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你有没有想过，为什么你可以用手指夹着一个小电池，什么都感觉不到，但如果你被闪电击中，你就很幸运地活了下来?答案，在其他因素中，是电压(或潜在的差异)这两种不同来源的电．一个典型的电池可能有1.5伏特的电位差，而雷击可能高达1.5亿伏特!这篇文章实际上解释了什么是位差是，这将帮助你更好地理解为什么电路像他们那样行事，为什么不被闪电击中呢!
潜在的差异(也被称为电压)可能是一个令人困惑的概念，许多学生一开始很难理解。但不要因此而气馁，我们可以用液压类比为了更容易理解什么是电位差，以及它如何影响电路的行为。
让我们考虑一个像下图所示的泵和蓄水池系统。当水泵将水提升到一个高架水库时，它通过提高水柱来为系统增加能量重力势能在水里(1)．的重力作用于升高的水位意味着水库底部的水位很高压力（2)．如果我们打开一个阀门，让水通过管道下降并驱动涡轮机，它的流速取决于压力水轮机的阻力(3.)．最后，通过驱动涡轮重力势能储存在水中的能量被转换成动能，然后从系统中移出(4)．在管道底部的水没有更多的储存能量-直到我们可以使用泵添加势能回到水中，回到系统的顶部(1)．
显示电路的液压类比图。[左]-储存能量的泵和蓄水池系统引力势以动能的形式释放出来。[右]-一种在载流子中储存能量作为电位差的电路，当它们通过电阻器时，电位差作为功释放。StudySmarter原件。
这个系统是一个由电池和电阻器组成的简单电路的有用类比，如图所示。电池提供潜在的差异致收费承运商(1)，与引力势给每个水粒子的能量。在通过电池后，每个电子都携带着电能由于电位差由电池提供（2)．载流子在电路中流动，可由电流\(I\)测量，电流\(I\)取决于电位差\(V\)和电路电阻\(R\) (3.)，按欧姆定律定义:
V =红外$ $ $ $
或者说，
$ $ \ mathrm{潜在}\;\ mathrm{区别}\;= \;\ mathrm{当前}\;\ \;\ mathrm{阻力}$ $
希望这个类比能帮助你理解电位差是对电势量的衡量电能电荷载流子位于电路的两点之间。电位差的测量单位为国际单位制伏\ (\ mathrm {V} \)。
的潜在的差异电路中两点之间的差等于的量之差势能载波在这两点之间的单位电荷。换句话说，电荷载流子在电路中两点之间每库仑电荷传递的能量(单位为焦耳)等于两点之间的电位差(或电压)。
水力类比也可以用来帮助理解电流、电压和电阻在流体中的表现串并联电路．
你会熟悉的Joule\(\math {J}\)作为我们在物理学中使用的能量的主要单位。然而，在核和原子物理中经常使用的另一个单位是电子伏\ (\ mathrm{电动车}\)!这是单个电子通过a时获得的能量潜在的差异\ (1 \; \ mathrm {V} \)。\ (1 \; \ mathrm{电动车}\)相当于\ (1.602 \ times10 ^ {-19} \; \ mathrm {J} \)。
就像我们刚刚说的，潜在的差异是衡量差异的标准吗势能每个电荷单位包含在电路的两点之间。这意味着，如果我们知道一个传递的能量量\(E\)电路中两点之间的电位差\(V\)和流动来传递能量的电荷量\(Q\)，我们可以用下面的公式计算两点之间的电位差\(V\):
$ $ V = \压裂EQ \; $ $
或者说，
$ $ \ mathrm{潜在}\;\ mathrm{区别}\;= \;\压裂{\ mathrm{能源}\;\ mathrm{转让}}{\ mathrm{电荷}\;\ mathrm{流}}$ $
|
数量 |
象征 |
SI单位 |
|
潜在的差异 |
V |
V(伏) |
|
能量转移 |
E |
J(焦耳) |
|
负责 |
问 |
C(库仑) |
通过研究公式\(V = \压裂情商\)，我们可以看到，电位差\(1\;\mathrm{V}\)等于\ (1 \; \ mathrm {J} \)能量单位\ (1 \; \ mathrm C {} \)的电荷。
电位差的国际单位是V我院近\(\mathrm{V}\)，等于1Joule-per-coulomb((\ \ mathrm {J} / \ mathrm {C}) \)。
另一组处理电位差的方程是欧姆定律中定义的，它描述了通过欧姆电子元件的电流如何由元件之间的电位差\(V\)和元件的电阻\(R\)决定。我们在本文前面提到过这个定律及其公式。
回忆,当前的电荷在电路中流动的速率是用单位来测量的吗库仑每秒时，我们可以推导出幂(energy-per-second电路的。
如果我们知道一定数量的能量\(Q\)通过一定数量的电荷\(C\)在电路的两点之间传递，我们可以计算出这两点之间电荷的电位差\(V\):
$ $ V = \压裂EQ $ $
如果我们还知道能量传递的持续时间为\(t\)秒，那么我们可以确定当前的\(I\):
$ $ I = \压裂Qt $ $
对\(Q\)重新排列这两个方程，我们得到:
$ $ \{数组}{rcl}开始提问= & \ textstyle \压裂EV \ \提问=创新性\{数组}$ $
最后，我们可以把这些方程结合起来得到一个方程权力\ (P \)：
数组$ $ \开始{}{rcl} \ textstyle \压裂ev =创新性\ \ e =行\ \ \ textstyle \压裂等= 4 \ \ p =第四\{数组}$ $
或者说，
$ $ \ mathrm{权力}\;= \;\ mathrm{当前}\;\ \;\ mathrm{潜在}\;\ mathrm{区别}$ $
电池增加电势在运输公司通过时向他们收费。电池也可以被认为是电路中的电流源——由于电池的正极比负极具有更高的电势，正电荷被电池的正极排斥并吸引到负极，当它们在电路中流动时形成电流。这个吸引/排斥相当于重力在水力例子中。
电池在电路中，储存的化学能转化为带电荷的电子，当它们流过电路时，电位差增大。Flickr。
在真正的电路中，载流子是电子——实际上是带负电的!这意味着电路中的载流子从负极移动到正极。当电这是第一次发现，还不知道，和传统的电流被定义为由正向负。这是相反的电子电流，它从负流向正。这种差异在进行电路分析时是很重要的，但它不在GCSE考试的规范范围内。
电压表可用来测量电路中两点之间的电位差。如果电压表测量的两点之间没有能量传递，电位差读数将为0伏。StudySmarter原件。
让我们来看一些例题，这些例题可以让我们把新学到的知识应用到不同的场景中。
如果电路中的一个电池总共将\(100\;\mathrm{J}\)的能量转移到\(25\;\mathrm{C}\)的电荷上，可以测量到电池两端的电位差(电压)是多少?
$ $ V = \; \压裂{100 \ \ mathrm J} {25 \; \ mathrm C} = 4 \; J / \ \ mathrm mathrm C = \ mathbf4 \ boldsymbol \; \ mathbf V $ $
与上一个问题相同的电池需要20秒来传输240焦耳的能量。电荷载体/电子流过电池的电流是多少?
＃
一个\(1000\;\mathrm{W}\)空间加热器从其主电源吸取\(4\;\mathrm{A}\)电流。确定设备运行时的电位差。
V $ $ \; = \ \压裂情商= \压裂{1000 \ \ mathrm J} {4 \; \ mathrm C} = \ mathbf {250} \ boldsymbol \; \ mathbf V $ $
$ $ V = \压裂EQ $ $
V =红外$ $ $ $
或者说，
$ $ \ mathrm{权力}\;= \;\ mathrm{当前}\;\ \;\ mathrm{潜在}\;\ mathrm{区别}$ $
电位差等于每单位电荷(库仑)所传递的能量(焦耳)。
电位差方程为:
V = e / q
电位差方程为:
V = e / q
电位差方程为:
V = e / q
示例:一个4V电池为一盏灯供电。8J的能量供应给灯。给灯提供能量的电荷是多少?
答:我们重新排列公式V = E/Q，使Q成为主题:
Vq = e
Q = e / v
因此，电荷Q可以用传递的能量E除以电位差V来计算:
Q = 8j / 4v = 2c
所以答案是2库仑的电荷。
电场中某一点的电势等于将一个单位正电荷从无穷远处带到这一点所做的功。
电位差定义了电荷载流子在电路中两点之间每单位电荷传递的能量(单位为焦耳)。这就等于这两点之间的电势差或者是每单位电荷在通过电势差时对这些电荷做的功。
电位差的标准国际单位是伏特(V)。1伏特相当于每库仑电荷传递1焦耳的能量。
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