1.3.2 电学三兄弟之二——电压(电位差)

皮皮:现在我们可以学习电压了吧?

王老师:电路中两点之间的电位之差,称为该两点间的电压,也称电位差。通常用带下标的符号U表示,如Uab表示a、b两点间的电压,即

Uab=Ua-Ub

同理,Uab=-Uab

电压的单位也是伏特,常用的单位还有千伏(kV)、毫伏(mV)和微伏(μV),其换算关系如表1.3所示。

表1.3 电压单位及换算关系

阳阳:能不能举个例子来说明一下?

王老师:两处之间水的流动需要水位差,同样道理,两点之间电流的流动则需要电位差,电压(电位差)是推动导体中电流流动的动力,是形成电流的条件。水位、电位和电位差示意图如图1.25所示。

图1.25 水位、电位和电位差示意图

王老师总结:

电压:电压是形成电流的条件,也可以说电压是电流的动力,电正是由于有了这个动力,才会流动起来。电路中两点之间的电位之差,称为该两点间的电压,也称电位差。

皮皮:电压的方向如何?

王老师:同电流的方向类似,电压的方向规定为从高电位指向低电位,即电位降低的方向。因此,电压也称电压降。

王老师(难点):实际计算中,有时电压的实际方向难以确定,这时也可先假定电压的参考方向。原则上参考方向可任意选取,但如果已选定电流参考方向,则电压参考方向最好与电流参考方向选取一致,称为关联参考方向。若计算结果为正值,则电压实际方向与参考方向相一致;反之,电压实际方向与参考方向相反,如图1.26所示。

图1.26 电压的参考方向

电压参考方向的三种表示方法如图1.27所示。

●用箭头表示:箭头从正极指向负极。

●用正负极表示:正极表示高电位,负极表示低电位。

●用双下标表示:例如,UAB就意味着A点电位高于B点电位。

图1.27 电压参考方向的三种表示方法

实例点拨1.1 如图1.25(b)中,已知UA=1.5V,UB=3.0V,UC=4.5V。试求:UBAUCBUCA各为多少伏?若以B点为参考点,则UAUBUC各为多少伏?UBAUCBUCA又各为多少伏?

解:(1)UBA=UB-UA=3.0-1.5=1.5V

UCB=UC-UB=4.5-3.0=1.5V

UCA=UC-UA=4.5-1.5=3.0V

(2)若以B点为参考点,则UB=0V,UC=1.5V,UA=-1.5V

所以 UBA=UB-UA=0-(-1.5)=1.5v

UCB=UC-UB=1.5-0=1.5V

UCA=UC-UA-(-1.5)=3.0V

可见,电位和电压既有联系又有区别。

阳阳:电位和电压的区别是什么?

王老师:电路中各点的电位是相对的,与参考点的选择有关;但两点间的电压是绝对的,与参考点的选择无关。电位的参考点可以任意选择,但一个电路中只能选一个参考点。

实例点拨1.2 在图1.28所示电路中,UA=9V,UB=-6V,UC=5V,UD=0V,试求:UABUBCUCDUACUADUBD各为多少伏?

UAB=UA-UB=9-(-6)=15V

UBC=UB-UC=-6-5=-11V

UCD=UC-UD=5-0=5V

UAC=UA-UC=9-5=4V

UAD=UA-UD=9-0=9V

UBD=UB-UD=-6-0=-6V

图1.28 实例点拨1.2

皮皮:电压有哪些类型呢?

王老师:电压按照波形分类主要有直流电压和交流电压,此外还有方波、矩形波、锯齿波、钟形波等信号电压,如图1.29所示。

阳阳:老师,电是看不见,摸不着的,怎么有波形呢?

王老师:电虽然是看不见,摸不着的,但我们可以借助电子仪器仪表来进行测量和观察。测量电类的仪器仪表较多,观察波形一般用“示波器”。示波器的外形图如图1.30所示。

皮皮:老师,示波器与医院里的心电图仪是相似的,只不过心电图仪是观察心脏的,而示波器是用来观察电压等电类参数的!我理解的对吗?

王老师:对的!

图1.29 电压的波形图

图1.30 示波器的外形图