电压(voltage),也被称作电势差或电位差,是衡量单位电荷在静电场中由于电势不同所产生的能量差的物理量。电压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移动到另一点所做的功,电压的方向规定为从高电位指向低电位的方向。电压的国际单位制为伏特$$(V,简称伏),$$常用的单位还有毫伏(mV)、微伏(μV)、千伏(kV)等。此概念与水位高低所造成的水压相似。需要指出,“电压”一词一般只用于电路当中,“电势差”和“电位差”则普遍应用于一切电现象当中。
定义
电压是电路中自由电荷定向移动形成电流的原因。
电荷 $q$ 在电场中从A点移动到B点,电场力所做的功 $W_{A B}$ 与电荷量 $q$ 的比值,叫做AB两点间的电势差(AB两点间的电势之 差,也称为电位差),用 $U_{A B}$ 表示,则有公式:
$$U_{A B}=\frac{W_{A B}}{q}$$
其中, $W_{A B}$ 为电场力所做的功, $q$ 为电荷量。
同时也可以利用电势这样定义
$$U_{A B}=\varphi_A-\varphi_B$$
如果电压的大小及方向都不随时间变化,则称之为稳恒电压或恒定电压,简称为直流电压,用大写字母 $U$ 表示。如果电压的 大小及方向随时间变化,则称为变动电压。对电路分析来说,一种最为重要的变动电压是正弦交流电压 (简称交流电压),其大 小及方向均随时间按正弦规律作周期性变化。交流电压的瞬时值要用小写字母u或u (t) 表示。在电路中提供电压的装置是电源。
从工程应用角度来讲,电路中的电压是产生电流的根本原因。
在分析电路时,通常规定电压参考方向由高电位指向低电位,因此电压又称电压降。数值上,电压等于电路中两点电位的差 值,即:
$$U a b=V a-V b$$
电压单位
电压在国际单位制中的主单位是伏特 $(V)$ ,简称伏,用符号 $V$ 表示。1伏特等于对每 1 库仑的电荷做了1焦耳的功,即 $1 V=1 J / C$ 。强电压常用干伏 $(\mathrm{kV})$ 为单位,弱小电压的单位可以用毫伏 $(\mathrm{mV})$ 微伏 $(\mu \mathrm{v})$ 。
它们之间的换算关系是:
$$\begin{aligned}& 1 \mathrm{kV}=1000 \mathrm{~V} \\& 1 \mathrm{~V}=1000 \mathrm{mV} \\& 1 \mathrm{mV}=1000 \mu \mathrm{V}\end{aligned}$$
电压是推动自由电荷定向移动形成电流的原因。电流之所以能够在导线中流动,也是因为在电流中有着高电势和低电势之间的差别。这种差别叫电势差,也叫电压。换句话说。在电路中,任意两点之间的电位差称为这两点的电压。通常用字母U代表电压。
电源是给用电器两端提供电压或电能的装置。电压的大小可以用电压表(符号:V)测量。
基尔霍夫电压定律
集总参数电路中任意时刻沿任意回路的电压降的代数和为零,即
$$\sum U=0$$
电压的串并联关系
如果一个电路中元件仅包含串联或者并联关系,并且与电源直接相连,不考虑电源的内阻的话,那么串联电路两端总电压等 于各部分电路两端电压和。
$$U_{\text {电源 }}=U_1+U_2+\cdots$$并联电路各支路两端电压相等,且等于电源电压。$$U_{\text {电源 }}=U_1=U_2=\cdots$$
电压分类
电压可分为高电压,低电压和安全电压。
高低压的区别是:以电气设备的对地的电压值为依据的。对地电压高于或等于1000伏的为高压。对地电压小于1000伏的为低压。
其中安全电压指人体较长时间接触而不致发生触电危险的电压。按照国家标准《GB3805-83》安全电压规定了为防止触电事故而采用的,由特定电源供电的的电压系列。我国对工频安全电压规定了以下五个等级,即42V、36V、24V、12V和6V。
阻抗电压
双绕组变压器中一个绕组短路,以额定频率的电压施加于另一个绕组上,并使其中流过额定电流时的施加电压值。对多绕组变压器,除试验的一对绕组外,其余绕组开路,并使其中流过与该对绕组中的额定容量较小的绕组相对应的额定电流时的施加电压值。各对绕组的阻抗电压是指相应的参考温度下的数值且用施加电压绕组的额定电压值的百分数来表示。
阻抗电压计算方法: 当变压器二次绕组短路 (稳态),一次绕组流通额定电流而施加的电压称阻抗电压 $\mathrm{U}_{\mathrm{z}}$ 。通常 $\mathrm{Z}_{\mathrm{z}}$ 以额定电 压的百分数表示,即 $$u_z=\left(U_z / U_{1 n}\right) \times 100 \%,$$匝电势: $u=4.44 \times f \times B \times A t, V$ 其中:B一铁心中的磁密, $T A t$ 铁心有效截面积,平方米 可以转化为变压器设计计算常用的公式:
当 $f=50 \mathrm{~Hz}$ 时: $u=B \times A t / 450 \times 10^5, V$
当 $\mathrm{f}=60 \mathrm{~Hz}$ 时: $u=B \times A t / 375 \times 10^5, \mathrm{~V}$
如果已知道相电压和匝数,匝电势等于相电压除以匝数。
医学电压
心电图所称的电压,是指心电图纸上两条横线之间的距离。常用来测定心电图的波幅。单位通常用mm或mV来表示。电压的数值与*定准电压的调节有关。若输入1mV的标准电压使基线上移10mm,则两条细横线之间的距离是1mm,电压为0.1mV。测量心电图的波幅时,电压定准方有意义。
电视信号在天线上感应的电压约 $0.1 \mathrm{mV}$
维持人体生物电流的电压约 $1.2 \mathrm{mV}$
碱性电池标称电压 $1.5 \mathrm{~V}$
电子手表用氧化银电池两极间的电压 $1.5 \mathrm{~V}$
一节铅蓄电池电压2V
手持移动电话的电池两极间的电压 $3.7 \mathrm{~V}$
对人体安全的电压一般不高于36V
家庭电路的电压220V
动力电路电压 $380 \mathrm{~V}$
无轨电车电源的电压 $550 \sim 600 \mathrm{~V}$
电视机显像管的工作电压10kV以上
列车上方电网电压 $25000 \mathrm{~V}$
发生闪电的云层间电压可达 $1000 \mathrm{kV}$