電工基礎之直流電路電壓計算公式和單位換算及電位差概念講解

2020-12-11 工控窩

本文就給大家介紹什麼是電壓及電壓計算公式、單位換算與電位這三個基礎知識。

什麼是電壓?

電荷移動需要力,推動電荷在電源外部移動(也就是導線和負載)的這種力稱為電場力。電場力將單位正電荷沿電路中的一點推向另一點所做的功成為電壓。就好比水流一樣,水壓可以控制水流的流動。而如果電路中沒有電壓就不會產生電流了。

做功越多電壓就越大(比如強大的水壓可以提高水流將其射出很遠),所以電路中電壓表現了電場力推動電荷做功的能力。為了方便理解我們可以將電壓類比為水壓,電流類比做水流,關於電壓如何產生的這個問題會在下面「電位的基本概念」中介紹到。

電壓計算公式

和電流有直流和交流的區別一樣,電壓也有直流電壓和交流電壓之分,這個在計算公式中表示的符號是不同的,直流電壓用大寫字母「U」表示,而交流電壓用小寫字母「u」表示,電壓計算公式是:

上面公式中的U代表電壓、W代表電功率(單位焦耳)、q代表電量(單位庫倫),功率除以電量就是電壓了。AB是指定出點A到點B之間的電壓和這兩點之間的電功率,有時候一般電路中沒有帶這兩個參數的簡寫形式:,但電工養成嚴格的共識書寫習慣總是利大於弊的。

電壓單位換算

用上面的公式計算出了電壓那用什麼單位來表示這個數值呢(就像電流電位用安培「A」一樣)?當然有,電壓的國際單位為伏特(通常簡稱伏),用大寫字母V表示。

它的常用單位和電流單位安培一樣也有1KV(千伏)、V(伏)、mV(毫伏)、μV(微伏)這幾種,它們之間的划算如下:

1KV=1000V、1V=1000mV、1mV=1000μV

往下一個低級單位換算就除1000即可,重要的是理順kV、V、mV、μV之間的大小順序。電壓的大小除了通過計算得到外也可以用電工工具:萬用表直接測量,這個以後會介紹。

電位差的基本概念

我們都知道水可以流通是因為有水壓,那為什麼有水壓呢?因為水位的高低不同,而電位也可以類比成這樣。一般情況下物體所帶正電荷越多,其電位越高。如果把兩個有電位差的不同帶電體用導線連接起來,電位高的帶電體中的正電荷便向低電位的那個帶電體流去,於是導體總就產生了電流(物質中帶電粒子定向有規則的移動就形成電流)。

就如同水會從高處向低處流一樣,與此類似在電源外部(導線、負載)電流可以說是從高位流向低位。從這一點出發,電路中每一點都有一定的點位。電路中某點的點位高低是一個相對值,他與所選取的參考點有關。

在電路中任意兩點之間的電位差稱為這兩點之間的電壓

公式中A和B分別表示電位參考點。電位的單位就是電壓的單位,用伏特(V)表示。

電壓的方向規定與電場力方向一致,從高電位指向低電位。和電流一樣,在電路圖上所標的電壓和電位的方向都是參考方向。用「→」或「+」、「-」表示。

應當指出的是:電壓和電位的區別在於,電壓是一個絕對值,不隨參考點的改變而改變;而電位是一個相對值,隨著參考點的改變而改變(因為參考點的改變必然影響電位差的結果)。

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