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電壓和電位傻傻分不清?電工知識

2024-02-02科學

電壓和電位同一回事嗎?不是的話,它們的區別又在哪裏呢?很多電工都把電壓和電位混為一談,其實這是不對的,作為一名合格的電工,我們很有必要區分兩者。

一、電壓和電位的含義

1、電壓

電壓,顧名思義,可以理解為對電荷的壓力。在電路中,電荷其實就是自由電子,所以電壓其實就是電路中對自由電子的壓力,就好比氣壓指對大氣的壓力,水壓指對水的壓力。

有了電壓,自由電子才能在這個壓力的推動下定向移動。如下圖1-1所示,在壓力一樣(電壓相同)的情況下,不同導體中,被推動的電子數目也不一樣,例如銅的數目就比鋁的多;在導體一樣的情況下,壓力越大(電壓越大),推動電子移動的數目也越多,這就是電壓越大,電流越大的原因。

圖1-1

而對於絕緣體,由於電子被牢牢地束縛在分子中,電壓所提供的力不足以克服這個束縛力,所以電子不能自由移動。當然,如果電壓足夠大,所提供的推力大於電子的束縛力,那麽電子也是會移動的,這就是所謂的絕緣擊穿。

另外,電弧的產生,其實也是因為電壓足夠大,其提供的壓力大於原子核對電子的束縛力,所以空氣中的分子或原子發生游離,變成電子和離子,並行出紫色弧光。

顯然,電壓可以使電子發生定向移動,但這個移動並不是無止境的。不嚴謹地說,電壓其實就是電場,只有當電子處於電場中,才會受到電壓的力。所以電壓是個範圍量,正確地說,電壓其實是指兩點(或兩面)之間的電勢差或電位差。

這就好比地球表面的高度差,沿重力場方向(即垂直地面方向),有高度差,我們就會做自由落體運動,這個重力場方向就如同電場方向,高度差就如同電壓,而我們就如同電子。只不過電場方向可以改變,地球表面的重力場方向不可變罷了。

2、電位

上文說到,電壓又稱電位差,這裏的電位差,其實就是電場中,任意兩個點之間電位的差值。顯然,電位是針對某點而言的,且電位是相對的,而不是絕對的。

電位又稱電勢,它就好比前文所述重力場中的高度,例如我說高度5公尺,這個5公尺有兩種可能,一是相對於地球表面而言,離地面5公尺高,一是相對於我所站立的表面而言,若我站在樓頂,那麽這個5公尺是離樓頂5公尺高。同樣的道理,電位為5伏,這個5伏也是相對的,我們必須要知道它是相對點(即零電位點,該點電位被假設為0伏),或者是地球表面,又或者是電路板的某個公共點……

顯然,電位和電壓之間存在某種關系,例如上文所說的,電壓就是電位差,但這還不足以讓我們完全理解兩者之間的纏結。

二、電位和電壓的關系

上文所述,有電壓就相當於有電場,而電壓又是電位差,也就是說,電場中必定存在不同電位的點。其實在電場中,不同點的電位可能相同,也可能不同。電位相同的這些點的集合,被稱為等勢(勢就是位)面。電位不相同的這些點,任意兩點之間就會有電壓。

我們以一個帶正電的電荷為例,正電荷在周圍激發電場,如下圖1-2所示。

圖1-2

電場線表示電場的大小和方向,沿電場線方向,電位在降低,但只要這些點離正電荷的距離一樣,它們的電位就都是相等的,這些點連起來恰好為一個圓,如圖1-2所示。半徑相同的點電位相同,半徑越大的點電位越小,例如圓1的電位就大於圓2、圓3。由於不同圓的電位不相同,所以各個不同圓之間就存在電壓(電位差),例如圓1和圓2、圓2和圓3、圓1和圓3之間都存在電壓。

雖然不同半徑圓的電位不相同,但它們電位的大小卻不是絕對的,這和我們所選的零電位點有關。例如我們選圓2作為零電勢面,那麽圓1的電位就為正,圓3的電位就為負,若取無窮遠處為零電勢面,那麽圓1、2、3的電位都是正的,但不管它們的電位是正還是負,它們之間的電位差(即電壓)都是不變的。

這就是電壓和電位的區別,總的來說,它們有共同點,也有不同點。

共同點如下:

1、單位相同,電位和電壓的單位都是伏特,因為電壓就是不同電位相減得到的,所以它們屬於同一因次。

2、電位和電壓都是用來形容電場能量的,因為有電位或者有電壓,就可以對電子產生力的作用而做功,電位或電壓越大,電場對電子所做的功就越大。

不同點如下:

1、電位是相對的,某點的電位與所選的零電位參考點有關,而電壓與零電位參考點的選取無關。

2、電壓是一個範圍值,一般是指兩點之間,而電位是指一個點,換言之,一旦談及電壓,肯定是指兩點之間,「這點的電壓是多少」這種說法是不對的。但在實際上,我們經常會說火線或零線的某點電壓是多少,這是因為,我們預設了零電位參考點為中性點,而中性點又是直接接地。所以,我們可以說火線或零線某點的電壓是多少,這個電壓就是相對於地面而言的。

至此,大家對電位和電壓還有那些不明白的嗎?歡迎大家留言評論喲!

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