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关于电位电压等概念的诠释.doc

关于电位电压等概念的诠释

zhang敏z
2017-11-20 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《关于电位电压等概念的诠释doc》,可适用于综合领域

关于电位电压等概念的诠释文◎李子青(湖南工业技术学院)摘要:电位和电压是《电工基础》课程里的基本慨念也是一个教学中的一个难点学生往往难以明白和区分。本文就它们概念的诠释及其区别作一探讨说明。一、电动势电源中的非静电力电路中维持稳桓电流的条件是必须存在稳桓电场。如果没有其他力的作用正电荷在静电力作用下只能从高电势处向低电处势移动这样电荷的分布将发生改变因此在静电力作用下不能维持稳恒电场和产生稳恒电流。如果在电路某一部分存在一种对电荷有非静电力作用的装置这种非静电力能够把正电荷从低电势处移送到高电势处用以补偿由于静电力作用时高电势处正电荷的耗损这种电路中就能维持稳恒电场产生稳恒电流电源就是能够提供这种非静电力作用的装置。(电源的电动势虽然各种电源中都存在非静电力都能在闭合电路中产生电流但对于不同的电源把一定量的正电荷从电源负极移送到正极非静电力所作的功是不同的。我们引入电动势这个物理量来描述电源内非静电力作功的特性。电源电动势e定义为把单位正电荷从负极经过电源内部移送到正极的过程中非静电力所作的功(用数学式子表示就是其单位为伏特。非静电场强EK只存在于电源内部在外电路中EK=o也就是说电源电动势等于把单位正电荷沿闭合电路移动一周时非静电力所作的功。电动势是反映电源内非静电力作功本领的物理量因而是个标量(无向量)。这标量可取正值也可取负值(正负来表示大小)它表征非静电力作正功还是作负功。通常我们把非静电力作正功的方向叫做电动势的“正方向”。这代表电源内部电动势的正方向是从负极指向正极、即从低电势处指向高电势处的二、电位、电位差任何作功与路径无关的力场叫做保守力场或位场在这类场中可以引进“位能”的概念。例如在力学中重力场作功与路径无关所以重力场是个保守力场我们可以引进“重力位能”的概念。静电场也是保守力场从而我们可引进“电位能”的概念。设想在电场中把一个试验电荷qo从P点移至Q点它的电位能的减少WP。定义为在此过程中静电场力对它作的功A即其单位亦为伏特。用文字来表述就是P、Q两点间的电位差定义为从P到Q移动单位正电荷时电场力所做的功。电压也是一个标量。上面介绍的是电场中两点之间的电位差如果要问空间某一点的电位数值为多少则需选定参考点。我们拟定参考点取电位为O。则其它各点与此参考点之间的电位差定义为该点的电位值。在理论计算中如果带电体系局限在有限大小的空间里通常选择无穷远点为电位的参考位置。这样一来空间任一点P的电位U(p)就等于电位差UP即亦即P、Q两点间的电位差等于P点的电位减Q点的电位因此当任一电荷qo在电场中从P点移到Q点时电场力所作的功可用电势差表示为在实际应用中经常遇到的是两点间的电势差式()是计算电场力作功和计算电势能增减变化时是常用的公式。三、电位的诠释为了说明电位的含义这里用水位来进行形象地描述。一条河流有水位的高低大水到来时水会涨高水位就高水少时水位就低。电位相当于电场中的“水位”。电位高低的含义是:电场力移动单位正电荷所做的功愈多说明正电荷所在点的电位愈高反之则愈低。电场中的电位有正负之分。电位的正、负是相对的。电场中参考点选择不同时某一点的电位是不同的。为了方便起见在电路中通常以金属底板或接地为参考点规定参考点的电位为零这样低于参考点的电位是负电位高于参考点电位的是正电位可见电位有正、负之分。电位的正与负也可以用水位来说明例如规定了一条大河的警戒线水位当水位高于这一警戒线时为正低于这一警戒线时为负电场中的电位正、负概念同这是相似的这样的描述比较形象易于记忆。四、电位与电压区别电压是指电路中的两点的电位的大小差距与电位有相同单位。只有两个不同的电位才会形成电压。电位是指该点与指定的零电位的电压大小差距即电位是相对某一规定电位为O点的电压。这个概念跟高度有点像比如说某楼层多少高就是指它离地面的高度差电位就好比楼层的高度O电位就是地面电位就是楼高度而说楼到楼的高差是米意为指定楼层间高度差距这个就是电压值为“米”。同时应强调电位是相对的概念而电压则是绝对的概念。即电路中各点的电位是相对的他随参考点的不同而不同而电压是电路中两点的电位之差值是一定的它与参考点的选择无关。下面是一个简单示例来说明两者在数值上关系的变化。图(a)是题图(b)、(c)是分别以b、c点为参考点的计算从上图的计算可以看出电压是一个绝对值而电位则是一个相对值。这样反复举例说明学生基本能理解了电位和电压的慨念。五、电位与电压的方向最后谈谈电流与电压的方向问题。在计算电流或电压时必须先设定参考方向参考方向与实际方向的关系:当电流(或电压)的实际方向与参考方向相一致时电流(或电压)为正值反之为负值。电流(或电压)的参考方向可以任意设定。参考方向一旦设定以后可以通过数值的正负判断电流(或电压)的实际方向。参考教材:邱关源主编的《电路》第四版高等教育出版社

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