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电路分析中电位的概念

时间:2022-01-10 11:27 浏览:15次 电路大全 电路 分析 电位 概念

电路分析中电位的概念

在电路分析中,特别是在电子电路中我们经常用到电位的概念。例如晶体管的工作状态就要根据各个电极的电位来判定;在检测实际工作中的电路时,测量电位也比测量电流方便。另外,对于比较复杂的电路,各点若用电位表表示可使电路图清晰明了,更便于分析研究。

为了能够理解电位的概念,我们需要把电压、电动势两个概念一起进行分析比较。为了便于学习和理解,本单元仅就均匀电场中电荷受力运动作功的情况,阐述电压、电位和电动势的意义。

一、电压<?XML:NAMESpACE pREFIX = O />

如图所示的均匀电场中,各点场强是相同的,若把电量Q的电荷放入此电场中,它在各点受电场力也是相同的,可表示为

F=QE

当正电荷受力从a点移到b点即移动距离为 时,电场力必定作功 ,可表示为

从上式可知,电场力移动Q从a点到b点所作的功 ,不仅决定于电场强度E和两点间的距离 ,而且与被移动电荷所带电量Q成正比。在一定的电场中,比值 是一个恒定不变的量,只和电场本身所具有的能量有关。为了说明电场本身的能量特性,可用这个比值来表征该电场从a点到b点作功(即电场提供的能量)的能力,并称这个比值为由a点到b点的电压,用符号 表示:

其电位为伏特。

二、电位

由于在电场中移动电荷作功只与起点和终点的位置有关,而与移动路径无关,如果选定电场中某一点o为基准点,或叫做参考点(如图所示)。

则电场中其他各点如a点、b点、c点到o点之间的电压就有一个确定电压值( ),这些电压值称为以o点为基准的各点的电位,用符号V表示。例如 等。规定基准点的电位 ,所以基准点也常称为零点电位。某点的“电位值”实质上就是这一点对基准点的电压值,所以电位不是绝对的量,而是对基准点而言的相对的量,选择不同的基准点,各点得到的不电位值也就不同。

1.电位的计算

在上图所示的均匀电场中,设两极板间电压 ,为便于计算,选取等间隔的a、b、c、o四点,因此有

当选定o点为零电位点时,则各点电位分别为

如选定b点为零点时,则各点电位分别为

2.结论

由上面可见,当选定的零电位点不同时,各点电位就有不同的数值,但是两点之间的电压却不依零电位点的改变而改变。任意两点间的电压等于这两点电位的差值,即

这是因为:

所以,电压也称为电位差。因为电压是两点电位的差值,因此电压与选定的基准点或零电位点无关。电压的正方向即是从高电位到低电位的方向。

三、电动势

要使电路中有持续不断的电流,必须保持电路中有一定的电场存在,电源的作用就是产生和保持电路上一定的电场。电源之所以能起这一作用的关键在于电源内部的电荷除了受到静电力的作用外,还受到非静电力的作用。(diangon/版权所有)在不同种类的电源里,非静电力(也叫局外力)的性质和起因各不相同,例如在蓄电池里,这种非静电力就叫做化学力,起因于金属和酸溶液之间的化学反应。

电动势在数值上等于单位正电荷沿整个闭合电路移动一周时,电场力所作的功。

电动势与电压这两个物理量有以下几点不同:

(1)电动势与电压具有不同的物理意义:电动势是表示电源将其他形式的能量转换成电场能量的本领;而电压则表示电路中电场力作功的本领。

(2)电动势与电压的实际方向不同,电压的实际方向就是电压降的方向;而电动势的实际方向则是电压生的方向,即从电源负极指向正极。

(3)电动势仅存在电源内部,则电压则不仅存在于电源内部,而且也存在于电源外部。

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