考虑这一种情况,就是在均匀电场上将电荷从A联通到B,让这个运动对抗电场。外力会在这个电荷上做一些功,这个功会将势能变为更高的值,而所做的功等于势能的变化。势能的这些变化将造成A和B两点之间形成电势差,这些电势差称为电位差,以伏特(V)为单位。
电位差定义
电位差用ΔV表示,定义为两点之间的电位差或电流差。诸如,假如VA是A处的电位,VB是B处的电位电阻并联分压公式,这么按照电位差的定义,则有:ΔVBA=VB–VA。
比如,考虑以下内阻器R1,如右图所示:
施加在内阻器一端(A点)的电位为8V,内阻器另一端(B点)的电位为5V。则A和B之间两点之间电位差为:VAB=8V–5V=3V。其实,这称作为内阻两端的电位。
众所周知,电压以电荷的方式在电路中流动,而电势不流动。电位差坐落两点之间,两点之间的电位差的单位是伏特。伏特定义为流过1安培电压的1欧姆(Ω)内阻器上的电位降。因而就有:
1伏=1安培×1欧姆,即V=I×R。
按照欧姆定理,在线性电路中流动的电压与电路两端的电位差成反比。为此,假若施加在电路上的电势差较大,则在电路中流动的电压较大。
比如,假如1Ω阻值的左侧为8V,另左侧为2V,则内阻两端的电位差为6V。流过内阻的电压为:I=V/R=5V/1Ω=5安培。
现今对于相同的1Ω内阻器,假如施加在一端的电位从8V下降到12V,而在另一端从2V下降到4V。这么内阻两端的电位差现今为8V。在这些情况下流过内阻的电压是8安培。
一般在电路中,较低的电位是大地或接地。该值一般被觉得是0V。因而电位差等于施加的电流。月球被觉得是电路中的公共点,将大地或接地作为电路中的公共点的这些参考有助于轻松理解电路。由于,电位差亦称为电流。
串联联接的电流相乘得到电路中的总电流。这可以在串联的内阻器中观察到。假如V1、V2和V3串联,则总电流VT由下式给出:VT=V1+V2+V3。
在并联的情况下,它们两端的电流相等,即:VT=V1=V2=V3。
电位差示例
假如转移1500焦耳的势能以在电瓶端子之间联通125库仑的电荷,则势差为:ΔE=1500焦耳、Q=125C,则电位差V=ΔE/C=1500焦耳/125库仑=12焦耳/库仑=12V。
关于分压电路
串联的内阻器用于形成分压器电路。分压器是一种线性电路,其输出电流是输入电流的一小部份。一个带有2个内阻的简单分压器电路如下所示:
串联联接的每位内阻器上的电位取决于阻值值。分压器的原理是形成一个电流,该电流是输入电流的一小部份。以下电路用于显示多个输出电流的分压器原理:
此处内阻器R1、R2、R3和R4串联。每位内阻器的输出电流以公共点P为参考。设串联内阻器的等效内阻为RT,之后RT=R+R2+R3+R4。
对于R1、R2、R3和R4,让每位内阻器上的电位差分别为VR1、VR2、VR3和VR4。这么上述电路可以形成4种不同的电流,它们是电源电流V的一小部份。
分压器公式
典型分压器电路中的输出电流值估算如下。
如上图所示,这儿Vin是电源电流。I是流过两个内阻的电路中的电压。令VR1为内阻器R1两端的电压降电阻并联分压公式,VR2为内阻器R2两端的电压降。之后这种单独的电压降之和等于电路上的总电流,即电源电流Vin。
Vin=VR1+VR2––––1
可以按照欧姆定理估算每位内阻器上各个电压降的方程式。
VR1=I×R1––––2
VR2=I×R2––––3
但内阻R2两端的电流为VOUT。
因而VOUT=I×R2––––4
因而从方程1、2和3中,可以得到:
Vin=I×R1+I×R2=I×(R1+R2)––––5
然而电压I的输出电流值可以用公式4写成如下:
I=VOUT/R2––––6
这时侯,使用方程5和6,可以得到:
VOUT=Vin×R2/(R1+R2)
所以,在具有多个输出的分压器电路的情况下,可以使用以下公式估算输出电流。
VX=V×(RX/REQ)
其中VX是要查看的电流、RX是输出电流上的总内阻。
RX的可能值为:
REQ是串联内阻的等效内阻,即:REQ=R1+R2+R3+R4。
V是电源电流。
因而可能的输出电流是:
分压器示例
考虑以下分压器电路,如右图所示:
它由三个串联的内阻器组成,以形成两个输出电流。电源电流为240V。内阻值为R1=10Ω、R2=20Ω和R3=30Ω。因而电路的等效内阻为:
REQ=R1+R2+R3=10+20+30=60Ω。如今两个可能的输出电流可以估算如下:
Vout1=V×(R2+R3)/REQ=240×(20+30)/60=200V。
Vout2=V×R3/REQ=240×30/60=120V。
而电路中的电压为:
I=V/REQ=240V/60Ω=4安培。
为此,每位内阻器上的单个电压降可以估算如下:
分压电路的应用
串联的内阻器将产生分压电路。分压器原理是电位器构造的基础,而电位器用作简单的电流调节器。据悉,分压器电路还用于传感器电路。分压器电路方式中最常用的传感是热敏内阻和光敏内阻。
总结
简单来说,电位差(或电流),是评判单位电荷在静电场中因为电势不同所形成的能量差的数学量。电流在某点至另一点的大小等于单位正电荷因受电场力作用从某点联通到另一点所做的功,电流的方向规定为从高电位指向低电位的方向。
而分压电路就是借助电位差这一原理实现,在实际的应用电路当中,其被广泛的运用。
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