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電壓

(物理量)

鎖定
電壓(voltage),也被稱作電勢差或電位差,是衡量單位電荷在靜電場中由於電勢不同所產生的能量差的物理量。電壓在某點至另一點的大小等於單位正電荷因受電場力作用從某點移動到另一點所做的功,電壓的方向規定為從高電位指向低電位的方向。電壓的國際單位制伏特(V,簡稱伏),常用的單位還有毫伏(mV)、微伏(μV)、千伏(kV)等。此概念與水位高低所造成的水壓相似。需要指出,“電壓”一詞一般只用於電路當中,“電勢差”和“電位差”則普遍應用於一切電現象當中。
中文名
電壓
外文名
voltage
別    名
電勢差
電位差
電壓降 [3] 
其他定義
兩點間電場強度線積分
符    號
U
單    位
伏特(簡稱:伏;符號:V)
應用領域
電路
所屬學科
物理

電壓定義

電壓是電路中自由電荷定向移動形成電流的原因。
電荷
電場中從A點移動到B點,電場力所做的
電荷量
的比值,叫做AB兩點間的電勢差(AB兩點間的電勢之差,也稱為電位差),用
表示,則有公式
其中,
電場力所做的功,q為電荷量
同時也可以利用電勢這樣定義
如果電壓的大小及方向都不隨時間變化,則稱之為穩恆電壓或恆定電壓,簡稱為直流電壓,用大寫字母U表示。如果電壓的大小及方向隨時間變化,則稱為變動電壓。對電路分析來説,一種最為重要的變動電壓是正弦交流電壓(簡稱交流電壓),其大小及方向均隨時間按正弦規律作週期性變化交流電壓的瞬時值要用小寫字母u或u(t)表示。在電路中提供電壓的裝置是電源
從工程應用角度來講,電路中的電壓是產生電流的根本原因。 [3] 
在分析電路時,通常規定電壓參考方向由高電位指向低電位,因此電壓又稱電壓降。數值上,電壓等於電路中兩點電位的差值,即: [3] 

電壓電壓單位

電壓在國際單位制中的主單位是伏特(V),簡稱伏,用符號V表示。1伏特等於對每1庫侖的電荷做了1焦耳的功,即1V=1J/C。強電壓常用千伏(kV)為單位,弱小電壓的單位可以用毫伏(mV)微伏(μv)。
它們之間的換算關係是:
1kV=1000V
1V=1000mV
1mV=1000μV

電壓電壓頻率

下表列出了一些國家或地區的單相電壓數值。 [1] 
部分國家或地區的單相電壓數值及頻率
國家或地區
電壓(V)
頻率(Hz)
澳大利亞
240
50
比利時
230
50
巴西
110/220
60
加拿大
120
60
智利
220
50
中國內地
220
50
中國香港
230
50
中國台灣
110
60
埃及
220
60
法國
230
50
德國
230
50
印度
230
50
伊拉克
220
50
意大利
127/220
50
日本
100
50/60
韓國
110/220
60
墨西哥
127
60
荷蘭
230
50
挪威
230
50
菲律賓
110/220
60
俄羅斯
220
50
西班牙
127/220
50
瑞士
220
50
美國
110
60
英國
230
50

電壓電壓規律

學生實驗用電壓表 學生實驗用電壓表
電壓是推動自由電荷定向移動形成電流的原因。電流之所以能夠在導線中流動,也是因為在電流中有着高電勢和低電勢之間的差別。這種差別叫電勢差,也叫電壓。換句話説。在電路中,任意兩點之間的電位差稱為這兩點的電壓。通常用字母U代表電壓。
電源是給用電器兩端提供電壓或電能的裝置。電壓的大小可以用電壓表(符號:V)測量。
基爾霍夫電壓定律
集總參數電路中任意時刻沿任意迴路的電壓降的代數和為零,即 [2] 
電壓的串並聯關係
如果一個電路中元件僅包含串聯或者並聯關係,並且與電源直接相連,不考慮電源的內阻的話,那麼串聯電路兩端總電壓等於各部分電路兩端電壓和。 [2] 
並聯電路各支路兩端電壓相等,且等於電源電壓。

電壓電壓分類

電壓大小分類

電壓可分為高電壓,低電壓和安全電壓
高低壓的區別是:以電氣設備的對地的電壓值為依據的。對地電壓高於或等於1000伏的為高壓。對地電壓小於1000伏的為低壓。
其中安全電壓指人體較長時間接觸而不致發生觸電危險的電壓。按照國家標準《GB3805-83》安全電壓規定了為防止觸電事故而採用的,由特定電源供電的的電壓系列。我國對工頻安全電壓規定了以下五個等級,即42V、36V、24V、12V和6V。

電壓功能分類

阻抗電壓
英文名稱:impedance voltage [at rated current]
名詞定義:雙繞組變壓器中一個繞組短路,以額定頻率的電壓施加於另一個繞組上,並使其中流過額定電流時的施加電壓值。對多繞組變壓器,除試驗的一對繞組外,其餘繞組開路,並使其中流過與該對繞組中的額定容量較小的繞組相對應的額定電流時的施加電壓值。各對繞組的阻抗電壓是指相應的參考温度下的數值且用施加電壓繞組的額定電壓值的百分數來表示。
阻抗電壓計算方法:當變壓器二次繞組短路(穩態),一次繞組流通額定電流而施加的電壓稱阻抗電壓Uz。通常Uz以額定電壓的百分數表示,即uz= ( Uz/U1n)×100%,匝電勢:u=4.44×f×B×At,V 其中:B—鐵心中的磁密,T At—鐵心有效截面積,平方米可以轉化為變壓器設計計算常用的公式:
跨步電壓和接觸電壓 跨步電壓和接觸電壓
當f=50Hz時:u=B×At/450×105,V
當f=60Hz時:u=B×At/375×105,V
如果已知道相電壓和匝數,匝電勢等於相電壓除以匝數。
醫學電壓:
心電圖所稱的電壓,是指心電圖紙上兩條橫線之間的距離。常用來測定心電圖的波幅。單位通常用mm或mV來表示。電壓的數值與*定準電壓的調節有關。若輸入1mV的標準電壓使基線上移10mm,則兩條細橫線之間的距離是1mm,電壓為0.1mV。測量心電圖的波幅時,電壓定準方有意義。

電壓常見值

電視信號在天線上感應的電壓約0.1mV
維持人體生物電流的電壓約1.2mV
鹼性電池標稱電壓1.5V
高壓電線 高壓電線
電子手錶用氧化銀電池兩極間的電壓1.5V
一節鉛蓄電池電壓2V
手持移動電話的電池兩極間的電壓3.7V
對人體安全的電壓一般不高於36V
家庭電路的電壓220V
動力電路電壓380V
無軌電車電源的電壓550~600V
電視機顯像管的工作電壓10kV以上
列車上方電網電壓25000V
發生閃電的雲層間電壓可達1000kV

電壓記憶口訣

電壓表,測電壓,電路符號圈中V。
測誰電壓跟誰並(聯),“+”進“-”出勿接反。
(注:實際上電壓表不是開路,有電流流過,但由於電壓表電阻在10kΩ以上,因此在初中物理中被視為斷路。理想中的電壓表電阻無限大,但這種電壓表是不存在的)
通常先畫連電路,最後添加電壓表。
量程選用3V,0.1伏一小格。
量程選用15V,一小格為0.5(V)。

電壓電位差計

電位差計是電磁學測量中用來直接精密測量電動勢或電位差的主要儀器之一。補償法是電磁測量的一種基本方法。電位差計就是利用補償原理來精確測量電動勢或電位差的一種精密儀器,補償法的測量準確度高。
電位差計 電位差計
這種方法是將被測電壓與儀器的標準電壓進行比較而實現電壓測量。電路在補償狀態時,被測電壓回路無電流,測量結果準確度僅取決於電位差計的電源、標準電池、標準電阻和高靈敏度檢流計,故它的測量準確度可達0.01%或更高。可用於精確測量電動勢、電壓、電流、電阻等電學量。其優點是,在測量時幾乎不消耗被測對象的能量,不影響被測量原來的數值,測量結果穩定可靠,且具有很高的精度。
電位差計又叫電位計,它有多種類型,其中十一線電位差計是一種教學儀器,它結構簡單、直觀性強,便於學習和掌握;而箱式電位差計是測量電位差的專用儀器,它使用方便、測量準確、穩定性好,在科學實驗和工業生產中經常用到。
它用途很廣泛,不但可以用來精確測量電動勢、電壓,與標準電阻配合還可以精確測量電流、電阻和功率等,還可以用來校準精密電錶和直流電橋等直讀式儀表,有些電器儀表廠則用它採確定產品的準確度和定標,而且在非電參量(如温度、壓力、位移和速度等)的電測法中也佔有極其重要的地位。因此在工業測量自動控制系統的電路中得到普遍的應用。
電位差計主要結構組件有測量盤、工作電流調節盤、温度補償盤、測量選擇開關、極性變換開關、量限變換開關、電鍵按鈕、接線端鈕、面板、屏蔽層及外殼等。開關、按鈕、端鈕等是大家所熟悉的。所謂“盤”實質上是可調電阻,不過它呈圓盤形。可調電阻分兩類,一類是滑線式的,是連續式可調電阻;另一類是步進式的,是階梯式可調電阻。它們做得講究、精密,並且都有分度。如滑線式分度值為滑線全長的1/100仍或1/1000或更小,步進式有十位、百位步進盤。
參考資料
  • 1.    (美)斯柯茲著,蔡聲鎮等譯.發明者電子設計寶典.福州:福建科學技術出版社,2004.8:412-413
  • 2.    於歆傑,朱桂萍,陸文娟.電路原理.北京:清華大學出版社,2007
  • 3.    任元吉,曾一新,陳吹信主編.電工基礎.北京:航空工業出版社,2015年8月第1版:第3頁