電壓,電流，超前與滯后

電壓概述

電壓是電路中自由電荷定向移動(dòng)形成電流的原因。

電勢差（電壓差）的定義：

電荷q 在電場(chǎng)中從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)，電場(chǎng)力所做的功WAB與電荷量q 的比值，叫做AB兩點(diǎn)間的電勢差（AB兩點(diǎn)間的電勢之差，也稱(chēng)為電位差），用UAB表示，則有公式：

其中，WAB為電場(chǎng)力所做的功，q為電荷量。

同時(shí)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(shí)間變化，則稱(chēng)之為穩恒電壓或恒定電壓，簡(jiǎn)稱(chēng)為直流電壓，用大寫(xiě)字母U表示。如果電壓的大小及方向隨時(shí)間變化，則稱(chēng)為變動(dòng)電壓。對電路分析來(lái)說(shuō)，一種最為重要的變動(dòng)電壓是正弦交流電壓(簡(jiǎn)稱(chēng)交流電壓)，其大小及方向均隨時(shí)間按正弦規律作周期性變化。交流電壓的瞬時(shí)值要用小寫(xiě)字母u或u(t)表示。在電路中提供電壓的裝置是電源。

單位：

電壓在國際單位制中的主單位是伏特（V），簡(jiǎn)稱(chēng)伏，用符號V表示。

1伏特等于對每1庫侖的電荷做了1焦耳的功，即1 V = 1 J/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(guān)系是：

電流概述

電流是導體中的自由電荷在電場(chǎng)力的作用下做有規則的定向運動(dòng)就形成了-電流。

電源的電動(dòng)勢形成了電壓，繼而產(chǎn)生了電場(chǎng)力，在電場(chǎng)力的作用下，處于電微安(μA)1A=1 000mA=1 000 000μA，電學(xué)上規定：正電荷定向流動(dòng)的方向為電流方向。金屬導體中電流微觀(guān)表達式I=nesv,n為單位體積內自由電子數，e為電子的電荷量，s為導體橫截面積，v為電荷速度。

大自然有很多種承載電荷的載子，例如，導電體內可移動(dòng)的電子、電解液內的離子、等離子體內的電子和離子、強子內的夸克。這些載子的移動(dòng)，形成了電流。

國際單位制中電流的基本單位是安培?！?安培定義為：在真空中相距為1米的兩根無(wú)限長(cháng)平行直導線(xiàn)，通以相等的恒定電流，當每米導線(xiàn)上所受作用力為2×10-7 N時(shí)，各導線(xiàn)上的電流為1安培。

電壓電流的超前與滯后詳解

電壓電流的超前與滯后解析，由于Sin[ωt]在求導或積分后會(huì )出現Sin[ωt±90°]，所以對于接上了正弦波的電感、電容，橫坐標為ωt時(shí)可以觀(guān)察到波形超前滯后的現象，直接從靜態(tài)的函數圖上看不太容易理解，所以下面的動(dòng)圖會(huì )比較直觀(guān)的理解。

下圖是電感的，用紅色表示電壓，藍色表示電流。如果接上理想的直流電壓表、直流電流表，可以觀(guān)察到電壓的變化超前于電流，電流的變化滯后于電壓。時(shí)間增加時(shí)，縱坐標軸及時(shí)間原點(diǎn)會(huì )隨著(zhù)波形一起往左移動(dòng)。

如果把波形畫(huà)在矢量圖右方，就是下面這種動(dòng)畫(huà)，但橫坐標右方是過(guò)去存在的波形，指向過(guò)去，是-ωt。雖然波形反過(guò)來(lái)了，但電壓的變化仍然超前于電流，電流的變化仍然滯后于電壓。時(shí)間原點(diǎn)一直隨著(zhù)波形往右方移動(dòng)，函數圖中的縱坐標軸并未與橫坐標交于原點(diǎn)，交點(diǎn)所代表的時(shí)間一直在增加。如果不注意，超前滯后的判斷很容易出錯。

理解超前滯后這一概念用相量圖是最好的，從測量數據來(lái)觀(guān)察或者從靜態(tài)波形上觀(guān)察都不太直觀(guān)而且容易出錯。下圖是電容的。電壓的變化滯后于電流，電流的變化超前于電壓。坐標系右方是未來(lái)，左方是過(guò)去。

橫坐標是-ωt時(shí)，電容的電壓的變化仍然滯后于電流，電流的變化仍然超前于電壓。因為此坐標系左方是未來(lái)，而右方是過(guò)去。

下圖是電阻的。電壓函數電流函數同相。

下圖是三者串聯(lián)的情況，沒(méi)畫(huà)相量圖和波形圖。但從指針的變化可以判斷：電流相同時(shí)，電感和電容的電壓函數反相。

沒(méi)畫(huà)總電壓，因為總電壓有可能超前于總電流，也有可能滯后于總電流，也有可能兩者同相，同相時(shí)為諧振狀態(tài)。

以前還做過(guò)這種，元件右邊標的是電壓電流的參考方向。用不同的顏色描述電壓的大小，藍色>黃色>紅色；用不同的粗細和箭頭描述電流的大小和方向，而且把電感、電容充能的效果也做進(jìn)去了，電流最大時(shí)電感磁場(chǎng)能最大，電容電場(chǎng)能最小。

但是，就解釋超前滯后這一概念的話(huà)，指針表的動(dòng)畫(huà)更直觀(guān)。

電流與電壓的作用

電壓是產(chǎn)生電流的原因，所以說(shuō)電壓的作用是產(chǎn)生電流。

電流的作用是將電能轉化為其它能量。如電燈可將電能轉化為光能、熱能；電機可將電能轉化為機械能和熱能等。

電壓高了產(chǎn)生的電流也會(huì )增大，電流大了電能轉化為其它能量就會(huì )增多。電源的電動(dòng)勢形成了電壓，繼而產(chǎn)生了電場(chǎng)力，在電場(chǎng)力的作用下，處于電場(chǎng)內的電荷發(fā)生定向移動(dòng)，形成了電流。每秒通過(guò)1庫侖的電量稱(chēng)為1「安培」（A）。安培是國際單位制中所有電性的基本單位。

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