电压、电位、电动势及其参考方向
电学中的方向规则——不懂的话会迷失方向的
电学中的方向规则——不懂的话会迷失方向的•地理有东南西北方位，确定了方位才不会迷路。
电学中的方向问题十分重要，如果方向不明确，那你会四处碰壁的，无法理清各种纷繁复杂的关系。
我们先做一个实验:改变电池极性，电流计指针偏转方向发生改变，这表明其指针受力方向与电流方向有关。
电流方向改变指针偏转方向改变•电工中的方向问题是如何产生的？由于电荷由两种不同的极性组成：正电荷、负电荷，并且异性相吸，同性相斥，这就带来了电荷受力方向、运动方向的问题，电荷不同方向也就不同，需要对此进行明确，这就是电压、电流、电场有方向的原因。
磁场的性质和电场相似，也有两个极，也是异性相吸，同性相斥，通电导体在其中受力方向或运动导体切割磁力线产生感生电动势的方向均与磁场的极性有关，这就必须明确磁场的方向。
•1.电压方向：规定由高电位指向低电位或者由正极指向负极。
有两种表示方法：第一种箭头表示法，箭头由高电位指向低电位；第二种下标表示法，Uab表示电压是由a点指向b点，同箭头方向一致；如下图所示。
我们常用水压比喻电压，水流方向就是由高到低，水压由高位指向低位。
•2.电流方向：规定为正电荷移动方向就是电流的方向。
有两种表示方法：第一种箭头表示方法，箭头指向就是电流方向；第二种下标表示，如下图通过电阻R的电流方向Iab，指电流方向由a流向b，与箭头方向一致；对于导体由于实际导电的载流子是自由电子，它与电流方向是相反的，这是人们最初定义的，当时对导体导电的性质还没有认识的情况下规定的。
这个我们知道就行，它并不影响我们的研究。
• 3.电动势方向：规定为由低电位指向高电位，用箭头表示法，箭头指向高电位方向；其指向正好与电压方向相反，因为电源的功能是将低电位的正电荷移动到高电位，因此由低电位指向高电位。
•4.电场方向：规定电场方向就是电场中正电荷的受力方向，平行板电场或两个异种电荷由高电位极板指向低电位极板。
这一点和电压方向是一致的，实际上它们的机理是相同的，都是电荷在电场中受力运动，只不过一个是在空间内，一个是在导体内。
电位电压电动势的概念
电动势和电压的单位都是伏特，都是反映电位差，
①、电动势与电压具有不同的物理意义。电动势
是衡量电源把其它形式的能转化成电能这一本领 的物理量，表示非电场力（外力）做功的本领， 而电压是衡量电路把电能转化成其它形式能这一 本领的物理量，表示电场力做功的本领。
②、对一个电源来说，既有电动势又有电压， 但电动势仅存于电源内部。电动势的大小决定 于电源本身，与电源材料和结构有关，而与外 电路的负载无关。电源的电动势在数值上等于 电源两端的开路电压，即电源两端不接负载时 的电压。 ห้องสมุดไป่ตู้、电动势与电压的方向相反。电动势是从低 电位指向高电位，即电位升高的方向；而电压 是从高电位指向低电位，即电压降低的方向。
参考点的选择是任意的，电路中各点的电
位都是相对于参考点而言的。通常规定参 考点的电位为零，因此参考点又叫做零电 位点。比参考点高的电位为正，比参考点 低的电位为负。通常将电源的负极作为参 考点；在工程技术中则选择电路的接地点 为参考点。
由电位的定义可知，电位实际就是电压，
只不过电压是指任意两点之间，而电位则 是指某一点和参考点（地）之间，电路中 任意两点之间的电压即为此两点之间的电 位差，如a、b之间的电压可记为
E W q
式中，E为电源电动势，单位为伏（V），W为非电场力 （化学力）移动正电荷作的功，单位是焦耳（J），q为 非电场力移动的电荷量，单位为库伦（C）。若外力把1C 正电荷从电源的负极移到正极所做的功是1J，则电源的 电动势等于1 V。
电源的电动势不仅有大小而且有方向，电动势在
数值上等于电源两极间的电位差，方向规定为电 源力推动正电荷运动的方向，即电位升高的方向， 从电源的负极指向正极，这与电源外部的电压方 向刚好相反。 都有方向，但两者还是有区别的：
电压、电动势、电位
电压、电动势、电位区别
利用等电位关系化简混联电路
张贵中
一、教学目的：
1、区别电压、电动势、电位的关系。
2、掌握等电位关系化简混联电路的方法。
二、教学重点、难点：
理解电位的概念，对等电位关系进行判断。
三、教学内容：
1、电压和电位的关系
（1）电位是电场中某点与参考点之间的电压。
电压则是电场中某两点间的电位之差。
（2）电位值是相对的，它的大小与参考点有关；电压值是绝对的、固定的，它的大小和参考点的选择无关。
（3）电压和电位的单位都是伏特。
2、电压和电动势的关系
（1）电压是衡量电场力做功本领的物理量，其方向为由高电位指向低电位，电压存在于电源内、外电路
（2）电动势是衡量电源力做功本领的物理量，其方向为在电源内部由负极指向正极，且仅存在于电源内部。
（3）电压和电动势的单位都是伏特。
3、判断等电位点化简混联电路
R2
R3R4
化简为： _。
电位、电压、电动势的概念解读
自动化工程系 崔红红
电位、电压、电动势
1）电压
由于AB两个水槽的水位有高低之差，水位差形成了水压， 导致了水流的定向流动，由高水位流向低水位。类似地， 由于电池正极（A）的电位比负极（B）的电位高，这个 电位差产生的电场力会移动电荷从A经过导线流向B形成 了电流，对电荷作了功。为了衡量电场力对电荷做功的 能力，引入了电压这个物理量。所以电压指任意两点之 间的电位差，电场力将单位正电荷从A点移到B点所作的 功，叫做电压，记作：
电动势和电压的单位都是伏特，都是反映电位差， 都有方向，但两者还是有区别的：
①、电动势与电压具有不同的物理意义。电动势 是衡量电源把其它形式的能转化成电能这一本领 的物理量，表示非电场力（外力）做功的本领， 而电压是衡量电路把电能转化成其它形式能这一 本领的物理量，表示电场力做功的本领。
②、对一个电源来说，既有电动势又有电压， 但电动势仅存于电源内部。电动势的大小决定 于电源本身，与电源材料和结构有关，而与外 电路的负载无关。电源的电动势在数值上等于 电源两端的开路电压，即电源两端不接负载时 的电压。
③、电动势与电压的方向相反。电动势是从低 电位指向高电位，即电位升高的方向；而电压 是从高电位指向低电位，即电压降低的方向。
谢谢观看
相似的，在电路中任选一个参考点，电路中某一 点到参考点的电压就称为该点的电位。电位的符 号用V表示，电位的单位也是伏特（V）。
电压和电位都是表征电路能量特征的物理 量，两者有联系也有区别。电压是指电路 中两点之间的电位差。因此，电位是相对 的，它的大小与参考点的选择有关；电压 是绝对的，它的大小与参考点的选择无关。
与电流一样，电路中任意两点之间的电压的实际 方向往往是不能预先确定，因此在对电路进行分 析计算之前，先要设定该段电路电压的参考方向， 若计算电压结果为正值，说明电压的参考方向与 实际方向一致；若计算电压结果为负值，说明电 压的参考方向与实际方向相反。
电工电子技术基础第1章 电路的基本理论及基本分析方法
-
电流源模型
实际电源可用一个电流为IS的理想电流源与电阻并 联的电路作为实际电源的电路模型，称为电流源模型。
其中
IS
U0 R0
称为短路电流
实际电源内阻R0越大，越接近于理想电流源。
第1章 电路的基本理论及基本分析方法
3.实际电源模型的等效变换
R0 + US -
等效电压源模型
IS
US R0
US R0IS
2.理想电流源：理想电流源是从实际电流源抽象出来的 理想二端元件，流过它的电流总保持恒定，与其端电压 无关。理想电流源简称电流源。 电流源的两个基本性质
①电流是给定值或给定的时间函数，与电压无关；
②电压是与相连的外电路共同决定的。
IS或iS
+ U或i
－
电流源的图形符号
电流源的伏安关系
i IS
o
u
直流电流源伏安特性
uR（ i 关联u ） R（ 或 i 非关联）
电阻参数R：表示电阻元件特性的参数。 线性非时变电阻：R为常数；简称为线性电阻。
第1章 电路的基本理论及基本分析方法
应当注意，非线性电阻不满足欧姆定律。
单位：SI单位是欧[姆]（Ω）。计量大电阻时，以千欧 （KΩ）、兆欧（MΩ）为单位。
电阻的参数也可以用电导表示，其SI单位是西［门 子］（S）。线性电阻用电导表示时，伏安关系为
②箭头，如图(a) i。
参考方向的意义：若电流的参考方向和实际方向一致， 则电流取正值，反之则取负值。如图（a）、(b)所示。
第1章 电路的基本理论及基本分析方法
二、电压、电位、电动势及其参考方向
1. 电压、电位、电动势
⑴电压
《电工电子技术基础》电路基本概念及基本定律
第1章 电路基本概念与定律
思政引例
千里之行，始于足下。
——老子
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第1章 电路基本概念与定律
思政引例
日常生活人们所接触实际电路很多，如家用电器：电视、洗衣 机、电饭煲、微波炉、电磁炉、电冰箱、空调等，不管内部是 交流电路还是直流电路，比如手电筒，若要弄清工作原理，必 须从电路原理上进行分析，就需要具备一定的电路基础知识。
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第1章 电路基本概念与定律——电路模型
最简单的手电筒电路示意图 负载
电源
中间环节
干电池作电源，灯泡作负载，导线和开关作为中间环节将灯 泡和干电池连接起来，实现将电能转变为光能的功能。
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第1章 电路基本概念与定律——电路模型
半导体扩音机的工作原理方框图
中间环节
信号源
负载
话筒（麦克风）是电源（信号源），中间环节是放大 电路，负载是扬声器。
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第1章 电路基本概念与定律——电路模型
二、电路模型 由理想化的电路元件组成的电路图。
理想电阻元件R
理想无源元件 理想电感元件L
理想电路元件
理想电容元件C
理想有源元件
理想电压源US 理想电流源IS
第1章
教学目标
1.理解电路作用与组成部分，掌握电路模型。 2.掌握电压和电流参考方向及相关性，理解元件物 理性质和外特性。 3.掌握欧姆定律，理解电路的工作状态。 4.理解基尔霍夫定律并能熟练运用。 5.理解电位概念，掌握电源与负载判断，功率平衡。
第1章 电路基本概念与定律
第一节 电路模型 第二节 电路基本物理量 第三节 基尔霍夫定律 第四节 电路元件 第五节 电路的工作状态
电工电子技术基础2-3-2-参考方向
3. 1电流的参考方向任意假定的电流方向称为电流的参考方向(或正方向)简单电路 E +-R3V灯泡Ω20较复杂电路I Ω3V 12Ω3Ω2Ω2V Ω5.1?设定参考方向后，电流就成为有正、负之分的代数量。
3. 1电流的参考方向1. 电流的参考方向在电路中通常表示2.电流的参考方向 也可以用表示bAI(参考方向)a(实际方向）2AbAa(实际方向）(参考方向)(a) 电流 I 为正值 (b) 电流 I 为负值baab I I -=I ab 表示电流方向由a 到b ，则习惯上规定电压的实际方向为由高电位端指向低电位端，即电位降低的方向。
电动势的实际方向规定为在电源的内部由低电位端指向高电位端，即电位升高的方向。
E +-U电位升高电位降低1. 电压和电动势的实际方向(1) 电压的参考方向通常采用 “+”和“-” 极性 表示其中 “+”表示高电位，“-”表示低电位(2) 电压的参考方向 也可用双下标表示2. 在计算电路时也必须先假定电压或电动势的参考方向 （也称参考极性）U ab 表示电压方向由a(高电位）到b （低电位）baab U U -=bU-a+设定电压的参考方向后，经分析计算得到的电压值也成为 有正、负之分的代数量。
通常假定电压参考方向和电流参考方向相一致，称为关联参考方向，如图(a)所示。
否则为非关联参考方向，如图(b)。
I A+-ab-3V ba-I A+3V (a) 关联 (b) 非关联。
关于电位电压等概念的诠释
旦 鸯 星
关才电位 电压等概念的诠释
文◎
摘 要 ： 电 位 和 电压 是 Ⅸ电 工基 础 课 程里 的基本慨念 ，也 是一 个教 学中的一 个难 点 ，学生往往 难 以明 白和 区分 本文就 它们 概念 的诠释及 其区别作一探讨说 明。
一
李子青 （ 南工业技 术学院） 湖
（） ３
、
电动 势
１ ．电源 中的非静 电力 电路 中维持稳桓 电流 的条件 是必须存 在稳桓 电场 。如果 没有 其 他 力 的 作 用 ， 正 电 荷 在 静 电力 作 用 下 只 能 从 高 电 势 处 向 低 电 处 势 移 动 ，这 样 电荷 的 分 布 将 发 生 改 变 ， 因此 在 静 电 力 作 用 下 不 能 维 持 稳 恒 电 场 和 产 生 稳 恒 电流 。 如 果 在 电 路 某 部 分 存 在 一 种 对 电 荷 有 非 静 电 力 作 用 的 装 置 ，这 种非静 电力 能够把 正 电荷从 低 电势处 移送到 高 电势 处 ，用 以补偿 由于静 电力 作用 时高 电势处 正电荷 的耗损 ，这种 电路中 就能
ｔ
，ｊ ｊ ｌ
四 、 电位 与 电压 区别
２８ ６
在 实 际 应 用 中 ，经 常 遇 到 的 是 两 点 间 的 电 势 差 ， 式 （） 计 算 电 场 力 作 功 和 计 算 电 势 ６是 能 增减 变 化 时 是 常用 的 公式 。 三 、 电 位 的 诠 释
电 漉 参 考 方 向
（ ２）
也 就 是 说 电 源 电 动 势 等 于 把 单 位 正 电荷 沿 闭 合 电路 移 动 一 周 时 非静 电 力所 作 的 功 。 电动势是 反映 电源 内非静 电力作功 本领
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电压、电位、电动势及其参考方向
1.电压的一般含义
金属导体中有许许多多的自由电子，在没有外加电场作用时，这些自由电子的运动时无规则的，则不能形成电流。
要使自由电子作有规则的运动必须要有外加电场，电场力使自由电子作有规则的定向运动而形成电流。
电场力移动电荷就对电荷做了功。
它所释放出来的能量转化为其他形式的能量。
为了衡量电场力对电荷做功的能力，引入电压这个物理量。
电压的定义为：电场力把单位正电荷从电路中的a 点移到b 点做的功称为a 、b 两点之间电压。
电压通常用U 表示。
设正电荷Q 由a 点移至b 点电场力做的功为ab W
则
Q
W U ab ab =
（1-3） 式中 ab W ——电场力所做的功，单位为焦耳，J ；
Q ——被移动正电荷的电量，单位为库仑，C ； ab U ——电路中a 、b 两点间的电压，单位为伏特，V 。
它的大小可以这样理解：如果1库仑正电荷从一点移到另一点所做的功为1J ，则该两点的电压为1V 。
电压的单位有：伏特（V ）、千伏（kV ）、毫伏（mV ）、微伏（μV ）。
它们之间的关系为：
3110kV V =， 3110mV V -=， 6110V V μ-=
与电流一样，把大小、方向不随时间变化的电压称为恒定电压或直流电压，用大写字母“U ”表示；把实际方向随时间变化的电压称为交表电压，用小写字母“u ”表示。
2.电位
在电路中可取任一点为参考点，如选择0点为参考点，则由某点a 到参考点0的电压u a0，称为a 点的电位，用Va 表示。
电位参考点可以任意选取，一般选择大地、设备外壳或接地点作为参考点并规定参考点电位为零。
在一个电路中，一旦参考点确定后，电路中其余各点的电位也就确定了。
电位的SI 单位也是伏特。
电压和电位的关系为：a 、b 两点之间的电压等于a 、b 两点之间的电位差，即
ab a b U V V =- （1-4）
由式（1-4）可知，如果ab U >0，当Q >0时ab W >0，电场力做正功，电荷减少能量。
所以正电荷由a 点移到b 点，即减少能量，则a 点为高电位，b 点为低电位；反之，如果增加或获得能量，则a 点为低电位，b 点为高电位。
正电荷在电路中移动时，电能的增或减反映电位的升高或降低，即电压升或电压降。
3.电压的实际方向和参考方向
（1）电压的实际方向：在一段电路上，电压的实际方向是由高电位指向低电位，即电压降的方向。
正电荷沿着这个方向移动，将减少能量，并转换为其他形式的能量。
（2）电压的参考方向。
由于在分析计算复杂电路之前，很难事先知道一段电路的实际方向。
对于交流电路，实际电压的方向是随时间不断变化的，因此有必要引入电压参考方向的概念。
在一段电路中，电压的参考方向可以任意设定，即从假定的高电位指向假定的低电位。
当电压的实际方向与参考方向一致时，电压为正值；两者相反时，电压为负值。
电压的参考方向可以用三种方法表示：
①用“+”“-”符号分别表示假定的高电位点和低电位点。
②用箭头表示，由假定的高电位点指向低电位点。
③用双下标字母表示。
如U ab表示电压参考方向从a点指向b点。
图1.6 电压参考方向
这三种方法都可以表示电压的参考方向，使用时可任选一种。
图 1.6为用“+”“-”符号表示的电压参考方向。
设定一段电路的电压参考方向后，可以根据电压的正、负值，确定这一段电路的电压实际方向。
4. 电压、电流的关联参考方向
电压参考方向的选取是任意的，与电流的参考方向无关。
但为了分析、研究方便，常采用关联参考方向，即在一段电路中，电流的参考方向是从电压参考方向的“+”极流向“—”极，也就是电流的参考方向与电压的参考方向一致。
如图 1.7所示为电压、电流的关联参考方向。
图1.7 关联参考方向图1.8 非关联参考方向
在一段电路中，当电流的参考方向是从电压参考方向的“—”极流向“+”，或电压、电流参考方向相反时，称为非关联参考方向，如图1.8所示。
1.2.3 电功率和电能
1.电功率
电源是产生电能的，当用电设备接到电源上，电场力就移到电荷形成电流并且做功，将电荷从电源获得的能量，在用电设备上转换为其他形式的能量。
这就是电流做功的过程。
为了衡量电流做功的快慢，即能量转换的快慢，引入电功率。
其定义如下：单位时间内电流做的功，称为电功率，简称功率，用字母“P”表示，即
UI t UIt t UQ t W P ====
（1-5） 交流时写成 ui p = （1-6） 即电功率等于电压与电流的乘积。
功率的单位为瓦特，简称瓦（W ），常用的单位还有千瓦（kW ）、毫瓦（mW ）、兆瓦（MW ）。
3110kW W =， 6110MW W =， 3110mW W -=
式（1-5）仅适用于U 、I 为关联方向的情况下。
如果一个电路元件的电流和电压选取的是非关联方向，则应添加一个负号，即
P UI =- （1-7）
交流时写成 p ui =- （1-8）
在求功率时，应注意如下几点：
（1）选择公式UI P =或P UI =-时，关键要看电压U 与电流I 的参考方向是否是关联方向。
（2）公式选定后，电压U 和电流I 的代入值应包括它的正、负号。
（3）不管哪个公式计算的结果，只要功率0P >，就表明元件吸收功率，处于负载状态；若功率0P <，则表明元件发出功率，处于电源状态。
[例1.2] 指出下列各元件是发出还是吸收功率。
图1.9 例1.2图
解：A 元件中，电流和电压为关联方向，(3)260P UI A V W ==-⨯=-<，所以元件发出功率；
B 元件中，电流和电压为关联方向，(2)(2)40P UI A V W ==-⨯-=>，所以元件吸收功率；
C 元件中，电流和电压为关联方向，3130P UI A V W ==⨯=>，所以元件吸收功率；
D 元件中，电流和电压为非关联方，(1)1
10P UI A V W =-=-⨯=-<，所以元件发出功率。
2. 电能
上面所讲的功率是指1s 内电流所做的功，而电能是指一段时间内电流所做的功。
如果一个电路元件吸收的功率为P ，则在时间t 内，设元件吸收的电能为：
Pt W = （1-9）
代入UI P =就有
UIt W = （1-10）
若功率P 的单位为瓦（W ），时间t 的单位为秒（s ），则电能的单位为焦耳（J ）。
在电力工程中常采用千瓦•时（kW •h ）作为电能单位，也称“度”。
1度6=1 3.610kW h J =⨯。