电压参考方向的作用及调节方法

1.电压

电荷在电场力的作用下定向移动形成电流，在这个过程中，电场力推动电荷运动做功。为了表示电场力对电荷做功的能力，引入了“电压”这个物理量，用u来表示，在数值上电压就是电场力把单位正电荷从一点移到另一点所做的功，电压又称电位差（或电势差）。直流电压用U表示。

若电场力将正电荷dq从a点经外电路移送到b点所做的功是dw，则a、b两点间的电压uab为

式中　uab——a、b之间的电压，V；

　　　dw——正电荷dq从a点经外电路移送到b点所做的功，J；

　　　dq——电荷量，C。

直流时，式（1－3）可写为

式中　U——a、b之间的直流电压，V；

　　　W——正电荷Q从a点经外电路移送到b点所做的功，J；

　　　Q——电荷量，C。

在国际单位制中，电压的单位为伏特，简称伏（V）。实际应用中，大电压用千伏（kV）表示，小电压用毫伏（mV）或者微伏（μV）表示。它们的换算关系为

电压的方向是电场力移动正电荷的方向，在电路图中可用箭头来表示。

2.电压的参考方向

在进行电路分析时，尤其是在比较复杂的电路中，为了分析和计算的方便，可任意假定某个方向作为电压的参考方向。这个参考方向可能与电压的实际方向不一致，当电压的实际方向与参考方向一致时，其值为正；当电压的实际方向与参考方向相反时，其值为负。

电压的参考方向可以用3种方法表示。

（1）用“＋”“－”符号表示，电压参考方向从“＋”指向“－”，如图1－4（a）所示。

（2）用箭头的指向来代表电压参考方向，如图1－4（b）所示。

（3）用双下标字母来表示。如用uab表示电压的参考方向是从a指向b。若电压参考方向选为点b指向点a，则应写成uba，两者仅差一个负号，即uab＝－uba。

图1－4　电压及其参考

3.关联参考方向

为了便于识别与计算，对同一元件或同一段电路，一般把它们的电流和电压参考方向选为一致，这种情况称为关联参考方向，如图1－5（a）所示。如果两者的参考方向相反则称为非关联参考方向，如图1－5（b）所示。

图1－5　电压与电流的方向

例1－3　图1－6所示的各元件均为负载（消耗电能），其电压、电流的参考方向如图中所示。已知各元件端电压的绝对值为5V，通过的电流绝对值为4A。(www.xing528.com)

（1）若电压参考方向与真实方向相同，判断电流的正负。

（2）若电流的参考方向与真实方向相同，判断电压的正负。

图1－6　例1－3图

解：若电压参考方向与真实方向相同时，有以下几种情况。

图1－6（a）：电压与电流参考方向关联，电流为正，I＝4A。

图1－6（b）：电压与电流参考方向非关联，电流为负，I＝－4A。

图1－6（c）：电压与电流参考方向关联，电流为正，I＝4A。

图1－6（d）：电压与电流参考方向非关联，电流为负，I＝－4A。

练一练：在例1－3中，若电流的参考方向与真实方向相同，判断电压的正负。

4.电位

电位是表示电场中某一点性质的物理量，是相对于确定的参考点来说的。按规定，电路参考点的电位为零，所以参考点也叫零电位点，用符号“⊥”表示，如图1－7所示。在生产实践中，把地球作为零电位点，凡是机壳接地的设备（接地符号是“⊥”），机壳电位即为零电位。

图1－7　电路中的参考点

电场中某点的电位在数值上等于电场力将单位正电荷自该点沿任意路径移到参考点所做的功。a点电位用φa（或Ua）表示。将电位与电压进行比较，可以得出，电场中某点电位就是该点到参考点之间的电压。电位的单位也是伏特（V）。电压与电位的关系可以用下式表示，即

式中　Uab——a、b之间的电压，V；

　　　Ua，φa——a点的电位，V；

　　　Ub，φb——b点的电位，V。

例1－4　如图1－8所示，以O为参考点，φA＝10V，φB＝8V，φC＝3V，求UAB、UBC、UCA。

解：UAB＝φA－φB＝10－8＝2（V）

UBC＝φB－φC＝8－3＝5(V)

UCA＝φC－φA＝3－10＝－7(V)

图1－8　例1－4图

通过上面的例题求解过程可知，已知电路每一点电位，可以计算任意两点之间的电压。而在同一个电路中，当选定不同的参考点时，同一点的电位是不同的。参考点一经选定，各点的电位就是唯一确定的值。如果没有选定电路的参考点，讲某点的电位是无意义的。

练一练：在例1－4中，若每个元器件两端的电压保持不变，以A为参考点，求电位φA、φB、φC、φO。