电池内部非静电力做功探讨.ppt

电池内部非静电力做功探讨 目录 一非静电力的定义和概念 二非静电力与静电力的联系与区别三电池内部非静电力做功 一非静电力的定义和概念 非静电力 除静电力外的其它力都属于非静电力吗 万有引力可以作为非静电力吗 洛伦兹力是怎么产生的 解释 非静电力 顾名思义 就是电荷在非静电场中产生的力 是除了静电力外能对电荷流动产生作用的力 可见并非是除了静电力外的其他力都是非静电力 万有引力就自然不是非静电力了 非静电场如右图 变化的磁场会激发产生感应电场 这种感应电场成涡旋状 就是一种非静电场 也称涡旋电场 电荷在这样的非静电场中会受到相应的非静电力 疑问 运动的电荷在恒定的磁场中运动 v与B不共线时 会受到洛伦兹力 这个洛伦兹力按非静电力的定义来说是非静电力 而非静电力的产生是需要非静电场的 可是 恒定的磁场是不会激发非静电场的 这似乎存在矛盾 怎么解释呢 我的想法 仅是讨论 按照麦克斯韦的电磁理论 恒定磁场是不会激发感应电场的 但是电荷在磁场中运动 与磁场产生相对运动 相对于电荷来说 磁场在方向或大小上都有可能发生变化 这样看似恒定的磁场 其实相对来说是发生了变化的 所以也会产生相对的感应电场 这就不矛盾了 二非静电力与静电力 静电场由静止电荷 相对于观察者静止的电荷 激发的电场 根据静电场的高斯定理 静电场的电场线 起于正电荷 终止于负电荷 或从无穷远到无穷远 故静电场是有源场 从安培环路定理来说它是一个无旋场 根据环量定理 静电场中环量恒等于零 表明静电场中沿任意闭合路径移动电荷 电场所做的功都为零 因此静电场是保守场 综上 非静电场是有源无旋场 非静电场在非静电力存在的空域中 我们可以定义一个非静电性场 所谓非静电性场是指一个能施力于电荷的力场 但它对电荷的作用力所遵从的规律和静电场不同 如同对静电场的讨论那样 非静电性场的力学性质也可以用非静电性场强来描述 非静电场是无源有旋场 三电池内部的非静电力 非静电力在电源内使正 负电荷分离 并使正电荷聚积到电源正极 负电荷聚积到电源负极 非静电力使电源两极间产生并维持一定的电势差 不同的电池 非静电力的形式上是有差异的 但其本质是相同的 在化学电池 干电池 蓄电池 中 非静电力是一种与离子的溶解和沉积过程相联系的化学作用 在温差电源中 非静电力是一种与温度差和电子浓度差相联系的扩散作用 在一般发电机中 非静电力起源于磁场对运动电荷的作用 即洛伦兹力 变化磁场产生的涡旋旋电场也是一种非静电力 但因其力线呈涡旋状 通常不用作电源 也难以区分内外 温差电池利用温度差异 使热能直接转化为电能的装置 塞贝克 Seebeck 效应 年 赛贝克发现 把两种不同的金属导体接成闭合电路时 如果把它的两个接点分别置于温度不同的两个环境中 则电路中就会有电流产生 塞贝克效应的实质在于两种金属接触时会产生接触电势差 该电势差取决于金属的电子逸出功和有效电子密度这两个基本因素 温差电池 原理 不同的金属材料所具有的自由电子密度不同 当两种不同的金属导体接触时 在接触面上就会发生电子扩散 设导体A和B的自由电子密度为Pa和Pb 且有Pa Pb 电子扩散的结果使导体A失去电子而带正电 导体B则因获得电子而带负电 在接触面形成电场 这个电场阻碍了电子继续扩散 达到动态平衡时 在接触区形成一个稳定的电位差 即接触电势 光电电池 光电电池 一种在光的照射下产生电动势的半导体元件 光生伏特效应 光线照射在太阳能电池上并且光在界面层被吸收 具有足够能量的光子能够在P型硅和N型硅中将电子从共价键中激发 以致产生电子 空穴对 界面层附近的电子和空穴在复合之前 将通过空间电荷的电场作用被相互分离 电子向带正电的N区和空穴向带负电的P区运动 通过界面层的电荷分离 将在P区和N区之间产生一个向外的可测试的电压 空穴 在电子挣脱价键的束缚成为自由电子后 其价键中所留下的空位 一个空穴带一个单位的正电子电量 光生伏特效应过程它首先是由光子 光波 转化为电子 光能量转化为电能量的过程 其次 是形成电压过程 有了电压 就像筑高了大坝 如果两者之间连通 就会形成电流的回路 化学电池 将化学能直接转变为电能的装置 主要部分是电解质溶液 浸在溶液中的正 负电极和连接电极的导线 依据能否充电复原 分为原电池和蓄电池两种 化学电池 锌锰电池 电极反应式为 负极 锌筒 Zn 2e Zn NH3 2Cl2 2H 正极 石墨 2NH4 2NH3 H2 H2O 2MnO2 2e 2MnOOH 2OH 总反应 Zn 2NH4Cl 2MnO2 Zn NH3 2Cl2 2MnOOH干电池的电压大约为1 5V 不能充电再生 化学电池 铅酸蓄电池放电时 负极 Pb SO42 2e PbSO4正极 PbO2 4H SO42 2e PbSO4 2H2O总反应式为 Pb PbO2 2H2SO4 2PbSO4 2H2O充电时 阳极 PbSO4 2H2O 2e PbO2 4H SO42 阴极 PbSO4 2e Pb SO42 总反应式为 2PbSO4 2H2O Pb PbO2 2H2SO4