电势、电位、电压和电动势之间的区别和联系

电学中经常看到电势、电位、电压和电动势这些物理量,它们的国际单位都是伏特(V),它们之间有什么联系和区别呢?

电势:

它是从静电学中定义的,即在电场中某个位置的单位电荷所具有的电势能,用数学表达式表示的话就是φ=ε/q,φ为电势,ε为电势能,q为电荷,或者说在电场中某个位置,如果1库伦(C)的电荷在该点所具有的电势能为1焦耳(J),那么这个位置所具有的电势就是1伏特(V)。
显然,不同的电场,在电场中不同的位置,电荷所具有的电势是不同的,如下图所示。
图中可以示意:
1、等势面就是电势相等的一个平面;
2、正电荷电场中各点电势为正,当远离正电荷,电势降低;
3、负电荷电场中各点电势为负,远离负电荷,电势增高;
4、电势的参考点一般取零电势能点,比如无限远处或者大地作为参考。

电位:

电位在数值上等于电场力把单位正电荷从电场中某点移到无限远处所做的功。
电位是电势的另一种说法。电势主要从能量的角度去衡量,而电位主要从做功的角度去衡量,它们的大小都需要有一个零电势点或零电位点作为参考点。
打个比喻,电势和电位就像我们经常说的某座山海拔多少米,指的是这座山以海平面为参考点,山峰相对参考点的高度。

电压:

电压就是两个点的电位之差,也叫电位差,它是个绝对值,无需参考点。
就比如刚才说的某座山,电压就如山峰与地面之间的高度差,山峰有个海拔高度,地面也有个海拔高度,两个海拔高度之差就是我们通常所说的这座山的高度。
一般我们规定,电压的方向是从高电位到低电位,即电压降的方向。

电动势:

电动势是表示非静电力(比如化学能、光能、磁场能等)克服电源内部正负极间的电场力,源源不断地把正电荷从负极经电源内部移到正极所做的功或把负电荷从正极经电源内部移到负极所做的功与电荷量的比值。
电动势是反映一个电源把其它形式的能转换成电能的能力或本领。电动势使电源的两端产生电压,如果与外部电路组成回路,就形成了电流。
电动势的方向规定为从电源的负极经电源内部指向电源的正极,与电源两端电压的方向相反。
一个电源,我们可以把它等效为一个电动势和一个内阻的串联。电源的带负载能力就取决于内阻的大小,性能好的电源,内阻小。

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