【电路笔记】-电位差

电位差

1、概述

与以电荷形式围绕闭合电路流动的电流不同，施加的电势差不会移动或流动。

两点之间产生的电势差的单位称为伏特，通常定义为一欧姆的固定电阻上流过一安培的电流时所下降的电势差。

换句话说，1 伏特等于 1 安培乘以 1 欧姆，或者通常 $V=I\times R$。

欧姆定律指出，对于线性电路，流过它的电流与它两端的电势差成正比，因此任何两点之间的电势差越大，流过它的电流就越大。

例如，如果 10Ω 电阻器一侧的电压测量为 8V，而电阻器另一侧的电压测量为 5V，则电阻器两端的电位差将为 3V (8 – 5)，从而导致流过 0.3A 的电流 。

然而，如果一侧的电压从 8V 增加到 40V，则电阻器两端的电位差现在将为 40V – 5V = 35V，从而产生 3.5A 的电流。 电路中任意点的电压始终是相对于公共点（通常为 0V）来测量的。

对于电路来说，大地电位通常为零伏 (0V)，并且一切都以电路中的公共点为参考。 这在理论上类似于测量高度。 我们以类似的方式测量山丘的高度，即海平面位于零英尺，然后将山丘或山脉的其他点与该水平进行比较。

以非常类似的方式，我们可以将电路中的公共点称为零伏，并将其命名为接地、零伏或接地，然后将电路中的所有其他电压点与该接地点进行比较或参考。 在电气示意图中使用公共接地或参考点可以更简单地绘制电路，因为可以理解到该点的所有连接都具有相同的电位。 例如：

由于电位差的测量单位是伏特，因此电位差主要称为电压。 串联连接的各个电压可以加在一起，得到电路的“总电压”总和，如串联电阻教程中所示。 例如，并联组件两端的电压始终与并联电阻器教程中所示的值相同。

对于串联电压：

对于并联电压：

2、电位差示例1

利用欧姆定律，流过电阻器的电流可以计算如下：

计算流过一个 100Ω 电阻的电流，该电阻的一个端子连接到 50 伏电压，另一个端子连接到 30 伏电压。

A 端电压等于 50v，B 端电压等于 30v。 因此，电阻两端的电压如下：

电阻两端的电压为20V，则流过电阻的电流为：

3、分压网络

我们从之前的教程中知道，通过将电阻器串联连接在一起，产生电势差，我们可以产生一个分压器电路，该电路将给出每个电阻器上的电压相对于整个组合上的电源电压的比率。

这产生了通常所说的分压器网络，并且该网络仅适用于串联连接在一起的电阻器，因为正如我们在并联电阻器教程中看到的那样，并联连接在一起的电阻器产生了所谓的分流器网络。 考虑下面的串联电路。

该电路显示了分压器电路的原理，其中输出电压在串联链中的每个电阻器上下降，电阻器 $R_1$、$R_2$、$R_3$ 和 $R_4$ 参考某个公共参考点（通常为零伏）。

因此，对于任意数量的串联电阻，将电源电压 VS 除以总电阻 $R_T$ 将得出流经串联支路的电流：$I=V_S/R_T$（欧姆定律）。 然后，每个电阻器上的各个电压降可以简单地计算为：$V=I\times R$，其中 $R$ 代表电阻值。

各点 $P_1$、$P_2$、$P_3$ 等处的电压根据各点电压之和增加，直至达到电源电压 Vs，我们还可以计算任意点处的各个电压降，而无需首先计算电路电流： 使用以下公式。

其中，$V(x)$ 是要查找的电压，$R(x)$ 是产生电压的电阻，$R_T$ 是总串联电阻，$V_S$ 是电源电压。

4、电位差示例2

在上面的电路中，四个电阻值 $R_1=10\Omega$、$R_2=20\Omega$、$R_3=30\Omega$ 和 $R_4=40\Omega$ 连接在 100 伏直流电源上。 使用上面的公式，计算 $P_1$、$P_2$、$P_3$ 和 $P_4$ 点处的电压降，以及串联链中每个电阻器上的各个电压降。

1）各点电压计算如下：

2）每个电阻器上的各个电压降计算如下：

然后，通过使用这个方程，我们可以说串联电路中任何电阻器上的电压降与电阻器的大小成正比，并且所有电阻器上的总电压降必须等于基尔霍夫电压定律定义的电压源。 因此，通过使用分压器方程，对于任意数量的串联电阻器，可以找到任意单个电阻器上的压降。

到目前为止，我们已经看到电压施加到电阻器或电路上，并且电流流过电路或电路周围。 但我们也可以将第三个变量应用于电阻器和电阻器网络。 功率是电压和电流的乘积，功率的基本计量单位是瓦特。

在下一篇关于电阻器的文章中，我们将研究电阻以热量形式消耗（消耗）的功率，以及电阻电路消耗的总功率，无论是串联、并联还是两者的组合，我们简单地 添加每个电阻器消耗的功率。