用簡(jiǎn)單的串聯(lián)電路說(shuō)明電動(dòng)勢(shì)和電壓的區(qū)別

筆者曾讀過(guò)一篇寫(xiě)得很好的文章，內(nèi)容談到電動(dòng)勢(shì)（electromotive force，EMF ）和電壓之間的差異。那篇文章的作者似乎正處在某種“圣戰(zhàn)”中，并決心讓讀者了解那些“異教徒”不容忽視的基本真理。我讀了他的說(shuō)法，但對(duì)于他提出的那些酸言酸語(yǔ)的批評(píng)，我完全無(wú)法理解。最近，我決定仔細(xì)研究這個(gè)問(wèn)題。

EMF是以每庫(kù)倫焦耳（joules per coulomb）為單位。這個(gè)定義的參考框架適用于使用非電力能源的裝置將電能傳遞給一個(gè)電荷單位，如果電荷有機(jī)會(huì)，其將流向某處（電流），并有所作用。使用非電力能源的范例包括使用化學(xué)能的電池、使用旋轉(zhuǎn)動(dòng)能的發(fā)電機(jī)、使用光能的光電二極體，或是在鐵籠里一只飽食的松鼠使用橡實(shí)能量。

因次分析（dimensional analysis，亦稱(chēng)量綱分析）得出以下結(jié)果：

圖1 EMF的因次分析得出的方程式。

因次分析的推導(dǎo)論證如下：

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庫(kù)倫的電流；

對(duì)兩個(gè)推導(dǎo)進(jìn)行消去，可發(fā)現(xiàn)EMF的單位是伏特。

現(xiàn)在可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的串聯(lián)電路來(lái)說(shuō)明EMF和電壓之間的區(qū)別。

圖2 此串聯(lián)電路顯示了EMF和電壓之間的區(qū)別。

圖2中有活力的松鼠會(huì)產(chǎn)生EMF。圖中，Thevenin電阻下降為V1，三個(gè)串聯(lián)電阻下降為V2、V3和V4，回路周?chē)臄?shù)字總和為：

EMF- V1 – V2 – V3 – V4 = 0

因此，電壓V1~V4是由EMF產(chǎn)生，且它們的總和在數(shù)值上等于EMF。但是，由于V1~V4是因EMF而產(chǎn)生，所以根據(jù)定義來(lái)看，V1~V4并不是EMF。

EMF和電壓共享一單位，即伏特，但它們?cè)诟拍钌鲜遣煌膶?shí)體。不過(guò)有時(shí)候，我對(duì)語(yǔ)義會(huì)感到厭倦。

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