摘要：通過(guò)對(duì)非靜電力和電動(dòng)勢(shì)的討論，從而說(shuō)明在不同電路中，電動(dòng)勢(shì)所代表的意義不同，所起的作用不同。

   關(guān)鍵詞：非靜電力  電動(dòng)勢(shì)  電場(chǎng)

    0 引言
    電動(dòng)勢(shì)是靜電學(xué)里的重要物理概念，在本文中著重討論非靜電力和電動(dòng)勢(shì)的意義，說(shuō)明不同電路中電動(dòng)勢(shì)所起的作用也不一樣。

    1 非靜電力概念

    1.1 靜電平衡狀態(tài)中的非靜電力。導(dǎo)體靜電平衡的必要條件是導(dǎo)體內(nèi)部宏觀點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)應(yīng)該處處為零。但必須特別注意，只有在導(dǎo)體內(nèi)部的電荷不受任何非靜電力的作用時(shí)才是如此。否則，導(dǎo)體內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)不是處處為零的。例如，一金屬AB，在均勻磁場(chǎng)中作勻速運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)方向和磁場(chǎng)方向（×表示B垂直紙面向里），金屬棒內(nèi)的自由電子受到洛侖茲力的作用，而堆積在B端，使B端帶負(fù)電，A端帶正電。于是AB間產(chǎn)生靜電場(chǎng)。當(dāng)作用于自由電子的靜電場(chǎng)力與洛侖茲力平衡時(shí)，此金屬棒（仍以V作勻速運(yùn)動(dòng)）才處于靜電平衡狀態(tài),導(dǎo)體內(nèi)不再有電荷相對(duì)于導(dǎo)體作宏觀運(yùn)動(dòng)。這時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部的靜電場(chǎng)并不為零。

    稍后，將分析化學(xué)電池的內(nèi)、外電路中的電場(chǎng)。我們確信，當(dāng)化學(xué)電池?cái)嗦窌r(shí)，兩極各帶正、負(fù)電荷，電池系數(shù)處于靜電平衡，在電池內(nèi)部，作用于電荷的靜電力與非靜電力平衡，合力為零，但電池內(nèi)部的靜電場(chǎng)強(qiáng)并不處處為零。

    1.2 穩(wěn)恒電路中的非靜電力。由安培定理知道：純靜電系統(tǒng)的平衡是不穩(wěn)定的，放電電流也是不穩(wěn)定的。要獲得穩(wěn)定的電流，在系統(tǒng)內(nèi)必須同時(shí)有非靜電力對(duì)電荷的作用存在。

    已充電的平行板電容器與電阻R連接成回路，放電電流是非穩(wěn)恒的，電容器的靜電能量轉(zhuǎn)換成電流通過(guò)R時(shí)的焦耳熱，而且能量很快釋放完畢，于是電流停止，電容器A，B極板上的正負(fù)電荷完全中和，欲使回路中的電流穩(wěn)恒，根據(jù)穩(wěn)恒電流必須滿足的條件在回路中任作一閉合曲面，其內(nèi)的電荷對(duì)時(shí)間的變化率成為零，也可以說(shuō)回路中處處的電荷分布不隨時(shí)間變化，但電荷可以移動(dòng)。因而我們?cè)O(shè)想，帶正電的A板與帶負(fù)電的B板之間存在著某種外來(lái)的非靜電力，它反抗A，B板間的靜電力，及時(shí)地從B板取走正電荷，使B板失去正電荷而獲得等量的負(fù)電荷，恰好補(bǔ)償了B板在放電過(guò)程中損失的負(fù)電荷，使B板的電荷分布不隨時(shí)間變化。同時(shí)，非靜電力把從B板取走的正電荷及時(shí)地傳給了A板，使A板在放電過(guò)程中的電荷分布也不隨時(shí)間變化。這樣可以使這個(gè)含有非靜電力的回路保持穩(wěn)恒電流。非靜電力在B板取走正電荷，并反抗AB板間的靜電力把正電荷傳遞給A板所做的功，轉(zhuǎn)化成了回路中穩(wěn)恒電流釋放的電能以及形成穩(wěn)恒電流的初始暫態(tài)過(guò)程中，回路所積聚的磁場(chǎng)能。具有這種非靜電力的能源裝置，我們稱它為電源。

    1.3 非靜電力的物理本質(zhì)。我們討論一些常見的電源內(nèi)出現(xiàn)的非靜電力。如導(dǎo)體在穩(wěn)定的磁場(chǎng)中作切割磁感應(yīng)線的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體中自由電子所受到的非靜電力是洛侖茲力（磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力）；導(dǎo)體在變化著的磁場(chǎng)產(chǎn)生的感生電場(chǎng)（不具有位場(chǎng)性質(zhì)，是一非靜電的電場(chǎng)）力；導(dǎo)體在變化著的磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，自由電子所受到的非靜電力，既有洛侖茲力，又有感生電場(chǎng)力；如果性質(zhì)不均勻，如化學(xué)性質(zhì)不均勻（化學(xué)電池），物理性質(zhì)不均勻（溫差電池等），電池內(nèi)的電荷可以宏觀遷移，伴隨有能量的傳換。所有這些都可以歸結(jié)為非靜電力的作用。

    在化學(xué)電池中，金屬與電解質(zhì)相接觸的地方，導(dǎo)體的化學(xué)性質(zhì)就不均勻。由于化學(xué)作用，發(fā)生電荷的宏觀遷移，化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能。我們可以說(shuō)，這是由于某種“化學(xué)力”的作用所致，這種化學(xué)力便是非靜電力。由此可見，非靜電力可以有許多不同原因產(chǎn)生，各自的物理本質(zhì)也不相同。洛侖茲力、感生電場(chǎng)力等非靜電力是一種有質(zhì)動(dòng)力，或者說(shuō)是真實(shí)的力，而“化學(xué)力”這種非靜電力則是唯象的，是與力等效的作用，這些力并非來(lái)源于靜電荷，它們不遵守庫(kù)侖定律，但又可使電荷運(yùn)動(dòng)，故統(tǒng)稱為非靜電力。

從場(chǎng)的觀點(diǎn)看，直接與電荷相作用的是電場(chǎng)力，因此作用于電荷的非靜電力，也可以歸結(jié)為一種非靜電起源的電場(chǎng)作用，從而引入了非靜電起源的電場(chǎng)（簡(jiǎn)稱非靜電場(chǎng)）這一概念。感生電場(chǎng)是一種非靜電場(chǎng)，但是感生電場(chǎng)是一種真實(shí)的電場(chǎng)，由于它與靜電場(chǎng)的性質(zhì)不相同故稱為非靜電場(chǎng)（非位場(chǎng)），其它，如洛侖茲力，化學(xué)力等作為一種非靜電力而言，都是一種等效的電場(chǎng)力，特別強(qiáng)調(diào)的是，不管非靜電場(chǎng)（力）是真實(shí)的感生電場(chǎng)（力）或等效電場(chǎng)（力），非靜電場(chǎng)（力）的主要物理性質(zhì)是非保守場(chǎng)（力）。非靜電場(chǎng)強(qiáng)的線積分與積分路徑有關(guān)。

    2 電動(dòng)勢(shì)概念
    我們把如圖2所示的A,B兩板看成是化學(xué)電池的正負(fù)電極，電極間存在的非靜電力是一種化學(xué)力，于是這個(gè)裝置就是化學(xué)電池。在電池內(nèi)非靜電力對(duì)電荷作功，使A,B電位差保持不變，則此回路中的電流是穩(wěn)恒的。

不同電源內(nèi)非靜電場(chǎng)對(duì)單位正電荷做功的能力不同，故引入電動(dòng)勢(shì)概念來(lái)表征電源具有的這一基本性質(zhì)。

    2.1 電動(dòng)勢(shì)的定義。在一般電磁學(xué)書中，電動(dòng)勢(shì)的定義有以下幾種：

    2.1.1 《PSSC物理》給電動(dòng)勢(shì)的定義是：“電源內(nèi)部單位正電荷從負(fù)極到正極獲得的能量”。這種定義未引入非靜電力概念，但反映了電動(dòng)勢(shì)概念主要的物理特點(diǎn)，把電動(dòng)勢(shì)與電壓、電位等物理量?jī)?nèi)在地聯(lián)系起來(lái)，在初等物理學(xué)中使用這種定義，學(xué)生易于理解，也便于與大學(xué)課程銜接。

    2.1.2 福里斯、季莫列娃合編的《普通物理學(xué)》中說(shuō)：“繞電路一周時(shí)，電位躍變的代數(shù)和叫做電路中的電動(dòng)勢(shì)”。這種定義也未引入非靜電力概念。除化學(xué)電池外，其它非靜電力作用不能引起電位躍變，此定義不適用。例如圖3所示，金屬棒中AB在磁場(chǎng)中繞棒的一端B旋轉(zhuǎn)，洛侖茲力推動(dòng)AB間的電荷運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生電荷及電位的某種分布，就不是一種躍變。因此，這種定義沒(méi)有反映所有電源的共同特征，未突出電動(dòng)勢(shì)的本質(zhì)，現(xiàn)已不被人們采用。

    2.1.3 目前較流行的電源電動(dòng)勢(shì)的定義是：電源的電動(dòng)勢(shì)是單位正電荷從負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移到正極時(shí)非靜電所做的功。

    式中為電源電動(dòng)勢(shì)，A為正電荷q從負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移到正極時(shí)非靜電場(chǎng)力所做的功。對(duì)整個(gè)閉合回路而言即單位正電荷環(huán)繞閉合回路一周，非靜電場(chǎng)力所做的功稱為電動(dòng)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：
[1]趙凱華，陳熙謀，電磁學(xué) [M]北京：高等教育出版社，1999
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