电压和电动势的相关性及意义

2.2.1　电压的大小和方向

电荷在电场力的作用下移动，电场力要做功。在电路中，把电场力将单位正电荷从a点移到b点所做的功称为a、b两点间的电压，用符号U或u表示。

在直流电路中，电压为一恒定值，用U表示，即

在交流电路中，电压为一变值，用u表示，即

电压的单位是伏特（V），常用的还有千伏（kV）、毫伏（mV）或微伏（μV），它们之间的换算关系为

电压和电流一样，不仅有大小，而且有方向。我们规定电位真正降低的方向为电压的实际方向。对于负载来说，电流流入端为电压的正极，电流流出端为电压的负极。在分析电路时，也需要事先选择电压的参考方向，电压的参考方向也是任意选择的。电压参考方向在电路图中有三种表达方法，第一种用“＋”“－”极性表示，如图1－10（a）所示；第二种用双下标uab（电压参考方向由a点指向b点）表示，如图1－10（b）所示；第三种用实线箭头表示，如图1－10（c）所示。

图1－10　电压的参考方向

（a）“＋”“－”极性；（b）双下标；（c）实线箭头

在设定的参考方向下进行计算，若计算后得到的电压值为正，则说明电压的参考方向与实际方向一致；若为负，则参考方向与实际方向相反，如图1－11所示。

图1－11　电压的实际方向和参考方向的关系

（a）电压的实际方向与参考方向一致；（b）电压的实际方向与参考方向不一致

在电路分析中，电流和电压的参考方向可以任意单独假设，但是为了分析电路方便，通常将一段电路或一个元件的电压和电流设成关联参考方向，即电流从电压的“＋”极流向“－”极，如图1－12所示；否则为非关联参考方向。

图1－12　电压和电流参考方向关联

2.2.2　电动势的大小和方向

为了使电路中有持续不断的电流，电源内部存在一种力，把正电荷从电源的负极移到正极，这种克服电场力把单位正电荷由电源负极移到正极所做的功称为电动势。电动势用来表示电源把其他形式的能转换为电能的本领，用E表示，即(www.xing528.com)

电动势的单位也是伏特（V），其只存在于电源内部，实际方向与电压方向相反，即由电源的负极指向正极，如图1－13所示。

图1－13　电动势的方向

电动势与电压是容易混淆的两个概念，其区别如下：

（1）电动势是把单位正电荷从负极经电源内部移到正极所做的功，而电压表示电场力把单位正电荷从电场中的某一点移到另一点所做的功；

（2）电动势的方向是由低电位指向高电位，而电压的方向是由高电位指向低电位；

（3）电动势仅存在于电源内部，而电压不仅存在于电源两端，还存在于电源外部。

2.2.3　电压的测量

1.4 万用表测电压

1.直流电压的测量

测量直流电压时，红表笔插入“VΩ”插孔，为正表笔；黑表笔插入“COM”插孔，为负表笔。转动功能量程选择开关至直流挡“V－”，数字万用表构成直流电压表，直接并接于被测电压两端即可测量。例如，需测量某电池的电压，可将正表笔接电池正极、负表笔接电池负极，如图1－14所示，LCD显示屏即显示出被测电池的电压。

图1－14　直流电压的测量

2.交流电压的测量

测量交流电压时，红表笔插入“VΩ”插孔，黑表笔插入“COM”插孔，转动功能量程选择开关至交流电压挡“V～”，数字万用表构成交流电压表，两表笔不分正、负直接并接于被测电压两端即可测量。图1－15所示为测量交流220V电压的例子，测量选择开关置于交流电压挡，两表笔不分正、负分别插入电源插座的两个插孔，LCD显示屏即显示出被测的电压为220V。

图1－15　交流电压的测量