电压,电流，超前与滞后

电压概述

电(dian)压是电(dian)路(lu)中自由电(dian)荷定向移动形成电(dian)流的(de)原因。

电势(shi)差(cha)（电压差(cha)）的定义：

电(dian)荷(he)q 在电(dian)场中从(cong)A点移动到B点，电(dian)场力所做的功(gong)WAB与电(dian)荷(he)量q 的比(bi)值(zhi)，叫做AB两点间的电(dian)势差(cha)(cha)（AB两点间的电(dian)势之差(cha)(cha)，也称为电(dian)位差(cha)(cha)），用UAB表示，则有公(gong)式(shi)：

其中，WAB为电(dian)场力所做(zuo)的功(gong)，q为电(dian)荷量(liang)。

同时也可以利(li)用电势这样(yang)定义(yi)

如果电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)的(de)大(da)小(xiao)及(ji)方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)都不随(sui)时间(jian)变化，则称(cheng)之为(wei)稳恒(heng)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)或恒(heng)定电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)，简称(cheng)为(wei)直流电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)，用大(da)写字母(mu)U表示。如果电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)的(de)大(da)小(xiao)及(ji)方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)随(sui)时间(jian)变化，则称(cheng)为(wei)变动(dong)(dong)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)。对电(dian)(dian)(dian)(dian)路分析(xi)来说，一种最为(wei)重要的(de)变动(dong)(dong)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)是正弦交流电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(简称(cheng)交流电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya))，其大(da)小(xiao)及(ji)方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)均随(sui)时间(jian)按正弦规律(lv)作周(zhou)期性变化。交流电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)的(de)瞬(shun)时值要用小(xiao)写字母(mu)u或u(t)表示。在电(dian)(dian)(dian)(dian)路中提供(gong)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)的(de)装置是电(dian)(dian)(dian)(dian)源。

单位：

电压(ya)在国际单(dan)位制中的主单(dan)位是伏(fu)特（V），简称(cheng)伏(fu)，用符(fu)号(hao)V表(biao)示。

1伏特等于对每1库仑的(de)电(dian)荷做(zuo)了1焦耳的(de)功(gong)，即1 V = 1 J/C。强(qiang)电(dian)压常用(yong)千伏(kV)为单(dan)位(wei)，弱小电(dian)压的(de)单(dan)位(wei)可以用(yong)毫伏(mV)微伏(μv)。

它们之(zhi)间的换算关系是：

电流概述

电(dian)流是导体中的(de)自(zi)由电(dian)荷(he)在电(dian)场力(li)的(de)作用(yong)下做有规则的(de)定向运(yun)动就形成了-电(dian)流。

电(dian)(dian)(dian)(dian)源的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)动(dong)势形(xing)成了电(dian)(dian)(dian)(dian)压，继(ji)而产生了电(dian)(dian)(dian)(dian)场力，在电(dian)(dian)(dian)(dian)场力的(de)(de)作(zuo)用下，处于电(dian)(dian)(dian)(dian)微安(μA)1A=1 000mA=1 000 000μA，电(dian)(dian)(dian)(dian)学上规定：正(zheng)电(dian)(dian)(dian)(dian)荷定向(xiang)流动(dong)的(de)(de)方向(xiang)为(wei)(wei)电(dian)(dian)(dian)(dian)流方向(xiang)。金属导(dao)(dao)体中电(dian)(dian)(dian)(dian)流微观(guan)表达式(shi)I=nesv,n为(wei)(wei)单位体积(ji)内自由电(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)数，e为(wei)(wei)电(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)荷量，s为(wei)(wei)导(dao)(dao)体横截面积(ji)，v为(wei)(wei)电(dian)(dian)(dian)(dian)荷速度。

大自然有很多种承载电(dian)(dian)(dian)荷的(de)(de)载子(zi)，例如，导电(dian)(dian)(dian)体内可移动(dong)的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)子(zi)、电(dian)(dian)(dian)解液内的(de)(de)离子(zi)、等离子(zi)体内的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)子(zi)和离子(zi)、强子(zi)内的(de)(de)夸克。这些(xie)载子(zi)的(de)(de)移动(dong)，形成(cheng)了电(dian)(dian)(dian)流。

国际(ji)单位(wei)制中电流(liu)(liu)的(de)(de)(de)基本(ben)单位(wei)是安培。　1安培定(ding)义为：在真空(kong)中相距为1米的(de)(de)(de)两根无限长(zhang)平(ping)行直导(dao)线，通以相等(deng)的(de)(de)(de)恒定(ding)电流(liu)(liu)，当每米导(dao)线上(shang)所受(shou)作用力为2×10-7 N时，各(ge)导(dao)线上(shang)的(de)(de)(de)电流(liu)(liu)为1安培。

电压电流的超前与滞后详解

电(dian)压电(dian)流的(de)(de)超前(qian)与(yu)滞后解析，由(you)于Sin[ωt]在求导或积分后会出(chu)现Sin[ωt±90°]，所(suo)以对于接上(shang)了(le)正弦波的(de)(de)电(dian)感、电(dian)容，横坐标为ωt时可(ke)以观察到波形超前(qian)滞后的(de)(de)现象，直(zhi)接从(cong)静态的(de)(de)函数图(tu)上(shang)看(kan)不太容易理(li)解，所(suo)以下面的(de)(de)动图(tu)会比较(jiao)直(zhi)观的(de)(de)理(li)解。

下(xia)图是电(dian)感的(de)，用红(hong)色表示(shi)(shi)电(dian)压，蓝色表示(shi)(shi)电(dian)流(liu)(liu)。如(ru)果接(jie)上(shang)理想的(de)直(zhi)(zhi)流(liu)(liu)电(dian)压表、直(zhi)(zhi)流(liu)(liu)电(dian)流(liu)(liu)表，可以观察到电(dian)压的(de)变化超前于(yu)电(dian)流(liu)(liu)，电(dian)流(liu)(liu)的(de)变化滞后(hou)于(yu)电(dian)压。时(shi)间(jian)增加时(shi)，纵坐标(biao)轴(zhou)及时(shi)间(jian)原点会随着波(bo)形一起往(wang)左移(yi)动(dong)。

如果把波(bo)形(xing)画在矢(shi)量图右方(fang)，就(jiu)是下面这种(zhong)动画，但横坐标右方(fang)是过(guo)去存在的(de)波(bo)形(xing)，指向(xiang)过(guo)去，是-ωt。虽然波(bo)形(xing)反(fan)过(guo)来了(le)，但电压的(de)变化(hua)仍然超(chao)前于电流(liu)，电流(liu)的(de)变化(hua)仍然滞后(hou)(hou)于电压。时间(jian)原(yuan)点一直随着(zhe)波(bo)形(xing)往右方(fang)移动，函数图中的(de)纵坐标轴(zhou)并未(wei)与(yu)横坐标交于原(yuan)点，交点所(suo)代表的(de)时间(jian)一直在增加(jia)。如果不(bu)注意，超(chao)前滞后(hou)(hou)的(de)判(pan)断很容易出错。

理解超前滞(zhi)(zhi)后这一概念(nian)用相量图是(shi)(shi)最(zui)好的(de)，从测量数据来观察(cha)或者(zhe)从静态波形上(shang)观察(cha)都不太直观而且容(rong)易出错。下图是(shi)(shi)电(dian)(dian)容(rong)的(de)。电(dian)(dian)压(ya)的(de)变(bian)化滞(zhi)(zhi)后于电(dian)(dian)流(liu)，电(dian)(dian)流(liu)的(de)变(bian)化超前于电(dian)(dian)压(ya)。坐标(biao)系(xi)右方(fang)是(shi)(shi)未来，左方(fang)是(shi)(shi)过(guo)去(qu)。

横坐标是-ωt时，电(dian)容的电(dian)压(ya)的变(bian)(bian)化(hua)仍然滞后于电(dian)流(liu)，电(dian)流(liu)的变(bian)(bian)化(hua)仍然超(chao)前于电(dian)压(ya)。因为(wei)此坐标系左(zuo)方(fang)是未来，而右方(fang)是过(guo)去。

下图是电阻(zu)的。电压函数(shu)电流(liu)函数(shu)同相。

下图(tu)是三(san)者串(chuan)联的(de)情况，没画(hua)相(xiang)量图(tu)和(he)波(bo)形图(tu)。但从指针的(de)变化可(ke)以判断：电(dian)(dian)流相(xiang)同时，电(dian)(dian)感和(he)电(dian)(dian)容的(de)电(dian)(dian)压函数反相(xiang)。

没画(hua)总电(dian)(dian)压，因为(wei)总电(dian)(dian)压有(you)可(ke)能(neng)(neng)超前于总电(dian)(dian)流(liu)，也(ye)有(you)可(ke)能(neng)(neng)滞后于总电(dian)(dian)流(liu)，也(ye)有(you)可(ke)能(neng)(neng)两(liang)者同相(xiang)，同相(xiang)时为(wei)谐振状态(tai)。

以(yi)前还做过这种(zhong)，元件右边标的(de)(de)是(shi)电(dian)(dian)(dian)压(ya)电(dian)(dian)(dian)流的(de)(de)参(can)考方向。用不(bu)同的(de)(de)颜色(se)(se)描(miao)述电(dian)(dian)(dian)压(ya)的(de)(de)大小(xiao)，蓝色(se)(se)>黄色(se)(se)>红色(se)(se)；用不(bu)同的(de)(de)粗(cu)细和箭头描(miao)述电(dian)(dian)(dian)流的(de)(de)大小(xiao)和方向，而且把电(dian)(dian)(dian)感(gan)、电(dian)(dian)(dian)容充(chong)能(neng)的(de)(de)效果(guo)也做进(jin)去了，电(dian)(dian)(dian)流最(zui)大时电(dian)(dian)(dian)感(gan)磁场能(neng)最(zui)大，电(dian)(dian)(dian)容电(dian)(dian)(dian)场能(neng)最(zui)小(xiao)。

但(dan)是，就(jiu)解(jie)释超前滞后这(zhei)一概念的话，指针表的动画更(geng)直观。

电流与电压的作用

电(dian)压(ya)是产生电(dian)流的(de)原因，所(suo)以说(shuo)电(dian)压(ya)的(de)作用是产生电(dian)流。

电流的作用是将(jiang)电能转(zhuan)(zhuan)化(hua)为(wei)其它能量(liang)。如电灯可将(jiang)电能转(zhuan)(zhuan)化(hua)为(wei)光能、热能；电机(ji)可将(jiang)电能转(zhuan)(zhuan)化(hua)为(wei)机(ji)械能和(he)热能等。

电压高了产(chan)生(sheng)的电流也(ye)会(hui)增(zeng)大，电流大了电能转化为其它能量就会(hui)增(zeng)多。电(dian)(dian)源的电(dian)(dian)动(dong)势形成了(le)电(dian)(dian)压，继而产(chan)生(sheng)了(le)电(dian)(dian)场力(li)(li)，在电(dian)(dian)场力(li)(li)的作用下(xia)，处于电(dian)(dian)场内的电(dian)(dian)荷发生(sheng)定向移动(dong)，形成了(le)电(dian)(dian)流。每秒(miao)通过1库(ku)仑的电(dian)(dian)量称为1「安培」（A）。安培是国际单位(wei)制(zhi)中所有(you)电(dian)(dian)性的基(ji)本单位(wei)。

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