1、電壓與電位
如圖1—5所示,在導(dǎo)體內(nèi)電荷定向運(yùn)動是由于電場力的作用形成的。那么,電路中a、b兩點(diǎn)間電壓的大小就等于電場力將單位正電荷由a點(diǎn)移動到b點(diǎn)所作的功,用符號uab表示。在直流電路中電壓用大寫字母u表示。電壓的單位為伏特(v)。
為了更方便地分析電壓這個物理量,我們引入了電位的概念。在電路中任選參考點(diǎn)o,則電路中某點(diǎn)a 到參考點(diǎn)o的電壓就稱為a點(diǎn)的電位。換而言之,即電位實(shí)際上就是相對于參考點(diǎn)的電壓。
電位用v表示。電路參考點(diǎn)本身的電位vo=0,參考點(diǎn)也稱為零電位點(diǎn)。
在電路中任選參考點(diǎn)o,則a 、b兩點(diǎn)的電位分別為va=uao、vb=ubo。按照做功的定義,電場力把單位正電荷從a 點(diǎn)移到b點(diǎn)所做的功,等于把單位正電荷從a點(diǎn)移到0點(diǎn),再移到b點(diǎn)所做的功的和,即
式(1—4)表明,電路中a 、b兩點(diǎn)間的電壓等于a 、b兩點(diǎn)的電位差,因而電壓也稱為電位差。
2、電壓的方向
兩點(diǎn)之間電壓的實(shí)際方向是由高電位點(diǎn)指向低電位點(diǎn)。所以電壓也常稱為電壓降。為分析電路方便,與電流一樣,引入電壓的參考方向。如圖1-6所示,對元件或電路兩端,可以任意選定一個方向?yàn)殡妷旱膮⒖挤较?,?dāng)電壓的實(shí)際方向與它的參考方向一致時,電壓值為正,即u>0,反之,當(dāng)電壓的實(shí)際方向與它的參考方向相反時,電壓值為負(fù),即u<0。
對電壓參考方向的標(biāo)注除了用箭頭外,還可用雙下標(biāo)和正(十)、負(fù)(一)極性表示。例如uab表明電壓參考方向從a 指向b。若用正負(fù)極性表示,電壓參考方向從正極指向負(fù)極。
在直流電路中電壓用大寫字母u表示,電壓的單位為伏特(v)。
電路中電流與電壓的參考方向選擇是獨(dú)立的,對一個電路,若元件電流與電壓選擇的參考方向相同,如圖1-7所示,則稱這個參考方向?yàn)殛P(guān)聯(lián)參考方向,否則為非關(guān)聯(lián)方向。
3、運(yùn)用電位概念時的注意點(diǎn)
1)選擇不同的參考點(diǎn),同一點(diǎn)的電位數(shù)值不同。例如圖1—8電路,若選擇o點(diǎn)為電位參考點(diǎn),即vo=0v,va=10v, vb=6v;若選擇b 點(diǎn)為電位參考點(diǎn),即vb=0v,va=4v, vo=-6v。
2)兩點(diǎn)間的電壓大小與參考點(diǎn)的選擇無關(guān),即電位的高低是相對的,而電壓值是絕對的。如圖1—8電路中,不論參考點(diǎn)選擇為o點(diǎn)或是b點(diǎn),都不會改變uab的大小。
3)與電流、電壓一樣,電位也可為正值或負(fù)值,某點(diǎn)的電位高于參考點(diǎn),則為正,反之則為負(fù)。
4)在汽車電路中,蓄電池負(fù)極直接或間接地通過導(dǎo)線聯(lián)接在車身金屬或車架上,即俗稱“搭鐵”。 通常汽車中的搭鐵點(diǎn)就是電路的參考點(diǎn),電路中任一點(diǎn)的電位就是相對于搭鐵的電壓。電力系統(tǒng)中,通常以大地作為參考點(diǎn);電子電路中,一般選擇電子設(shè)備的金屬機(jī)殼或某公共點(diǎn)作為參考點(diǎn)。參考點(diǎn)的電位為零,用符號“┴”表示。