電壓和電流關(guān)系

cntagu 2023-07-22 發(fā)布于甘肅

展開全文

地球是一個充滿活力的地方。物體在移動，化學反應(yīng)在發(fā)生，溫度在升高和下降。這種豐富的永續(xù)活動與能量的概念息息相關(guān)。各種形式的能量——熱能、機械能、化學能量等——是一個基本實體的表現(xiàn)形式，當它從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體時，它會導致物理變化。

電是一種能量形式，由稱為電子的帶電粒子的存在和運動產(chǎn)生。當電子的積累在兩點之間產(chǎn)生電勢能的差異時，我們有一個電壓（在方程中，電壓用V表示）。如果這兩點通過導電材料連接，電子自然會從較低的電壓移動到較高的電壓;這種運動稱為電流，用I表示。

電力是一種特別方便和多功能的能源形式，這使它成為無數(shù)聰明人手中的強大工具，他們設(shè)計了從大型電氣設(shè)備到微型電子設(shè)備的所有東西。令人驚訝的是，從可以通過兩根小銅線傳輸?shù)碾娔荛_始的多樣化和復雜的功能。

電壓和電流比較

電子產(chǎn)品中的功率及其計算方式

在科學背景下，功率是指能量轉(zhuǎn)移的速度。因此，電功率是電能傳輸?shù)乃俾?。單位是?/span>特（W），其中一瓦等于在一秒內(nèi)傳輸一焦耳（J）的能量。

'1\W=1\\frac{J}{s}'

以瓦特為單位的電功率等于以伏特為單位的電壓乘以以安培為單位的電流。

'\文本{電源}=\文本{電壓}\\times\文本{當前}'

單位伏特（V）定義為焦耳/庫侖，即它每庫侖電荷傳輸能量（以焦耳為單位）。安培（A）是每秒庫侖，即在一秒鐘內(nèi)有多少庫侖電荷通過給定點。我們可以使用此信息來確認電力單位與上面給出的公式一致：

'\frac{\text{joules}}{\text{second}}=\frac{\text{joules}}{\text{coulomb}}\times\frac{\text{coulombs}}{\text{second}}'

在等式的右側(cè)，兩個“庫侖”項抵消，我們只剩下焦耳每秒。

當我們分析電路時，我們通常使用術(shù)語“耗散”或“消耗”而不是“傳輸”來討論功率。這強調(diào)了電源離開電氣系統(tǒng)或由電氣組件使用的事實。我們不說“轉(zhuǎn)移”，因為一般來說，能量的最終狀態(tài)或位置并不重要。

例如，如果電阻兩端的電壓為5V，通過電阻的電流為0.5A，則電阻器將2.5W的功率（作為熱量）傳輸?shù)街車h(huán)境。但是，在大多數(shù)情況下，我們不打算轉(zhuǎn)移能量。我們只想設(shè)計一個功能電路，因此，我們考慮損失（即耗散）或使用（即消耗）的功率。

兩種常見的電壓類型：直流電和交流電

電能傳輸有兩種常見的方式：直流電和交流電。

直流電（DC）可以以各種方式增加或減少，但相對于平均值，變化的幅度通常很小。然而，直流電最基本的特征如下：它不會定期改變方向。這與交流電（AC）形成鮮明對比，交流電（AC）定期改變方向，并在世界各地用于配電。

術(shù)語“DC”和“AC”已成為經(jīng)常用于描述電壓的形容詞。起初這可能有點令人困惑：什么是直流電壓或交流電壓？這不是最好的術(shù)語，但它是完全標準的。直流電壓是產(chǎn)生或?qū)a(chǎn)生直流電流的電壓，而交流電壓產(chǎn)生或?qū)a(chǎn)生交流電流，這引入了另一個術(shù)語問題。“DC”和“AC”有時與“電流”一詞相連，即使這些短語表示“直流電”和“交流電”。最重要的是，“DC”和“AC”不再是“直流電”和“交流電”的完全等價物;直流一般是指不經(jīng)常改變極性或頻率非常低的量，而交流電一般是指在給定系統(tǒng)上下文中以不是“非常低”的頻率定期改變極性的量。

現(xiàn)在，我們將重點介紹直流電路。交流電路有點復雜，將在本章后面討論。

電壓符號

什么是直流電壓？

也許最熟悉的直流電壓來源是電池。電池是將化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置;它提供的電壓不會快速變化或反極性，但隨著電池放電，電壓會逐漸降低。

直流電壓可以使用電壓表或（更常見的）稱為萬用表的多功能設(shè)備（縮寫為DMM，其中D代表“數(shù)字”）進行測量。萬用表可以測量電壓、電流和電阻等。

電壓表提供了確定直流電壓確切值的最簡單方法，盡管在某些情況下，它無法傳達重要信息，因為它無法清楚地顯示快速變化。這是當今的一個重要考慮因素，因為許多直流電壓是由開關(guān)穩(wěn)壓器產(chǎn)生的，導致稱為紋波的高頻變化。

什么是直流電流？

當兩個端子之間存在直流電壓并且電線或電阻元件連接到端子時，直流電流將流動。最常見的電阻元件是電阻器;我們將在下一頁中了解有關(guān)此組件的更多信息。白熾燈泡也是一種電阻元件。

可以使用稱為電流表的設(shè)備（或萬用表的電流表功能）測量電流，但測量電流不如測量電壓方便。電壓表的探頭只需與兩個導電表面接觸（即，無需修改電路），而電流表的探頭必須插入電流路徑：

常規(guī)電流與電子流

了解常規(guī)電流和電子流之間的區(qū)別非常重要。電子帶負電荷，因此，它們從較低的電壓移動到較高的電壓。然而，在圖2中，箭頭表示電流從電池正極流向負極電池端子，換句話說，從較高電壓流向較低電壓。

傳統(tǒng)電流最初是基于電與帶正電粒子運動相關(guān)的假設(shè)。我們現(xiàn)在知道這是不正確的，但在電路分析的背景下，傳統(tǒng)的電流模型并沒有不正確。它是完全有效的，因為當持續(xù)應(yīng)用時，它總是產(chǎn)生準確的結(jié)果。此外，它的優(yōu)點是創(chuàng)造了直觀的情況，其中電流從較高電壓流向較低電壓，就像流體從較高壓力流向較低壓力，水從較高海拔流向較低海拔一樣。

在電氣工程領(lǐng)域，使用常規(guī)電流而不是電子電流來討論和分析電路。