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电压和电位傻傻分不清?

肖菲 发布于2023-07-31 17:51 334 20 标签:电工,电压电位

电压和电位同一回事吗?不是的话,它们的区别又在哪里呢?很多电工都把电压和电位混为一谈,其实这是不对的,作为一名合格的电工,我们很有必要区分两者。(更多电工课程免费试看)

一、电压和电位的含义

1、电压

电压,顾名思义,可以理解为对电荷的压力。在电路中,电荷其实就是自由电子,所以电压其实就是电路中对自由电子的压力,就好比气压指对大气的压力,水压指对水的压力。    


有了电压,自由电子才能在这个压力的推动下定向移动。如下图1-1所示,在压力一样(电压相同)的情况下,不同导体中,被推动的电子数目也不一样,例如铜的数目就比铝的多;在导体一样的情况下,压力越大(电压越大),推动电子移动的数目也越多,这就是电压越大,电流越大的原因。


1-1

而对于绝缘体,由于电子被牢牢地束缚在分子中,电压所提供的力不足以克服这个束缚力,所以电子不能自由移动。当然,如果电压足够大,所提供的推力大于电子的束缚力,那么电子也是会移动的,这就是所谓的绝缘击穿。


另外,电弧的产生,其实也是因为电压足够大,其提供的压力大于原子核对电子的束缚力,所以空气中的分子或原子发生电离,变成电子和离子,并发出紫色弧光。

显然,电压可以使电子发生定向移动,但这个移动并不是无止境的。不严谨地说,电压其实就是电场,只有当电子处于电场中,才会受到电压的力。所以电压是个范围量,正确地说,电压其实是指两点(或两面)之间的电势差或电位差。

这就好比地球表面的高度差,沿重力场方向(即垂直地面方向),有高度差,我们就会做自由落体运动,这个重力场方向就如同电场方向,高度差就如同电压,而我们就如同电子。只不过电场方向可以改变,地球表面的重力场方向不可变罢了。


2、电位

上文说到,电压又称电位差,这里的电位差,其实就是电场中,任意两个点之间电位的差值。显然,电位是针对某点而言的,且电位是相对的,而不是绝对的。

电位又称电势,它就好比前文所述重力场中的高度,例如我说高度5米,这个5米有两种可能,一是相对于地球表面而言,离地面5米高,一是相对于我所站立的表面而言,若我站在楼顶,那么这个5米是离楼顶5米高。同样的道理,电位为5伏,这个5伏也是相对的,我们必须要知道它是相对点(即零电位点,该点电位被假设为0伏),或者是地球表面,又或者是电路板的某个公共点……


显然,电位和电压之间存在某种关系,例如上文所说的,电压就是电位差,但这还不足以让我们完全理解两者之间的纠缠。

二、电位和电压的关系

上文所述,有电压就相当于有电场,而电压又是电位差,也就是说,电场中必定存在不同电位的点。其实在电场中,不同点的电位可能相同,也可能不同。电位相同的这些点的集合,被称为等势(势就是位)面。电位不相同的这些点,任意两点之间就会有电压。

我们以一个带正电的电荷为例,正电荷在周围激发电场,如下图1-2所示。


1-2

电场线表示电场的大小和方向,沿电场线方向,电位在降低,但只要这些点离正电荷的距离一样,它们的电位就都是相等的,这些点连起来恰好为一个圆,如图1-2所示。半径相同的点电位相同,半径越大的点电位越小,例如圆1的电位就大于圆2、圆3。由于不同圆的电位不相同,所以各个不同圆之间就存在电压(电位差),例如圆1和圆2、圆2和圆3、圆1和圆3之间都存在电压。

虽然不同半径圆的电位不相同,但它们电位的大小却不是绝对的,这和我们所选的零电位点有关。例如我们选圆2作为零电势面,那么圆1的电位就为正,圆3的电位就为负,若取无穷远处为零电势面,那么圆1、2、3的电位都是正的,但不管它们的电位是正还是负,它们之间的电位差(即电压)都是不变的。

这就是电压和电位的区别,总的来说,它们有共同点,也有不同点。

共同点如下:

1、单位相同,电位和电压的单位都是伏特,因为电压就是不同电位相减得到的,所以它们属于同一量纲。

2、电位和电压都是用来形容电场能量的,因为有电位或者有电压,就可以对电子产生力的作用而做功,电位或电压越大,电场对电子所做的功就越大。

不同点如下:

1、电位是相对的,某点的电位与所选的零电位参考点有关,而电压与零电位参考点的选取无关。

2、电压是一个范围值,一般是指两点之间,而电位是指一个点,换言之,一旦谈及电压,肯定是指两点之间,“这点的电压是多少”这种说法是不对的。但在实际上,我们经常会说火线或零线的某点电压是多少,这是因为,我们默认了零电位参考点为中性点,而中性点又是直接接地。所以,我们可以说火线或零线某点的电压是多少,这个电压就是相对于地面而言的。

至此,大家对电位和电压还有那些不明白的吗?欢迎大家留言评论哟!

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