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                    什么是電壓、電流和功率?

                    時間:2020-10-28 00:18來源:海獵人

                     

                    電壓、電流和功率

                    電學現象的兩個關鍵基本量是電壓和電流。電壓可以通過幾種方式來理解,最常見的方法就是把它類推為壓力,也可以理解為一種勢能;第三種方法是將電壓理解為推動電子在電路中定向運動的電動勢的衡量。電流可以類比為流量,它的定義是,在特定的時間間隔內通過電路中某一點的電子數。

                    電壓和電流的概念是緊密關聯的,只提及其中一個而不談另一個是不太可能的。如果沒有電壓,就沒有電流流動;如果沒有電流,雖然靜電荷(電壓)可能存在,但是不會做任何有用功。

                    什么是電壓、電流和功率? - 海獵網-海獵人  請參考第1章中關于靜電荷和電子運動的概述。此處的很多術語和概念都已經在第1章列舉出來了,不再贅述。

                    在直流電路中,電壓、電流和功率之間的關系是非常簡單的,沒有交流電路中的時間、相位或頻率等問題需要考慮。A.5節更詳細地講解了交流電路的相關概念,但是總體來說,此處關于電壓、電流和功率的討論也適用于交流電路(有些與頻率有關的電路除外,A.6節將對其加以論述)。電流和功率將分別在A.2.2節和A.2.3節中詳細論述。

                    A.2.1 電壓

                    電壓的計量單位是伏特,簡稱V。在直流電路中,電壓可以簡單定義為兩點之間的電勢差。

                    在電路中,能量在整個系統中或是做功(轉化成熱量),或是表現為電場或磁場的形式(在交流電路和電抗元件中)。此處的要點是:為了創建電勢梯度,需要有某物(電場力)以某種形式消耗一些能量,而在電勢差轉化為元件兩端的壓降、電路中有電流流過時,消耗的能量就被恢復了。如果元件是電阻(或者僅是一根導線),則能量將主要轉化為熱能;如果是一個電感,則能量將存儲在電感周圍的磁場中。電容將能量以電場的形式存儲在兩極板之間。A.6節詳細介紹了電感和電容的知識。

                    在有電流流動時,可以用另一種方式理解電壓,即推動 電流的推力。電壓越大,就越容易推動電流通過電阻等阻礙(或絕緣體,如果電壓非常高的話)。同樣地,隨著電壓或電流的升高,消耗的能量也越多,即功率越大,通常以熱量的形式耗散。

                    電路中兩點之間的電壓取決于電壓源的大小,電壓源用來提供推力使電流流動。發電機使用電動勢(EMF)在固定的電壓下提供電流。電源將普通的交流電路(舉例)的電壓和電流轉換為某個確定的電壓值和電流值(直流或交流)。電池利用電化學過程提供電動勢,從而產生電勢差。

                    A-1舉例說明了三種形式的電壓。電動勢源產生電壓。電動勢源可能是電池、發電機、雙金屬結或者太陽能電池。不論它是什么,它都是一個主要的電子源,內部有一些電動勢為電子提供電壓。電動勢的產生涉及其他的能量形式(化學能、電化學能、熱能或光能)到電能的轉換。

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                     A-1 電勢和電動勢

                    只要電勢能未被利用,它就只是靜止的勢能。它的大小用伏特表示,沒有電流或功率(因為它是靜止的,沒有電子移動)。當勢能轉化為閉合電路中的電流流動時,電流和功率的概念就一同出現了。圖A-1中的向下的箭頭表明隨著電流的流動,電流做功,電勢能下降,電勢差降為零。圖中的電壓電平是任意設定的,僅供解釋說明。

                    A-2展示了直流電壓隨時間變化的圖解表示,電壓在圖上是一條筆直的水平直線。這就是你將會在示波器上觀察到的直流電壓波形。同樣,電壓值的設定也僅供解釋說明。

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                     A-2 隨時間變化的直流電壓示意圖,一條直線

                    注意,圖A-2同時展示了正的電壓和負的電壓。直流電壓的極性主要取決于中性參照點的選。创蟮兀。有些情況下,電源的正極接地,此時電路中測得的電壓就都為負值。有些類型的電源具有正輸出和負輸出,這種情況通常見于PC電源,如A.2.3節中所描述的電源。

                    你一定要記住關于電壓的一個重要事實:它只存在于兩個特定的點之間。也就是說,電壓是相對于參考點進行測量的。當電壓的測量是相對于普通的參考點(如大地)時,它代表的是電路在該測量點上的電壓值。這個值并沒有表現出單個元件兩端的電壓大小,而只表現了測量點上的電壓是如何受到電路影響的(如果有影響的話)。

                    A-3闡明了電壓測量的相關概念。假設R 1 R 2 阻值相等,此例中A點電壓就是供電電壓的二分之一。A點電壓的實際值取決于R 3 、R 4 R 5 的阻值。你可以參考第1章中分壓器的相關知識,并參考后面的A.3.3節、A.3.4節和A.4.3節來獲取關于串聯和并聯電阻網絡的更詳細內容。B點的電壓總與供電電壓相等,此例中為9 V。

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                     A-3 電路中的電壓測量

                    在元件兩端測得的電壓叫作壓降 。圖A-4使用了圖A-3中的電路來說明這一特性。

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                     A-4 電路中的壓降

                    A-4中,在R 3 兩端測得的電壓(A、B兩點之間)就是電阻上的壓降,同樣,在R 1 兩端測得的電壓也是R 1 上的壓降。在A點和參考點之間測得的R 2 兩端的電壓是R 2 上的壓降。

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