EMF與電壓之間有何差異?

作者 : John Dunn,EDN專欄作者

筆者曾讀過一篇寫得很好的文章,內容談到EMF和電壓之間的差異。那篇文章的作者似乎正處在某種「聖戰」中,並決心讓讀者瞭解那些「異教徒」不容忽視的基本真理。最近,我決定仔細研究這個問題…

筆者曾讀過一篇寫得很好的文章,內容談到電動勢(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「聖戰」中,並決心讓讀者瞭解那些「異教徒」不容忽視的基本真理。我讀了他的說法,但對於他提出的那些酸言酸語的批評,我完全無法理解。最近,我決定仔細研究這個問題。

EMF是以每庫倫焦耳(joules per coulomb)為單位。這個定義的參考框架適用於使用非電力能源的裝置將電能傳遞給一個電荷單位,如果電荷有機會,其將流向某處(電流),並有所作用。使用非電力能源的範例包括使用化學能的電池、使用旋轉動能的發電機、使用光能的光電二極體,或是在鐵籠裡一隻飽食的松鼠使用橡實能量。

因次分析(dimensional analysis,亦稱量綱分析)得出以下結果:

圖1 EMF的因次分析得出的方程式。

因次分析的推導論證如下:

  1. 1瓦的功率是每秒消耗1焦耳的能量。因此,1焦耳等於1瓦秒(watt second);
  2. 1瓦功率等於1伏特乘以1安培;
  3. 1安培是每秒1庫倫的電流;
  4. 對兩個推導進行消去,可發現EMF的單位是伏特。

現在可以用一個簡單的串聯電路來說明EMF和電壓之間的區別。

圖2 此串聯電路顯示了EMF和電壓之間的區別。

圖2中有活力的松鼠會產生EMF。圖中,Thevenin電阻下降為V1,三個串聯電阻下降為V2、V3和V4,迴路周圍的數字總和為:

EMF- V1 – V2 – V3 – V4 = 0

因此,電壓V1~V4是由EMF產生,且它們的總和在數值上等於EMF。但是,由於V1~V4是因EMF而產生,所以根據定義來看,V1~V4並不是EMF。

EMF和電壓共用一單位,即伏特,但它們在概念上是不同的實體。 不過有時候,我對語義會感到厭倦。

(參考原文:What’s the difference between EMF and voltage?,by John Dunn,EDN Taiwan Anthea Chuang編譯)

 

 

 

 

 

 

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