电压和电位关系式（电位电动势电压的单位都是伏特）

电流、电压、功率是电工学中最基本的物理量，也是电气（工）从业必须学习的最基本、最基础的电工基础知识。在《电工基础知识：电荷、电离、电路、电流和电流强度详解，赶紧收藏》一文中分享了与电流相关的知识；在《电功率、有功功率、无功功率、视在功率，都是功率，有何异同呢？》一文中对与功率相关的知识进行了分享。

本文是与电压相关的电位、电动势、电压知识详解，值得收藏。后续将陆续分享电阻、电容、电抗、欧姆定律、焦耳定律......等电工学相关基础知识，敬请留意和关注。

学过物理学的，都会知道刀：电位、电动势、电压的单位都是伏特，那么如何分清它们的含义和区别？如果不去仔细深究，估计有很多人不一定说得清楚。

电荷为什么会流动，成为电流？通过了解电压与电动势，就会揭开这个秘密，而要想了解电压，首先得了解电位。

一、电位

1、定义

正电荷在电路中某点所具有的能量与电荷所带电量的比称为该点的电位。电位亦是指电路中的某点单位电荷所具有的能量。

如下图所示，电流与水流相似：水流处于不同的位置就会有不同势能或位能，水位越高，其势能或位能就越高，水总是从高水位流向低水位；同样，在外电路中，电流是从高电位流向低电位，说明电路中各点的能量不同，也也即具有一定的电位。

水路中各点在空间都有一个水位高度，水位是一个相对值，是相对于其基准点（或参考点）而言的，同理，电位也是一个相对值，是相对于其参考点（零电位点）而言的，电路中各点也都有一个电位。水路中各点的水位高度计算都有一个起点，称为参考点，例如，以海平面为起点的海拔高度其参考点就是海平面，同样，电路中的电位也要有一个参考点，称为零电位点。如同水位高度相对于不同参考点有不同数值一样，电位相对于不同的零电位点，其数值也不相同，可见电位和水位都具有相对性。

零电位的选择具有任意性，通常为了实际测量方便起见，在实际电路中，参考点通常选为大地、电器的底板、金属外壳或某一个公共连接点，该点的电位φA=0，零电位点又称接地点，高于参考点的电位为正，反之为负。

2、单位

电位也称电势，单位是伏特（V、简称伏），用符号“φ”表示，常用的单位还有千伏（kV）、毫伏（mV）。

1kV＝1000V；

1V＝1000mV。

3、举例

举例1：

下图是由电池、三个阻值相同的电阻和开关构成的电路模型（电位的原理）。电路以A点作为参考点，A点的电位为0V（即φA=0V），则B点的电位为0.5V（即φB=0.5V），C点的电位为1V（即φC=1V），D点的电位为1.5V（即φD=1.5V）。

举例2：

下图为以B点为参考点，B点的电位为0V（即φB=0V），则A点的电位为-0.5V（即φA=-0.5V），C点的电位为0.5V（即φC=0.5V），D点的电位为1V（即φD=1V）。

上图中，若以C点为参考点，C点的电位即为0V（即φC=0V），则A点的电位为-1V（即φA=-1V），B点的电位为-0.5V（即φB=-0.5V），D点的电位为0.5V（即φD=0.5V）。若以D点为参考点，D点的电位为0V（即φD=0V），则A点的电位为-1.5V（即φA=-1.5V），B点的电位为-1V（即φB=-1V），C点的电位为-0.5V（即φC=-0.5V）。

二、电动势

1、定义

电动势是表示单位正电荷经电源内部，从负极移动到正极所做的功，其标志着电源将其他形式的能量转换成电路的动力，即电源供应电路的能力。

要想得到持续的电流，离不开电源，电源具有电动势。或者说，电源内部非静电力移送单位正电荷，将其从电源的负极移至正极所做的功，叫电源的电动势。电源是个特殊的设备，它的作用就是利用电源中的化学能、光能、机械能等其它能源转换成“电源力”。

下图中的这台超级“水泵”就类似于电动势，将水从A抽到B；而电池将化学能转化为电能，即电源力，努力做功将“正电荷”使劲往“正极”抽，而这个功就是电动势（也称为电源电动势）。

电动势方向指电位升高的方向。在电源内部，由低电位端指向高电位端，即由电源负极指向电源正极。

2、单位

电动势是描述电源性质的重要物理量，它反映电源把其他形式的能转换成电能的本领的物理量，用字母“E”表示，单位为“V”（伏特，简称伏），其他常用的单位有kV（千伏）、mV（毫伏）、μV（微伏）。

1kV＝1000V；

1V＝1000mV；

1mV=1000μV。

3、电动势计算公式

电动势用公式表示，即：

E=W/Q

式中，

E为电动势，单位为伏特（V）；

W为将正电荷经电源内部从负极引到正极所做的功，单位为焦耳（J）；

Q为移动的正电荷数量，单位为库仑（C）。

4、举例

下图为由电池、开关、可变电阻器构成的电路模型。

在闭合电路中，电动势是维持电流流动的电学量，电动势的方向规定为经电源内部，从电源的负极指向电源的正极。

电动势等于路端电压与内电压之和，用公式表示为：

E=U路 U内=IR Ir

式中：

U路：表示路端电压（即电源加在外电路端的电压）；

U内：表示内电压（即电池因内阻自行消耗的电压）；

I：表示闭合电路的电流；

R：表示外电路总电阻（简称外阻）；

r：表示电源的内阻。

对于确定的电源来说，电动势E和内阻r都是一定的。若闭合电路中外电阻R增大，电流I便会减小，内电压U内减小，故路端电压U路增大。

若闭合电路中外电阻R减小，电流便会增大，内电压U内增大，故路端电压U路减小。

当外电路断开，外电阻R无限大，电流I便会为零，内电压U内也变为零，此时U路端电压就等于电源的电动势。

三、电压

1、定义

在电路中任意两点间的电位之差称为两点间的电压，即高电位与低电位之间的差值。

电压的物理意义是电场力对电荷所做的功。

电路中某点的电压，就是指该点与参考点之间的电位差。一般来讲，在电力工程中，规定以大地作为参考点，认为大地的电位等于零。如果没有特别说明，所谓某点的电压，就是指该点与大地之间的电压。

正如水位差带来的水压导致水流一样，水压越大，水流越急，反之水压越小，水流越缓；电压与水压相似，电压是形成电流的必要条件之一，电压越高灯泡就越亮，电压越低灯泡越暗。电路中提供电压的器件是电源。

2、单位

电压的符号为U，在国际单位制中，电压的单位是伏特（V），此外还有千伏（kV）、兆伏（MV）、毫伏（mV）、微伏（μV）等。

它们之间的关系为：

1MV=1000kV;

1kV＝1000V;

1V＝1000mV;

1mV=1000μV。

3、举例

下图为由电池、两个阻值相等的电阻器和开关构成的电路模型。

四、电动势与电位、电压的异同

电动势与电位、电压相同之处在于：

它们都是表示电场做功能力的物理量。

电动势与电位、电压其区别在于：

1、电动势与电位、电压电动势和电位、电压各自表达的物理意义不同。

电动势表示了外力（非电场力）做功的能力；

电位表示的是电路中某点单位电荷所具有的能量，即电路中某点电场做功的能力；

电压则表示的是电路中任意两点之间单位电荷所具有的能量差值，即电路中两点之间电场做功能力的差值。

例如：新电池做功能力很强，其电能充足，但长时间使用后，其做功的能力会大大下降，这时电位、电压也低了。电动势是产生和维持电路中电压的保证，电源的电动势一旦耗尽，电路就会失去电压，就不再有电流产生。

2、电动势只存在于电源的内部，而电位、电压存在于电源外部，电位可以是电源外部中电路中的任意一点，而电源外部电路任意两点之间。

3、它们的方向不同。电动势有方向，在电源的内部，电动势方向与电压方向相反，电动势方向是电位升高的方向；电位的方向指向参考点，可以为正、可以为负；而电压方向是指向电位降低的方向。

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自我介绍

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