什麼是電壓 – 定義、公式、單位、型別和測量方法

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什麼是電壓？

電壓，也稱為電勢差、電壓力或電張力，定義為電路中兩點之間電勢的差值。換句話說，將電荷從電路中的一點移動到另一點所需的能量稱為電壓。

電壓用符號V或v表示，其中V用於表示恆定電壓，而v用於表示隨時間變化的電壓。在本文中，我們將學習有關電壓的所有內容，以及用於測量電路中電壓的方法。

在數學上，電壓定義為所做功與電荷的比值，即：

$$\mathrm{電壓, V=\frac{所做的功\, (W)}{電荷 \,(Q)}}$$

其中，所做的功以焦耳 (J) 為單位，電荷以庫侖 (C) 為單位。因此，電壓的單位是焦耳每庫侖 (J/C)。

電路中的電壓迫使電荷（或電子）流過電路。因此，電壓完全負責電流流過電路。如果沒有電壓，就沒有電流流動。

為了理解電路中兩點之間的電壓，考慮兩點，例如A和B。因此，根據電壓的定義，相對於點B的點A的電勢定義為在電場(E)的影響下將單位電荷從點A移動到點B所需的功。

在數學上，點A和B之間的電壓可以表示為：

$$\mathrm{V_{AB}=V_{A}-V_{B}}$$

電壓單位

電壓的 SI 單位是伏特 (V)。它以義大利物理學家亞歷山德羅·安東尼奧·伏打 (1745-1827)的名字命名，他發明了第一個電池，即伏打電堆。但是，電壓的基本單位是焦耳每庫侖。

電壓公式

根據歐姆定律，電壓由導體的電阻與其透過的電流的乘積給出，即：

$$\mathrm{電壓,V=I\times R}$$

電壓也可以用電路中的功率和電流表示為：

$$\mathrm{\because P=VI}$$

$$\mathrm{\therefore 電壓,V =\frac{P}{I}}$$

我們也可以用功率和電阻表示電路中的電壓。

$$\mathrm{\because P =\frac{V^{2}}{R}}$$

$$\mathrm{\therefore 電壓,V =\sqrt{P\times R}}$$

電壓型別

根據電壓相對於時間的極性變化，它分為兩種基本型別，即：

• 直流電壓
• 交流電壓

當電路中電壓的極性不隨時間變化時，稱為直流電壓。之所以這樣命名，是因為它只在一個方向上起作用。直流電壓可以是恆定電壓或脈動電壓。對於恆定電壓，電壓的大小不隨時間變化，而對於脈動電壓，電壓的大小相對於時間變化。

另一方面，當電壓的大小連續變化且方向週期性變化時，則電壓稱為交流電壓。交流電壓可以具有不同型別的波形，例如正弦波形、方波形、三角波形等等。在實際應用中，由於技術和經濟原因，交流電壓大多采用正弦波形。

電壓源

我們在電路和系統中使用的能源是電壓源。最常見的電壓源有電池、蓄電池、直流發電機、交流發電機等。在電路中，電壓源用圖 2 中所示的符號表示。

電壓測量

測量電氣或電子電路中的電壓是基本的測量之一。任何電氣或電子電路中的電壓始終在兩點之間測量。用於電壓測量的儀器稱為電壓表。

在三相電路中，我們可以測量兩種電壓，即相電壓和線電壓。相電壓是在任一相與零線之間測量的。而線電壓是在任意兩相之間測量的。現在，讓我們討論用於測量電路中電壓的最常用方法。

電壓表法

在這種電壓測量方法中，使用合適的量程的電壓表來測量電路中任意兩點之間的電壓。在這種方法中，電壓表與要測量其電壓的電路元件並聯連線，如圖 3 所示。

當電流流過電路時，連線在兩點之間的電壓表測量它們之間的電壓降。

數字萬用表法

如今，由於數字萬用表簡單易用且用途廣泛，因此在電氣工程師和專業人士中非常流行。我們可以使用數字萬用表測量電路中兩點之間的電壓。

在這種方法中，數字萬用表的兩個引線（稱為探頭）連線到要測量其電壓的兩點，如圖 4 所示。數字萬用表測量並以數字形式在 LCD 螢幕上顯示電壓讀數。這種方法的主要優點是，我們只需更改儀表設定即可使用同一裝置測量直流電壓和交流電壓。

總結

以下幾點總結了我們在本文中討論的內容：

• 電壓是在電路中將單位電荷從一點移動到另一點所需的功。

• 電壓也稱為電壓力、電勢差或電張力。

• 電壓的 SI 單位是伏特 (V)。

• 電壓是電路中電流流動的必要引數。如果沒有電壓，就沒有電流流動。

• 電壓主要分為兩種基本型別：直流電壓和交流電壓。

• 在電氣或電子電路中，我們可以使用電壓表或萬用表測量電壓。