电位电压电动势的概念.ppt

自自动化工程系化工程系崔崔红红电位、位、电压、电动势的概念的概念 n电位、位、电压、电动势n1 1）电压n由于由于ABAB两个水槽的水位有高低之差，水位差形成了水两个水槽的水位有高低之差，水位差形成了水压，导致了水流的定向流致了水流的定向流动，由高水位流向低水位。，由高水位流向低水位。类似地，似地，由于由于电池正极（池正极（A A）的）的电位比位比负极（极（B B）的）的电位高，位高，这个个电位差位差产生的生的电场力会移力会移动电荷从荷从A A经过导线流向流向B B形成形成了了电流，流，对电荷作了功。荷作了功。为了衡量了衡量电场力力对电荷做功的荷做功的能力，引入了能力，引入了电压这个物理量。所以个物理量。所以电压指任意两点之指任意两点之间的的电位差，位差，电场力将力将单位正位正电荷从荷从A A点移到点移到B B点所作的点所作的功，叫做功，叫做电压，记作：作：n n式中，式中，W W 电场力由力由A A点移点移动电荷到荷到B B点所做的功，点所做的功，单位焦耳（位焦耳（J J）；）；nQ Q 由由A A点移到点移到B B点的点的电荷量，荷量，单位位库仑（C C）；）；n A A，B B两点两点间的的电压。n在国在国际单位制中，位制中，电压的的单位是伏特，位是伏特，简称伏，符号称伏，符号为V V。如果将如果将1 1库仑（C C）正）正电荷从荷从A A点移到点移到B B点，点，电场力所做的力所做的功功为1 1焦耳（焦耳（J J），），则A A和和B B两点两点间的的电压为1 1伏（伏（V V）。常）。常用的用的电压单位位还有千伏（有千伏（kVkV）、毫伏（）、毫伏（mVmV）、微伏（）、微伏（），它），它们之之间的的换算关系如下：算关系如下：n电压同同电流一流一样不但有大小，也是有方向的。不但有大小，也是有方向的。电压的方向的方向总是是对电路中的两点而言的，路中的两点而言的，规定定电压的的实际方向是由高方向是由高电位指向低位指向低电位的方向，即位的方向，即电位降低的方向。位降低的方向。电压方向可以用箭方向可以用箭头来表示，也来表示，也可以用双下可以用双下标表示，双下表示，双下标中前一个字母代表正中前一个字母代表正电荷运荷运动的起点，后一个字母代表正的起点，后一个字母代表正电荷运荷运动的的终点，点，电压的方向的方向则由起点指向由起点指向终点。除此之外点。除此之外还可以用可以用“+”、“-”符号来表示符号来表示电压的方向。的方向。n与与电流一流一样，电路中任意两点之路中任意两点之间的的电压的的实际方向往往是不能方向往往是不能预先确定，因此在先确定，因此在对电路路进行分行分析析计算之前，先要算之前，先要设定定该段段电路路电压的参考方向，的参考方向，若若计算算电压结果果为正正值，说明明电压的参考方向与的参考方向与实际方向一致；若方向一致；若计算算电压结果果为负值，说明明电压的参考方向与的参考方向与实际方向相反。方向相反。n2 2）电位位nA A水槽的液面距离地面的高度水槽的液面距离地面的高度设为1010米，米，这是是A A的的水位，水位，B B水槽的液面距离地面的高度水槽的液面距离地面的高度为设1 1米，米，这是是B B的水位，可的水位，可见“水位水位”这个概念是以地面作个概念是以地面作为参考点的，即从地面算起。而参考点的，即从地面算起。而ABAB两个水槽液面两个水槽液面之之间的的水位差（的的水位差（9 9米）米）则与地面无关，水位差与地面无关，水位差是两点之是两点之间的相的相对距离。距离。n相似的，在相似的，在电路中任路中任选一个参考点，一个参考点，电路中某一路中某一点到参考点的点到参考点的电压就称就称为该点的点的电位。位。电位的符位的符号用号用V V表示，表示，电位的位的单位也是伏特（位也是伏特（V V）。）。n电压和和电位都是表征位都是表征电路能量特征的物理路能量特征的物理量，两者有量，两者有联系也有区系也有区别。电压是指是指电路路中两点之中两点之间的的电位差。因此，位差。因此，电位是相位是相对的，它的大小与参考点的的，它的大小与参考点的选择有关；有关；电压是是绝对的，它的大小与参考点的的，它的大小与参考点的选择无关。无关。n参考点的参考点的选择是任意的，是任意的，电路中各点的路中各点的电位都是相位都是相对于参考点而言的。通常于参考点而言的。通常规定参定参考点的考点的电位位为零，因此参考点又叫做零零，因此参考点又叫做零电位点。比参考点高的位点。比参考点高的电位位为正，比参考点正，比参考点低的低的电位位为负。通常将。通常将电源的源的负极作极作为参参考点；在工程技考点；在工程技术中中则选择电路的接地点路的接地点为参考点。参考点。n由由电位的定位的定义可知，可知，电位位实际就是就是电压，只不只不过电压是指任意两点之是指任意两点之间，而，而电位位则是指某一点和参考点（地）之是指某一点和参考点（地）之间，电路中路中任意两点之任意两点之间的的电压即即为此两点之此两点之间的的电位差，如位差，如a a、b b之之间的的电压可可记为n n3 3）电动势n水流能在重力作用下从水流能在重力作用下从A A槽自槽自动流向流向B B槽，槽，即从高水位流向低水位，但水流不能自即从高水位流向低水位，但水流不能自动克服重力由克服重力由B B槽流回槽流回A A槽去，如果要槽去，如果要让水流水流在在ABAB两个槽之两个槽之间不断循不断循环，从而保，从而保证水水车的不停旋的不停旋转，则要消耗外部能量把水从低要消耗外部能量把水从低水位的水位的B B槽搬槽搬动回高水位的回高水位的A A槽，槽，这样才能才能构成一个构成一个闭合的水路，使水流得以循合的水路，使水流得以循环，这个把水由低往高送的任个把水由低往高送的任务就由水就由水泵完成，完成，衡量水衡量水泵提升水的能力用提升水的能力用“扬程程”这个概个概念。念。n相似的，相似的，电路中的路中的电流在流在电场作用下作用下总是从高是从高电位流向位流向低低电位，不能从低位，不能从低电位流向高位流向高电位，位，这样也没法构成也没法构成闭合的回路，使合的回路，使电流无法持流无法持续。如果要构成。如果要构成闭合的回路，合的回路，也得要消耗外部能量把正也得要消耗外部能量把正电荷从低荷从低电位搬运到高位搬运到高电位，位，这个任个任务由由图中的干中的干电池来完成，它消耗化学能池来完成，它消耗化学能实现把把正正电荷从低荷从低电位的位的负极源源不断地搬运到高极源源不断地搬运到高电位的正极，位的正极，使使电池的两极之池的两极之间保持着保持着电位差，从而使位差，从而使电流得以持流得以持续。衡量衡量电源移源移动正正电荷的本荷的本领用用“电动势”这个概念。个概念。电动势是是电源力将源力将单位正位正电荷从荷从电源的源的负极移到正极所做极移到正极所做的功，用符号的功，用符号E E表示：表示：n式中，式中，E E为电源源电动势，单位位为伏（伏（V V），），W W为非非电场力力（化学力）移（化学力）移动正正电荷作的功，荷作的功，单位是焦耳（位是焦耳（J J），），q q为非非电场力移力移动的的电荷量，荷量，单位位为库伦（C C）。若外力把）。若外力把1C1C正正电荷从荷从电源的源的负极移到正极所做的功是极移到正极所做的功是1J1J，则电源的源的电动势等于等于1 V1 V。n电源的源的电动势不不仅有大小而且有方向，有大小而且有方向，电动势在在数数值上等于上等于电源两极源两极间的的电位差，方向位差，方向规定定为电源力推源力推动正正电荷运荷运动的方向，即的方向，即电位升高的方向，位升高的方向，从从电源的源的负极指向正极，极指向正极，这与与电源外部的源外部的电压方方向向刚好相反。好相反。n电动势和和电压的的单位都是伏特，都是反映位都是伏特，都是反映电位差，位差，都有方向，但两者都有方向，但两者还是有区是有区别的：的：n、电动势与与电压具有不同的物理意具有不同的物理意义。电动势是衡量是衡量电源把其它形式的能源把其它形式的能转化成化成电能能这一本一本领的物理量，表示非的物理量，表示非电场力（外力）做功的本力（外力）做功的本领，而而电压是衡量是衡量电路把路把电能能转化成其它形式能化成其它形式能这一一本本领的物理量，表示的物理量，表示电场力做功的本力做功的本领。、对一个一个电源来源来说，既有，既有电动势又有又有电压，但但电动势仅存于存于电源内部。源内部。电动势的大小决定的大小决定于于电源本身，与源本身，与电源材料和源材料和结构有关，而与外构有关，而与外电路的路的负载无关。无关。电源的源的电动势在数在数值上等于上等于电源两端的开路源两端的开路电压，即，即电源两端不接源两端不接负载时的的电压。、电动势与与电压的方向相反。的方向相反。电动势是从低是从低电位指向高位指向高电位，即位，即电位升高的方向；而位升高的方向；而电压是从高是从高电位指向低位指向低电位，即位，即电压降低的方向。降低的方向。谢 谢 观 看看