电位、电压、电动势的概念解读

自动化工程系崔红红电位、电压、电动势的概念电位、电压、电动势1）电压由于AB两个水槽的水位有高低之差，水位差形成了水压，导致了水流的定向流动，由高水位流向低水位。类似地，由于电池正极（A）的电位比负极（B）的电位高，这个电位差产生的电场力会移动电荷从A经过导线流向B形成了电流，对电荷作了功。为了衡量电场力对电荷做功的能力，引入了电压这个物理量。所以电压指任意两点之间的电位差，电场力将单位正电荷从A点移到B点所作的功，叫做电压，记作：式中，W——电场力由A点移动电荷到B点所做的功，单位焦耳（J）；Q——由A点移到B点的电荷量，单位库仑（C）；——A，B两点间的电压。在国际单位制中，电压的单位是伏特，简称伏，符号为V。如果将1库仑（C）正电荷从A点移到B点，电场力所做的功为1焦耳（J），则A和B两点间的电压为1伏（V）。常用的电压单位还有千伏（kV）、毫伏（mV）、微伏（），它们之间的换算关系如下：ABWUqμVABU电压同电流一样不但有大小，也是有方向的。电压的方向总是对电路中的两点而言的，规定电压的实际方向是由高电位指向低电位的方向，即电位降低的方向。电压方向可以用箭头来表示，也可以用双下标表示，双下标中前一个字母代表正电荷运动的起点，后一个字母代表正电荷运动的终点，电压的方向则由起点指向终点。除此之外还可以用“+”、“-”符号来表示电压的方向。与电流一样，电路中任意两点之间的电压的实际方向往往是不能预先确定，因此在对电路进行分析计算之前，先要设定该段电路电压的参考方向，若计算电压结果为正值，说明电压的参考方向与实际方向一致；若计算电压结果为负值，说明电压的参考方向与实际方向相反。2）电位A水槽的液面距离地面的高度设为10米，这是A的水位，B水槽的液面距离地面的高度为设1米，这是B的水位，可见“水位”这个概念是以地面作为参考点的，即从地面算起。而AB两个水槽液面之间的的水位差（9米）则与地面无关，水位差是两点之间的相对距离。相似的，在电路中任选一个参考点，电路中某一点到参考点的电压就称为该点的电位。电位的符号用V表示，电位的单位也是伏特（V）。电压和电位都是表征电路能量特征的物理量，两者有联系也有区别。电压是指电路中两点之间的电位差。因此，电位是相对的，它的大小与参考点的选择有关；电压是绝对的，它的大小与参考点的选择无关。参考点的选择是任意的，电路中各点的电位都是相对于参考点而言的。通常规定参考点的电位为零，因此参考点又叫做零电位点。比参考点高的电位为正，比参考点低的电位为负。通常将电源的负极作为参考点；在工程技术中则选择电路的接地点为参考点。由电位的定义可知，电位实际就是电压，只不过电压是指任意两点之间，而电位则是指某一点和参考点（地）之间，电路中任意两点之间的电压即为此两点之间的电位差，如a、b之间的电压可记为ababUVV3）电动势水流能在重力作用下从A槽自动流向B槽，即从高水位流向低水位，但水流不能自动克服重力由B槽流回A槽去，如果要让水流在AB两个槽之间不断循环，从而保证水车的不停旋转，则要消耗外部能量把水从低水位的B槽搬动回高水位的A槽，这样才能构成一个闭合的水路，使水流得以循环，这个把水由低往高送的任务就由水泵完成，衡量水泵提升水的能力用“扬程”这个概念。相似的，电路中的电流在电场作用下总是从高电位流向低电位，不能从低电位流向高电位，这样也没法构成闭合的回路，使电流无法持续。如果要构成闭合的回路，也得要消耗外部能量把正电荷从低电位搬运到高电位，这个任务由图中的干电池来完成，它消耗化学能实现把正电荷从低电位的负极源源不断地搬运到高电位的正极，使电池的两极之间保持着电位差，从而使电流得以持续。衡量电源移动正电荷的本领用“电动势”这个概念。电动势是电源力将单位正电荷从电源的负极移到正极所做的功，用符号E表示：式中，E为电源电动势，单位为伏（V），W为非电场力（化学力）移动正电荷作的功，单位是焦耳（J），q为非电场力移动的电荷量，单位为库伦（C）。若外力把1C正电荷从电源的负极移到正极所做的功是1J，则电源的电动势等于1V。WEq电源的电动势不仅有大小而且有方向，电动势在数值上等于电源两极间的电位差，方向规定为电源力推动正电荷运动的方向，即电位升高的方向，从电源的负极指向正极，这与电源外部的电压方向刚好相反。电动势和电压的单位都是伏特，都是反映电位差，都有方向，但两者还是有区别的：①、电动势与电压具有不同的物理意义。电动势是衡量电源把其它形式的能转化成电能这一本领的物理量，表示非电场力（外力）做功的本领，而电压是衡量电路把电能转化成其它形式能这一本领的物理量，表示电场力做功的本领。②、对一个电源来说，既有电动势又有电压，但电动势仅存于电源内部。电动势的大小决定于电源本身，与电源材料和结构有关，而与外电路的负载无关。电源的电动势在数值上等于电源两端的开路电压，即电源两端不接负载时的电压。③、电动势与电压的方向相反。电动势是从低电位指向高电位，即电位升高的方向；而电压是从高电位指向低电位，即电压降低的方向。谢谢观看