电压是三角形吗?是否可以始终将其视为与参考点的电位差?

电器工程 电压
2022-01-12 19:57:33

我一直认为电压是绝对的,即存在或不存在的东西。然而,越想越觉得它更像是一个三角洲。

例如,假设我们有一个电源将其引脚列为 (A) -50V 和 (B) 0V。如果我们将引脚(A)视为“地”,即好像它是0V,我们可以将引脚(B)视为+50V吗?

另一个例子可能是引脚(A)为+10V,引脚B为+25V,因此电位差为+15V。我们可以像对待 0V 和 +15V 一样对待它吗?

4个回答

您总是在使用/测量两点之间的电位差。

电压没有绝对零(就像温度一样),尽管通常将接地定义为 0V。这不是绝对必要的,您可以使用任何潜力作为参考。

实际上,电压是对两点之间差异的测量。你只能这样想,成为一个非常优秀的工程师。毫无疑问,使用电压表测量两点之间的差异很容易。您正在测量的这个东西通常称为电压,但更恰当地称为电势差

但是,有一种东西可以用伏特来测量,它只在一个点上定义,那就是电场电位要理解它,你必须退出工程领域,进入物理领域(没有双关语)。

假设你有一个电子(负电荷)和一个质子(正电荷)。自然,这两个会吸引,并且(据我了解;我不是物理学家!)这就是使电子保持在原子核上的原因。

但是,如果你能把这两者分开,你就会在它们之间得到一个你可能会像这样想象它:

在此处输入图像描述

图片来源

这些线代表电荷在该场中所经历的力(在我们的例子中为电动势)。也就是说,如果你是那张图片中的一个无限小的电荷,你会感觉到一股力量将你推向箭头的方向。你可以把质子想象成喷出一种看不见的流体,而电子把它吸进去。这种看不见的流体作用于其他电荷,比如风。

这是可视化同一字段的另一种方法。质子是一座山,电子是一座山谷:

3d 场

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如果你是这个球场上的一个球,重力会对你起作用,你会滚下山。除了,这不是重力场,所以我们的“球”是由“电荷”组成的,而不是质量。当然,如果您在这张图片上添加任何费用,则该字段会发生变化。重力场也是如此,除了地球比你想象的球大得多,它的影响可以忽略不计。所以,想象一下你在这个领域里滚动的电荷球是无穷小的。

现在你会注意到关于这个领域的一件事:当我们将它扩展到无穷大时,它变得平坦。在这个无限远的地方的电场势是0V,根据定义。

如果我们想从无限远的地方把球放在山上,我们就得做功多少钱?嗯,这取决于两件事:我们想把它推多高,以及球有多大。一个大球需要更多的工作。把它推得更高需要更多的工作。

定义伏特的一种方法是每库仑(电荷)的焦耳(能量,功):

V=JC

所以你可以这样想:如果你有一个 1 库仑大的电荷球,并且你做了 1 焦耳的功将它推上山,你就是 1 伏特。或者,如果你有一个 1 库仑的电荷球,你让它滚下山进入电子,并在完成 1 焦耳的功后停止它,你的电压为 -1 伏。如果你的球有 2 库仑大,那么功会加倍,但仍然只有 1 伏。

因此,您可以选择该场中的任何点,并获得其电势。这是每单位电荷可以完成或已经完成的工作量,从无限远的地方到达那里。用我们的丘陵和山谷类比,电势类似于海拔。

当您将探针放在两点上时,您是在问一个问题:

如果我让一个 1 库仑大的电荷球在这些点之间滚动,它会做多少焦耳的工作?

当然,我们不可能无限远地远离宇宙中的所有电荷,所以我们实际上不能用万用表直接测量电场势。我们只能测量电位差。但是,如果我们知道系统中的电荷在哪里,我们就可以计算电场势。

由于我们距离宇宙中的所有电荷并不是无限远的,因此到处都必然存在一些电场势。但是,我们不能只用潜力来工作;我们需要有所不同你不能在山上用球做任何工作,除非你能把它滚下来。

根据 Wikipedia 条目中 Volt 的前三句话:

一伏特定义为当一安培的电流消耗一瓦特的功率时导线两端的电势差。它也等于两个相距 1 米的平行无限平面之间的电位差,它们产生每库仑 1 牛顿的电场。此外,两点之间的电位差将通过它的每库仑电荷赋予一焦耳的能量。

3句。3次使用了“差异”一词。

发现。电压是两点之间电位差的量度。