【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學叢書6677版』，此版叢書是“數(shù)理化自學叢書編委會”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎(chǔ)自學教材，本系列叢書共包含17本，層次大致相當于如今的初高中水平，其最大特點就是可用于“自學”。當然由于本書是大半個世紀前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎(chǔ)學生直接拿來自學。不過這套叢書卻很適合像我這樣已接受過基礎(chǔ)教育但卻很不扎實的學酥重新自修以查漏補缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫的注解。

【山話嵓語】『數(shù)理化自學叢書』其實還有新版，即80年代的改開版，改開版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學基礎(chǔ)自學內(nèi)容，直接搞出了一套從初中到大學的一條龍數(shù)理化自學教材大系列。不過我依然選擇6677版，首先是因為6677版保留了很多古早知識，讓我終于搞明白了和老工程師交流時遇到的奇特專業(yè)術(shù)語和計算模式的來由。另外就是6677版的版權(quán)風險極小，即使出版社再版也只會再版80年代改開版。我認為6677版不失為一套不錯的自學教材，不該被埋沒在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時間，將『數(shù)理化自學叢書6677版』上傳成文字版。

第二章直流電

【山話||? 本系列專欄中的力單位達因等于10??牛頓；功的單位爾格等于10??焦耳；熱量的單位卡路里等于4.186焦耳；電荷的單位靜庫（1庫倫=3×10?靜庫）；電勢的單位靜伏等于300伏特。另外這套老教材中力的單位常用公斤、克等，但如今是不允許的，力是不能使用質(zhì)量單位的?！??

§2-6電源·電動勢

1、電源

【01】要在導體里維持穩(wěn)恒電流，就必須在導體的兩端維持穩(wěn)恒的電勢差，也就是說必須要有電源。

【02】電源的種類很多，經(jīng)常使用的有電池和發(fā)電機兩種。它們的構(gòu)造和工作原理，以后還要討論。在這一節(jié)里，我們著重討論一切電源的共同特性。

【03】一切電源都是用導電材料制成的，并且都有兩個叫做極的導電固體。一個極的電勢較高，叫做正極；另一個電勢較低，叫做負極。使用電源時，只要把一個導體或一個導體組的兩端和兩極接連在一起，就可以得到直流電流。圖2·30和圖2·31分別表示用電池或發(fā)電機作為電源的簡單電路。

【04】電荷周流的整個電路，從電源的正極出發(fā)回到電源的正極為止，叫做全電路。電源本身也是電路的一個部分；這部分電路，從電源的負極出發(fā)通過電源的內(nèi)部到達電源的正極為止，叫做內(nèi)電路。電源以外的那一部分電路叫做外電路。

【05】在外電路上，形成電流的實質(zhì)是自由電子從電源的負極流向正極。但是在習慣上，總把它說成是正電荷從電源的正極流向負極，或者說成是電流從電源的正極流向負極。

【06】在電源的內(nèi)部，電荷的實際流動情況與電源的種類有關(guān)。在發(fā)電機里，那就是自由電子從正極流向負極；在電池里，那就是正離子和負離子分別向兩極流動。但在習慣上，不管其內(nèi)部實際情況怎樣，總把它說成是正電荷從負極流向正極，或者說成是電流從負極流向正極。

【07】在外電路上，電流從高電勢的正極流向低電勢的負極，也就是正電荷順著電場的方向移動；此時，電場力作正功，電勢能轉(zhuǎn)換成別種形式的能（例如導體的內(nèi)能）。在內(nèi)電路上，電流從低電勢的負極流向高電勢的正極，也就是正電荷逆著電場的方向移動；此時，電場力作負功，別種形式的能轉(zhuǎn)換成電勢能。所以我們可以說：電源是把別種形式的能轉(zhuǎn)換成電能的裝置。

【08】電池是把化學能轉(zhuǎn)換成電能的裝置。發(fā)電機是把機械能轉(zhuǎn)換成電能的裝置。此外還有把光能轉(zhuǎn)換成電能的光電池，把物質(zhì)內(nèi)能轉(zhuǎn)換成電能的熱電偶等等。

2、電動勢

【09】我們已經(jīng)知道，電源可以看做是把正電荷從負極搬運到正極的裝置（或把負電荷從正極搬運到負極的裝置），也可以看做是把別種形式的能轉(zhuǎn)換成電能的裝置。但是，電源的這種性能是怎樣發(fā)揮作用的呢？這種性能的強弱是用什么來量度的呢？這就是我們現(xiàn)在所要討論的問題。

【10】在一切電源里，都存在著一種抵抗電荷間相互作用的力。電荷間相互作用的力叫做靜電力；抵抗電荷間相互作用的力稱作為電源力，電源力是非靜電力。在不同種類的電源里，電源力的性質(zhì)和起因都不同。例如在電池里，這種非靜電力就叫做化學力，起因于金屬和酸溶液之間的化學反應(yīng)。

【11】圖2·32所示的是一個電源示意圖。A 和 B 是電源的兩個極，開始時它們都是中性的。由于電源力的作用，正電荷從 B 極脫出，移至 A 極（或說負電荷從 A 極脫出，移至 B 極），使兩極分別帶等量的異種電荷，從而在電源內(nèi)部建立了電場。這樣建立起來的電場阻礙電荷繼續(xù)遷移。但在兩極之間的電勢差達到一定限度之前，由于電源力大于電場力，所以正電荷要繼續(xù)從 B 極遷向 A 極。直到兩極間的電勢差達到一定的限值?E 時，電源力和電場力平衡，電荷才停止定向遷移。這時兩極所帶電荷的電量和兩極間的電勢差都不再增加。

【12】電源兩極間電勢差的限值?E?就叫做電源的電動勢。

【13】電動勢的大小單獨為電源自身的條件所決定，與電源以外的電路情況無關(guān)。不同結(jié)構(gòu)的電源一般具有不同大小的電動勢；一定的電源具有一定的電動勢。電源的電動勢可以用來表示電源具有把正電荷從負極移向正極的性能。

【14】在電源內(nèi)部，電荷移動的過程就是電源力作功的過程。在這個過程中，電源的能（如化學能、機械能、光能等）轉(zhuǎn)換成電勢能；轉(zhuǎn)換能量的多少就等于電源力所作的功。把正電荷 q 從電源的負極搬運到正極，電勢能的增量???。

【15】這就是說，在電荷 q 從負極遷移到正極的過程中，有大小等于 qE?的別種形式的能轉(zhuǎn)換成電勢能，也就是說，電源力作了 qE?的功。把上面的等式變成??，我們就可以說：電源的電動勢等于電源力在遷移電荷時所作的功跟被遷移的電量的比值。

【16】電源的電動勢還可以用來表示電源具有把別種形式的能轉(zhuǎn)換成電能的性能。

3、路端電壓

【17】只有在外電路沒有接通時，即斷路時，電場力和電源力才能處于平衡狀態(tài)，電源兩極間的電勢差才能達到它的最大限值 E? 。所以我們說：在外電路斷開時，電源兩極間的電勢差等于電源的電動勢。

【18】如果用導線把外電路接通，使整個電路成為閉合電路，那么正電荷就要從電源的正極經(jīng)過外電路流向負極，形成電流。此時，電源兩極所帶電荷的電量要比斷路時少一些，因而兩極間的電勢差也不再等于電動勢 E，而是減小到另一數(shù)值 V? 。電勢差的減小就是表示電場的削弱，也就是電場力不再與電源力相平衡。于是，電源內(nèi)部重新出現(xiàn)了正電荷從負極向正極遷移的現(xiàn)象。

【19】在外電路上，電場力對電荷的遷移起推動作用，兩極間電勢差越小電流強度也越??；在內(nèi)電路上，電場力對電荷的遷移起阻礙作用，兩極間電勢差越小電流強度反而越大。在外電路開始接通的那一時刻，兩極間電勢差最大，等于電動勢 E ，此時外電路上的電流強度最大，內(nèi)電路上的電流強度為零。這是一個不穩(wěn)定的狀態(tài)。隨著兩極間電勢差的減小，外電路上的電流強度逐漸減小，內(nèi)電路上的電流強度逐漸增大。最后，等到兩極間電勢差減小到一定的大小 V 時，內(nèi)外電路上的電流強度相等，這時才算建立了穩(wěn)恒狀態(tài)。所以我們說：在閉合電路里有穩(wěn)恒電流存在時，電源兩極間的電勢差總小于電源的電動勢。

【20】從接通電路到建立穩(wěn)恒狀態(tài)，所經(jīng)歷的時間極短，完全可以看做是瞬時變化。如果我們用伏特計和外電路并聯(lián)，接在電源的兩極之間，只能觀察到穩(wěn)恒狀態(tài)的極間電勢差 V，不能觀察到從 E 減小到 V 的迅速變化過程。

【21】在閉合電路里，電源兩極間的電勢差又叫做路端電壓（也叫做端電壓），它的意思就是：從外電路的一端到另一端的電壓。

【22】嚴格地說，電源的電動勢只能用靜電計來測量，而不能用伏特計來測量。當電源的兩極和靜電計連接時，外電路并未接通，所以測得的電勢差等于電動勢（斷路時的端電壓等于電源的電動勢）。當電源的兩極和伏特計連接時，不管有沒有別的導體和伏特計并聯(lián)，伏特計本身就已經(jīng)成為一個接通了的外電路，所以測得的路端電壓不等于電源的電動勢，而是比電動勢來得小一些。

【23】在實際應(yīng)用中，我們常用電阻很大的伏特計來測量電源的電動勢（測得的結(jié)果當然只是近似的正確），其理由將在下一節(jié)里加以討論。