電壓,電流，超前與滯后

電壓概述

電壓是電路中自由電荷定向移動(dòng)形成電流的原因。

電勢(shì)差（電壓差）的定義：

電荷q 在電場(chǎng)中從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)，電場(chǎng)力所做的功WAB與電荷量q 的比值，叫做AB兩點(diǎn)間的電勢(shì)差（AB兩點(diǎn)間的電勢(shì)之差，也稱為電位差），用UAB表示，則有公式：

其中，WAB為電場(chǎng)力所做的功，q為電荷量。

同時(shí)也可以利用電勢(shì)這樣定義

如果電壓的大小及方向都不隨時(shí)間變化，則稱之為穩(wěn)恒電壓或恒定電壓，簡(jiǎn)稱為直流電壓，用大寫字母U表示。如果電壓的大小及方向隨時(shí)間變化，則稱為變動(dòng)電壓。對(duì)電路分析來(lái)說(shuō)，一種最為重要的變動(dòng)電壓是正弦交流電壓(簡(jiǎn)稱交流電壓)，其大小及方向均隨時(shí)間按正弦規(guī)律作周期性變化。交流電壓的瞬時(shí)值要用小寫字母u或u(t)表示。在電路中提供電壓的裝置是電源。

單位：

電壓在國(guó)際單位制中的主單位是伏特（V），簡(jiǎn)稱伏，用符號(hào)V表示。

1伏特等于對(duì)每1庫(kù)侖的電荷做了1焦耳的功，即1 V = 1 J/C。強(qiáng)電壓常用千伏(kV)為單位，弱小電壓的單位可以用毫伏(mV)微伏(μv)。

它們之間的換算關(guān)系是：

電流概述

電流是導(dǎo)體中的自由電荷在電場(chǎng)力的作用下做有規(guī)則的定向運(yùn)動(dòng)就形成了-電流。

電源的電動(dòng)勢(shì)形成了電壓，繼而產(chǎn)生了電場(chǎng)力，在電場(chǎng)力的作用下，處于電微安(μA)1A=1 000mA=1 000 000μA，電學(xué)上規(guī)定：正電荷定向流動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞣较颉＝饘賹?dǎo)體中電流微觀表達(dá)式I=nesv,n為單位體積內(nèi)自由電子數(shù)，e為電子的電荷量，s為導(dǎo)體橫截面積，v為電荷速度。

大自然有很多種承載電荷的載子，例如，導(dǎo)電體內(nèi)可移動(dòng)的電子、電解液內(nèi)的離子、等離子體內(nèi)的電子和離子、強(qiáng)子內(nèi)的夸克。這些載子的移動(dòng)，形成了電流。

國(guó)際單位制中電流的基本單位是安培?！?安培定義為：在真空中相距為1米的兩根無(wú)限長(zhǎng)平行直導(dǎo)線，通以相等的恒定電流，當(dāng)每米導(dǎo)線上所受作用力為2×10-7 N時(shí)，各導(dǎo)線上的電流為1安培。

電壓電流的超前與滯后詳解

電壓電流的超前與滯后解析，由于Sin[ωt]在求導(dǎo)或積分后會(huì)出現(xiàn)Sin[ωt±90°]，所以對(duì)于接上了正弦波的電感、電容，橫坐標(biāo)為ωt時(shí)可以觀察到波形超前滯后的現(xiàn)象，直接從靜態(tài)的函數(shù)圖上看不太容易理解，所以下面的動(dòng)圖會(huì)比較直觀的理解。

下圖是電感的，用紅色表示電壓，藍(lán)色表示電流。如果接上理想的直流電壓表、直流電流表，可以觀察到電壓的變化超前于電流，電流的變化滯后于電壓。時(shí)間增加時(shí)，縱坐標(biāo)軸及時(shí)間原點(diǎn)會(huì)隨著波形一起往左移動(dòng)。

如果把波形畫在矢量圖右方，就是下面這種動(dòng)畫，但橫坐標(biāo)右方是過去存在的波形，指向過去，是-ωt。雖然波形反過來(lái)了，但電壓的變化仍然超前于電流，電流的變化仍然滯后于電壓。時(shí)間原點(diǎn)一直隨著波形往右方移動(dòng)，函數(shù)圖中的縱坐標(biāo)軸并未與橫坐標(biāo)交于原點(diǎn)，交點(diǎn)所代表的時(shí)間一直在增加。如果不注意，超前滯后的判斷很容易出錯(cuò)。

理解超前滯后這一概念用相量圖是最好的，從測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)觀察或者從靜態(tài)波形上觀察都不太直觀而且容易出錯(cuò)。下圖是電容的。電壓的變化滯后于電流，電流的變化超前于電壓。坐標(biāo)系右方是未來(lái)，左方是過去。

橫坐標(biāo)是-ωt時(shí)，電容的電壓的變化仍然滯后于電流，電流的變化仍然超前于電壓。因?yàn)榇俗鴺?biāo)系左方是未來(lái)，而右方是過去。

下圖是電阻的。電壓函數(shù)電流函數(shù)同相。

下圖是三者串聯(lián)的情況，沒畫相量圖和波形圖。但從指針的變化可以判斷：電流相同時(shí)，電感和電容的電壓函數(shù)反相。

沒畫總電壓，因?yàn)榭傠妷河锌赡艹坝诳傠娏鳎灿锌赡軠笥诳傠娏?，也有可能兩者同相，同相時(shí)為諧振狀態(tài)。

以前還做過這種，元件右邊標(biāo)的是電壓電流的參考方向。用不同的顏色描述電壓的大小，藍(lán)色>黃色>紅色；用不同的粗細(xì)和箭頭描述電流的大小和方向，而且把電感、電容充能的效果也做進(jìn)去了，電流最大時(shí)電感磁場(chǎng)能最大，電容電場(chǎng)能最小。

但是，就解釋超前滯后這一概念的話，指針表的動(dòng)畫更直觀。

電流與電壓的作用

電壓是產(chǎn)生電流的原因，所以說(shuō)電壓的作用是產(chǎn)生電流。

電流的作用是將電能轉(zhuǎn)化為其它能量。如電燈可將電能轉(zhuǎn)化為光能、熱能；電機(jī)可將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能和熱能等。

電壓高了產(chǎn)生的電流也會(huì)增大，電流大了電能轉(zhuǎn)化為其它能量就會(huì)增多。電源的電動(dòng)勢(shì)形成了電壓，繼而產(chǎn)生了電場(chǎng)力，在電場(chǎng)力的作用下，處于電場(chǎng)內(nèi)的電荷發(fā)生定向移動(dòng)，形成了電流。每秒通過1庫(kù)侖的電量稱為1「安培」（A）。安培是國(guó)際單位制中所有電性的基本單位。

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