小议与电源有关的几个问题

在职业中专电子电工专业的学习中，有关电源知识的内容是比较重要的，也是学生学习中难以理解的。为了在教学中使学生更好地学习与理解这部分知识，就这方面的内容谈几点看法。
一、正确认识电源电动势的本质
电源电动势是描述电源性质的重要物理量，因此掌握好电动势这一重要概念是学好电源知识的关键。在电动势产生的过程中，要牢固的掌握什么是非电场力及非电场力所做的功。电荷移动时所需要的力可以是电场力、化学力和磁力。所谓非电场力，主要是指化学力和磁力。化学力对大家来说并不生疏，只要在电路中遇到干电池、蓄电池，一定就会想到它是电源，且有化学力存在。可是，对磁力来说，尽管在电磁感应中见的较多，但学生往往忽略了它是电源，因此没有把磁力和电源内的非电场力联系起来。
例如，当一根导线在磁场中做切割磁力线运动时，导线两端要产生感应电动势，如果和其他导线联成闭合回路，就要产生感应电流。切割磁力线的这一段导线就是一个电源，导线内的自由电子受磁力的作用而移动。就是这样一个简单的问题，因为有的同学不能把它和电源联系起来，所以与电源有关的问题，像导线中的电流方向如何，导线两端的电动势哪一端高等就不能很好解决。如果把这段导线看成电源，在电源内部电流是从低电势流向高电势。这样就可以得出电流的方向，电势的高低。
电源的电动势是和非电场力的做功密切联系，在电源的内部，非电场力把正电荷从负极板移到正极板时要对电荷做功，这个做功的过程是产生电源电动势的本质。非电场力所做的功，反映了其它形式的能量有多少变成了电能，因此，在电源内部非电场力做功的过程是能量相互转换的过程。电源的电动势正是从这里定义的，即非电场力把正电荷从负极移到正极所做的功与该电荷电量的比值，称电源的电动势。用公式表示为：ε=w/q。根据公式可以知道电动势的物理意义：在电源内部，非电场力把单位正电荷从负极移动到正极时所做的功。
二、严格区分电动势与电压
电动势与电压是最容易混淆的两个概念，因此严格区分这两个物理量是非常重要的。前面已经讲过，电动势是表示非电场力把单位正电荷从负极经电源内部移到正极所做的功。
而电压则表示电场力把单位正电荷从电场中的某一点经任意路径移到另一点所做的功，它们是完全不同的两个概念。这一点弄清楚了，对于电源的端电压、内电压与电动势的区别也就容易搞清了。
电源的路端电压是指电源加在外电路两端的电压，是指电场力把单位正电荷从正极经外电路移到负极所做的功。电源的电动势对一个固定电源来说是不变的，而电源的端电压却是随外电路的负载而变化的。它的变化规律服从全电路欧姆定律。它的数学表达式为：u=ε-ir。其中ir项为电源的内电压，也叫内压降，它的物理过程虽然也发生在电源内部，但与电动势的意义不同，它是由电场力所引起的，在电源内部起着消耗非电场力所做功的作用。对一个固定的电源来说，它的内阻是不变的，但通过电源的电流是随外电路而变化的，因此内电压也是一个随外电路而变化的量。

这里需要注意的是，往往有的同学不理解把伏特计接在电源两端时，为什么测的是电源的端电压而不是内电压。这里只要把伏特计理解为外电路就可以解决了，它相当于和外电路并联的电路，所以其电压应等于外电路两端的电压。有的同学认为电源的电动势一定大于电源的端电压，这是一个不正确的结论，他忽略了电源被充电时的情况。当电源被充电时，电动势在电路中是反电动势，这时电源两端的端电压大于电源的电动势，其数学表达式为：u=ε+ir。同样的道理，当电源被充电时，电源内部的电流是从高电势流向低电势。因此，在电源内部电流总是由低电势流向高电势的说法也是不正确的。
三、正确理解电源的功率
电源的功率是指电源工作时的全部电功率，即电源的电动势与通过电源的电流之乘积，p=εi。有些同学认为这个功率对一个固定电源来说是恒量，这是不对的。因为电流i是随外电路而变化的，所以εi也是随外电路而变化的。但是，对于一个固定电源来说，它所承担的最大电流是有限度的，这个最大电流称为电源的额定电流。超过电源的额定电流，电源就可能烧坏。对应额定电流，电源有一个额定功率，它是额定电流与电动势的乘积，这是一个不变的量。在应用中，电源的实际功率要小于其额定功率。如果把额定功率误认为实际功率，就会产生电源在使用时功率不变的错误认识。
也有好多同学搞不清电源的功率与电源的输出功率、输入功率的关系，后两者是指电源的端电压与电流的乘积，即p输=ui。当电源向外放电时，电源的功率大于其输出功率；当电源被充电时，电源的功率小于电源的输入功率。
因此，要学好有关电源的知识，既要理解电源内部发生的物理过程，又要掌握各物理量的含义，才能在实践中正确应用相关的知识。