上一篇講到科學解釋的迷思與誤用
提到端電壓與電位差的概念
其實這個名詞之前就說過許多次
但一直沒有認真說
有朋友問起,就依我認知的跟大家聊聊
(我不是教授,以下如有錯誤概不負責,請自行查驗)
國高中只提到電壓( Voltage )這個名詞
但實際上在真實世界卻有許多不同的稱呼(單位都是伏特)
首先,電源會提供一個電壓
在沒有負載或負載極小的情況下我們測量出來的就叫做電動勢(electromotive force,EMF,經常稱為ε )
在電子學裡也常稱為開路電壓(Open Circuit Voltage,OCV)
也就是這個電源理論上「單位電量可以作的功」
但真實的電源並非完全沒有阻抗( impedance )
這個電源若是化學電池
阻抗的來源可能是化學反應產生的氣體或其他副反應的干擾或封裝不良或反應速率改變等等複合的原因
若是線性電源或是交換式電源
阻抗可能是內部電感或電容產生的電抗( reactance )或線路本身的電阻 (resistance)等等綜合的因素
這些電源內部的阻抗我們通常就稱為內阻(internal resistance)
所以內阻理論上也不會是一個定值
通常要產生電流之後內阻才會出現
因此當電源接上負載產生電流之後
這個內阻就會消耗一部份電壓
使得電源實際輸出的電壓會下降
這個真實輸出的電壓通常就稱為端電壓( terminal voltage )
當我們直接用電表測量電源輸出電壓時
因為負載電流極小,因此這時候量出來的端電壓「幾乎」就是開路電壓
也就是電源的電動勢
可是我們將電源接上負載之後,在線路中產生了電流
通常我們都會直接認知電源的電動勢(開路電壓)就是負載兩端電位差(electric potential difference)
但實際上我們已經知道電源有阻抗
其實線路也會有一定程度的電阻
這些因素都會消耗掉電源的電動勢
因此實際到負載時,電位差就會小於理想中的電源電動勢
這個電壓差值就是所謂的壓降( voltage drop )
所以壓降基本上不會是定值,和電流大小、電源內阻、線路電阻都有絕對的關係
所以若電源單純只接一個負載
在計算歐姆定律的時候我們所使用的V應該是負載兩端的電位差
而不是電源的電動勢
那甚麼時候電動勢(電源的開路電壓)可以直接拿來用?
下一篇再直接實驗來說明好了