考慮這一種情況,就是在均勻電場上將電荷從A聯通到B,讓這個運動對抗電場。外力會在這個電荷上做一些功,這個功會將勢能變為更高的值,而所做的功等于勢能的變化。勢能的這些變化將造成A和B兩點之間形成電勢差,這些電勢差稱為電位差,以伏特(V)為單位。
電位差定義
電位差用ΔV表示,定義為兩點之間的電位差或電流差。諸如,假如VA是A處的電位,VB是B處的電位電阻并聯分壓公式,這么按照電位差的定義,則有:ΔVBA=VB–VA。
比如,考慮以下內阻器R1,如右圖所示:
施加在內阻器一端(A點)的電位為8V,內阻器另一端(B點)的電位為5V。則A和B之間兩點之間電位差為:VAB=8V–5V=3V。其實,這稱作為內阻兩端的電位。
眾所周知,電壓以電荷的方式在電路中流動,而電勢不流動。電位差坐落兩點之間,兩點之間的電位差的單位是伏特。伏特定義為流過1安培電壓的1歐姆(Ω)內阻器上的電位降。因而就有:
1伏=1安培×1歐姆,即V=I×R。
按照歐姆定理,在線性電路中流動的電壓與電路兩端的電位差成反比。為此,假若施加在電路上的電勢差較大,則在電路中流動的電壓較大。
比如,假如1Ω阻值的左側為8V,另左側為2V,則內阻兩端的電位差為6V。流過內阻的電壓為:I=V/R=5V/1Ω=5安培。
現今對于相同的1Ω內阻器,假如施加在一端的電位從8V下降到12V,而在另一端從2V下降到4V。這么內阻兩端的電位差現今為8V。在這些情況下流過內阻的電壓是8安培。
一般在電路中,較低的電位是大地或接地。該值一般被覺得是0V。因而電位差等于施加的電流。月球被覺得是電路中的公共點,將大地或接地作為電路中的公共點的這些參考有助于輕松理解電路。由于,電位差亦稱為電流。
串聯聯接的電流相乘得到電路中的總電流。這可以在串聯的內阻器中觀察到。假如V1、V2和V3串聯,則總電流VT由下式給出:VT=V1+V2+V3。
在并聯的情況下,它們兩端的電流相等,即:VT=V1=V2=V3。
電位差示例
假如轉移1500焦耳的勢能以在電瓶端子之間聯通125庫侖的電荷,則勢差為:ΔE=1500焦耳、Q=125C,則電位差V=ΔE/C=1500焦耳/125庫侖=12焦耳/庫侖=12V。
關于分壓電路
串聯的內阻器用于形成分壓器電路。分壓器是一種線性電路,其輸出電流是輸入電流的一小部份。一個帶有2個內阻的簡單分壓器電路如下所示:
串聯聯接的每位內阻器上的電位取決于阻值值。分壓器的原理是形成一個電流,該電流是輸入電流的一小部份。以下電路用于顯示多個輸出電流的分壓器原理:
此處內阻器R1、R2、R3和R4串聯。每位內阻器的輸出電流以公共點P為參考。設串聯內阻器的等效內阻為RT,之后RT=R+R2+R3+R4。
對于R1、R2、R3和R4,讓每位內阻器上的電位差分別為VR1、VR2、VR3和VR4。這么上述電路可以形成4種不同的電流,它們是電源電流V的一小部份。
分壓器公式
典型分壓器電路中的輸出電流值估算如下。
如上圖所示,這兒Vin是電源電流。I是流過兩個內阻的電路中的電壓。令VR1為內阻器R1兩端的電壓降電阻并聯分壓公式,VR2為內阻器R2兩端的電壓降。之后這種單獨的電壓降之和等于電路上的總電流,即電源電流Vin。
Vin=VR1+VR2––––1
可以按照歐姆定理估算每位內阻器上各個電壓降的方程式。
VR1=I×R1––––2
VR2=I×R2––––3
但內阻R2兩端的電流為VOUT。
因而VOUT=I×R2––––4
因而從方程1、2和3中,可以得到:
Vin=I×R1+I×R2=I×(R1+R2)––––5
然而電壓I的輸出電流值可以用公式4寫成如下:
I=VOUT/R2––––6
這時侯,使用方程5和6,可以得到:
VOUT=Vin×R2/(R1+R2)
所以,在具有多個輸出的分壓器電路的情況下,可以使用以下公式估算輸出電流。
VX=V×(RX/REQ)
其中VX是要查看的電流、RX是輸出電流上的總內阻。
RX的可能值為:
REQ是串聯內阻的等效內阻,即:REQ=R1+R2+R3+R4。
V是電源電流。
因而可能的輸出電流是:
分壓器示例
考慮以下分壓器電路,如右圖所示:
它由三個串聯的內阻器組成,以形成兩個輸出電流。電源電流為240V。內阻值為R1=10Ω、R2=20Ω和R3=30Ω。因而電路的等效內阻為:
REQ=R1+R2+R3=10+20+30=60Ω。如今兩個可能的輸出電流可以估算如下:
Vout1=V×(R2+R3)/REQ=240×(20+30)/60=200V。
Vout2=V×R3/REQ=240×30/60=120V。
而電路中的電壓為:
I=V/REQ=240V/60Ω=4安培。
為此,每位內阻器上的單個電壓降可以估算如下:
分壓電路的應用
串聯的內阻器將產生分壓電路。分壓器原理是電位器構造的基礎,而電位器用作簡單的電流調節器。據悉,分壓器電路還用于傳感器電路。分壓器電路方式中最常用的傳感是熱敏內阻和光敏內阻。
總結
簡單來說,電位差(或電流),是評判單位電荷在靜電場中因為電勢不同所形成的能量差的數學量。電流在某點至另一點的大小等于單位正電荷因受電場力作用從某點聯通到另一點所做的功,電流的方向規定為從高電位指向低電位的方向。
而分壓電路就是借助電位差這一原理實現,在實際的應用電路當中,其被廣泛的運用。
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