動勢是描述電源性質的重要物理量。電源的電動勢是和非靜電力的功密切聯繫的。非靜電力是指除靜電力外能對電荷流動起作用的力，並非泛指靜電力外的一切作用力。非靜電力有不同的來源。在化學電池（乾電池、蓄電池）中，非靜電力是一種與離子的溶解和沉積過程相聯繫的化學作用；在溫差電源中，非靜電力是一種與溫度差和電子濃度差相聯繫的擴散作用；在一般發電機中，非靜電力起源於磁場對運動電荷的作用，即洛倫茲力。變化磁場產生的有旋電場也是一種非靜電力，但因其力線呈渦旋狀，通常不用作電源，也難以區分內外。
在電源內部，非靜電力把正電荷從負極板移到正極板時要對電荷做功，這個做功的物理過程是產生電源電動勢的本質。非靜電力所做的功，反映了其他形式的能量有多少變成了電能。因此在電源內部，非靜電力做功的過程是能量相互轉化的過程。電源的電動勢正是由此定義的，即非靜電力把正電荷從負極移到正極所做的功，稱電源的電動勢（E）。
公式
E=W/q （E為電動勢）
E=U+Ir=IR+Ir
（U為外電路電壓，r電源內阻，R為外電路電阻集總參數）
物理意義
由上式可知，在電源內部，非靜電力把單位正電荷從負極移送到正極時所做的功。也就是說，電荷之間的相互作用是通過電場發生的。只要有電荷存在，電荷的周圍就存在着電場，電場的基本性質是它對放入其中的電荷有力的作用，這種力就叫做電場力。這種力一定會維持。
區別
電動勢與電勢差（電壓）是容易混淆的兩個概念。前面已講過，電動勢是表示非靜電力把單位正電荷從負極經電源內部移到正極所做的功；而電勢差則表示靜電力把單位正電荷從電場中的某一點移到另一點所做的功與電荷量的比值。它們是完全不同的兩個概念。
注意：雖然電動勢與電勢差（電壓）有區別，但電動勢和電勢差一樣都是標量
閉合電路歐姆定律 電源的路端電壓是指電源加在外電路兩端的電壓，是靜電力把單位正電荷從正極經外電路移到負極所做的功。電源的電動勢對一個固定電源來說是不變的，而電源的路端電壓卻是隨外電路的負載而變化的。它的變化規律服從含源電路的歐姆定律，其數學表達式為：
U=E－Ir
式中U為路端電壓，Ir為電源的內電壓，也叫內壓降。對於確定的電源來說，電動勢E和內電阻r都是一定的，從上式可以看出，路端電壓U跟電路中的電流有關係。電流I增大時，內壓降Ir增大，路端電壓U就減小；反之，電流I減小時，路端電壓U就增大。
可變電路
在電源放電的情況下，當外電路中沒有反電動勢時，路端電壓U=IR（R是外電路的總電阻）。根據含源電路的歐姆定律可得I=E/（R+r），即電流I的大小隨外電阻R而變化。因此，路端電壓U也隨外電阻R而變化。R增大時，I減小，U增大；R減小時，I增大，U減小。當外電路斷開時，R變為無限大，I變為零，內壓降Ir也變為零，這時路端電壓等於電源的電動勢。
但是不能認為路端電壓一定小於電動勢。在電源被充電時，電源內部的電流是從電源正極流向負極，內壓降的方向與電動勢的方向相反，電源的電動勢是反電動勢，這時路端電壓等於電動勢與內壓降之和，即U=E+Ir，電路端電壓大於電動勢。
教學參考資料高中物理選修
電動勢是反映電源把其他形式的能轉換成電能的本領的物理量。電動勢使電源兩端產生電壓。在電路中，電動勢常用E表示。電動勢的單位和電壓的單位相同，也是伏。 電源的電動勢可以用電壓表測量。測量的時候，電源不要接到電路中去，用電壓表測量電源兩端的電壓，所得的電壓值就可以看作等於電源的電動勢。如果電源接在電路中，用電壓表測得的電源兩端的電壓就會小於電源的電動勢。這是因為電源有內電阻。在閉合的電路中，電流通過內電阻r有內電壓降，通過外電阻R有外電壓降。電源的電動勢E等於內電壓Ir和外電壓IR之和，即E=Ir+IR 。嚴格來說，即使電源不接入電路，用電壓表測量電源兩端電壓，電壓表成了外電路，測得的電壓也小於電動勢。但是，由於電壓表的內電阻很大，電源的內電阻很小，內電壓可以忽略。因此，電壓表測得的電源兩端的電壓是可以看作等於電源電動勢的。
乾電池用舊了，用電壓表測量電池兩端的電壓，有時候依然比較高，但是接入電路後卻不能使負載（收音機、錄音機等）正常工作。這種情況是因為電池的內電阻變大了，甚至比負載的電阻還大，但是依然比電壓表的內電阻小。用電壓表測量電池兩端電壓的時候，電池內電阻分得的內電壓還不大，所以電壓表測得的電壓依然比較高。但是電池接入電路後，電池內電阻分得的內電壓增大，負載電阻分得的電壓就減小，因此不能使負載正常工作。為了判斷舊電池能不能用，應該在有負載的時候測量電池兩端的電壓。有些性能較差的穩壓電源，有負載和沒有負載兩種情況下測得的電源兩端的電壓相差較大，也是因為電源的內電阻較大造成的。
走勢
電源內部的非靜電力把單位正電荷從電源負極經內電路移動到正極過程中做的功。電動勢的符號是ε，單位是伏(V)。電源是一種把其他形式能轉變為電能的裝置。要在電路中維持恆定電流，只有靜電場力不夠，還需要有非靜電力。電源提供非靜電力，把正電荷從低電勢處移到高電勢處，非靜電力推動電荷做功的過程，就是其他形式能轉換為電能的過程。電動勢是表徵電源產生電能的性能的物理量。如：電動勢為6伏說明電源把1庫正電荷從負極經內電路移動到正極時非靜電力做功6焦。有6焦的其他其形式能轉換為電能。
當電源的外電路斷開時，電源內部的非靜電力與靜電場力平衡，電源正負極兩端的電壓等於電源電動勢。當外電路接通時，端電壓小於電動勢。
不同電源非靜電力的來源不同，能量轉換形式也不同。化學電動勢(乾電池、鈕扣電池、蓄電池等)的非靜電力是一種化學作用，電動勢的大小取決於化學作用的種類，與電源大小無關，如乾電池無論1號、2號、5號電動勢都是1.5伏。發電機的非靜電力是磁場對運動電荷的作用力。光生電動勢(光電池)的非靜電力來源於內光電效應。壓電電動勢(晶體壓電點火、晶體話筒等)來源於機械功造成的極化現象。
反電動勢
反電動勢是指與電源的電動勢方向相反的電動勢。
正常工作的電動機線圈（接電源的）、變壓器一次線圈產生的電動勢，就是反電動勢（又屬於感應電動勢）。這個電動勢抵消電源的電動勢絕大部分。電源電動勢=反電動勢+線路電阻×電流。
給電池充電時，電池的電動勢也是反電動勢，同樣，電源電動勢=反電動勢+線路電阻×電流。
線圈類的用電器，如電動機，變壓器，其反電動勢的產生本質就是電磁感應。
計
原理結構
電位差計是用補償原理構造的儀器。補償方法的特點是不從測量對象中支取電流，因而不干擾被測量的數值，測量結果準確可靠，電位差計用途很廣，配以標準電池、標準電阻等器具，不僅能在對準確度要求很高的場合測量電動勢、電勢差(電壓)、電流、電阻等電學量，而且配合以各種換能器，還可用於溫度、位移等非電量的測量和控制。當沒有電流流過時，電池的正負極間的電勢差等於電池的電動勢。如有電流流過，因在電池內阻上有一定電壓降(用電壓表測量電池兩極間的電壓，就是這種情形)，這時測得的不再是電池電動勢，而只能稱作端電壓。若能在無電流流過時進行測量，
ST1100A型電子電位差計
就可直接測量電動勢了。補償法就是這樣一種方法。
實物實例
以ST1100A型號為例:
1.ST1100A電子電位差計測量範圍:
1uV~49.999mV與100uV~4.9999V與0.1Uv~19.999mA均帶輸出
八種熱電偶溫度直讀（K，E，J，S，T，B，R，N）
2.準確度: 0.04%
3.電源:1.5V乾電池8節
4.外型尺寸:310×240×170(mm)
5.質量:約4kg
各量程主要技術參數 測量，輸出範圍 基本誤差 分辨率 最大輸出 顯示方式 0~19999,9mV ±,(0,04%Ux+200uV) 100uV 2mA 四位半,LED顯示 0~199,99mV ±,(0,04%Ux+20uV) 10uV 2mA 0~19,999mV ±,(0,04%Ux+2uV) 1uV 2mA 2000,0~4999,0mV ±,(0,04%Ux+500uV) 300uV 2mA 200,00~499,90mV ±,(0,04%Ux+50uV) 30uV 2mA 20,000~49,990mV ±,(0,04%Ux+5uV) 3uV 2mA 0~1,9999mA ±,(0,04%Ix+0,2uA) 0,1uA 2V 0~19,999mA ±,(0,04%Ix+2uA) 1uA 2V 0~1230,0℃(K) ±,(0,1%Tx+0,2℃) 0,1℃ 0~660,0℃(E) ±,(0,1%Tx+0,2℃) 0,1℃ 0~860,0℃(J) ±,(0,1%Tx+0,2℃) 0,1℃ 0~1768,0℃(S) ±,(0,1%Tx+1℃) 0,5℃ 0~380,0℃(T) ±,(0,1%Tx+0,2℃) 0,1℃ 300,0~1600,0℃(B) ±,(0,1%Tx+1℃) 0,5℃ 0~1600,0℃(R) ±,(0,1%Tx+1℃) 0,5℃ 0~1300,0℃(N) ±,(0,1%Tx+0,4℃) 0,2℃
電位差計種類介紹
傳統電位差計
電位差計分直流電位差計和交流電位差計。直流電位差計用於測量直流電壓，使用時調節標準電壓的大小，以達到兩個電壓的補償。交流電位差計用於測量工頻到聲頻的正弦交流電壓。兩同頻率正弦交流電壓相等時，要求其幅值和相位均相等，因此交流電位差計的線路要複雜一些，並且至少有兩個可調量。交流電位
電位差計
差計在市場上只有用於工頻的產品，其他頻率的交流電位差計均需自行設計製作。 隨着直流電流比較儀的理論和技術不斷發展和完善，出現了準確度很高的直流電流比較儀式電位差計，其測量誤差約為百萬分之一數量級。
在用電位差計校準電流表時，是通過用電位差計測量標準電阻上的電壓來轉化成標準電流，進而對電流表各點進行校正。估算電錶校驗裝置的誤差，並判斷它是否小於電錶基本誤差限的1/3，進而得出校驗裝置是否合理的結論。估算時只要求考慮電位差計的基本誤差限及標準電阻 的誤差，可用下式確定：
顯然，電錶校驗裝置的誤差還應包括標準電動勢 欠准、工作電流波動、線間絕緣不良等其它因素的影響，但考慮這些因素對教學實驗就過於複雜了。式中電位差計測電壓的不確定度 用上面（5.8.1）式式來估算； 級的標準電阻（本實驗 ）的不確定度 可用下式簡化估算
數字電位差計
數字電位差計/電子電位差計 型號：HQ-YJ108B/1
HQ-YJ108B/1型數字電位差計是傳統直流電位差計的更新換代產品，它採用先進的數字化、智能化技術同傳統工藝相結合，在使用功能上完全覆蓋原電位差計UJ33a、UJ33a-1等產品，可對熱電偶和傳感器、變送器等一次儀表輸出的毫伏信號進行精密檢測，也可作為標準毫伏信號源直接校驗多種變送器及儀表。
u 產品特點
l 數字直讀發生（輸出）和測量（輸入）電壓值；
l 輸出標準電壓信號可帶負載，直接校驗各種低阻抗儀表；
l 採用四端鈕方式，消除小信號輸出時測量導線誤差
l 可發生對應多種熱電偶分度號常用溫度範圍的毫伏值，溫度直讀顯示；
l 內附精密基準源，去除標準電池，避免環境污染，同時省卻反覆對標準要求，方便用戶操作；
l 帶RS232標準接口，可與計算機通訊；
l 外形尺寸：88×215×285mm
u 技術指標 型號 測量、輸出量程範圍 本誤差允許極限 分辨力 最大輸出
HQ-YJ108B/1 0-1999.9mV ±（0.05%Ux+200μV） 100μV 2mA
0-199.99mV ±（0.05%Ux+20μV） 10μV 2mA
0-74.999mV ±（0.05%Ux+5μV） 1μV 2mA
0-19.999mV ±（0.05%Ux+2μV） 1μV 2mA
型號 測量、輸出量程範圍 本誤差允許極限 分辨力 最大輸出
HQ-YJ108B/2 0-1999.9mV ±（0.05%Ux+200μV） 100μV 2mA
0-199.99mV ±（0.05%Ux+20μV） 10μV 2mA
-10-74.999mV ±（0.05%Ux+5μV） 1μV 2mA
-1-19.999mV ±（0.05%Ux+2μV） 1μV 2mA
-200.0-+1300.0℃
(K) ±（0.1%Tx+0.2℃） 0.1℃
-200.0-+900.0℃
(E） ±（0.1%Tx+0.2℃） 0.1℃
-200.0-+1048.0℃
(J） ±（0.1%Tx+0.2℃） 0.1℃
-50.0-+1768.0℃
(S） ±（0.1%Tx+1℃） 0.5℃
-200.0-+380.0℃
(T） ±（0.1%Tx+0.2℃） 0.1℃