電勢(shì)差 - 帶電體在電路中兩點(diǎn)間電勢(shì)的差
帶電體或?qū)w在電路中兩點(diǎn)之間電勢(shì)的差。電勢(shì)差的單位是伏特。也叫電位差、電壓。其大小等于單位正電荷因受電場(chǎng)力作用從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)所做的功,電壓的方向規(guī)定為從高電位指向低電位的方向。電壓的國(guó)際單位制為伏特(V,簡(jiǎn)稱(chēng)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。需要指出的是,“電壓”一詞一般只用于電路當(dāng)中,“電勢(shì)差”和“電位差”則普遍應(yīng)用于一切電現(xiàn)象當(dāng)中。
公式
Uab=φa-φb
電荷q在電場(chǎng)中由一點(diǎn)A移動(dòng)到另一點(diǎn)B時(shí),電場(chǎng)力所做的功與電荷量的比值叫做A、B兩點(diǎn)的電勢(shì)差。關(guān)系式為:Uab=Wab/q。
物理意義
1.由電場(chǎng)中兩點(diǎn)位置決定,反映電場(chǎng)能的性質(zhì)。
2.與檢驗(yàn)電荷電量、電性無(wú)關(guān)。
3.表示移動(dòng)單位電量正電荷,電場(chǎng)力做的功。
由此得出:順電場(chǎng)線移動(dòng)正電荷做正功,反之則反;但功跟電量比值不變,由兩點(diǎn)位置決定,且為正值。
逆電場(chǎng)線移動(dòng)正電荷做負(fù)功,反之則反;但功跟電量比值不變,由兩點(diǎn)位置決定,且為負(fù)值。
4.電勢(shì)差的數(shù)值與零電勢(shì)點(diǎn)的選取無(wú)關(guān)。
與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系
大小關(guān)系
UAB=Ed或E=UAB/d
勻強(qiáng)電場(chǎng)中,把一點(diǎn)電荷q從A移到B,則電場(chǎng)力做功為:W=qUAB且與路徑無(wú)關(guān)。另外,由于是勻強(qiáng)電場(chǎng)。所以移動(dòng)電荷時(shí),電場(chǎng)力為恒力,可仍用求功公式直接求解,假設(shè)電荷所走路徑是由A沿直線到達(dá)B,則做功W=F·AB·cosθ=E·q·AB·cosθ=E·q·BC,兩式相比較,E=UAB/BC=U/d,這就是電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)差之間的關(guān)系。
說(shuō)明:①在勻強(qiáng)電場(chǎng)中,任意兩點(diǎn)間的電勢(shì)之差,等于電場(chǎng)強(qiáng)度跟這兩點(diǎn)沿電場(chǎng)強(qiáng)度方向上的距離的乘積。即d必須是沿著場(chǎng)強(qiáng)方向的距離,如果電場(chǎng)中兩點(diǎn)不沿場(chǎng)強(qiáng)方向,d的取值應(yīng)為在場(chǎng)強(qiáng)方向的投影,即為電場(chǎng)中該兩點(diǎn)所在的等勢(shì)面的垂直距離。
②公式E=UAB/d表明,勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度,在數(shù)值上等于沿著電場(chǎng)方向上單位距離的電勢(shì)降落,正是依據(jù)這個(gè)關(guān)系,電場(chǎng)強(qiáng)度的單位還有V/m。
③雖然公式U=Ed只適用勻強(qiáng)電場(chǎng),但在非勻強(qiáng)電場(chǎng)問(wèn)題中,也可以用此式來(lái)比較電勢(shì)差的大小。例如圖是一非勻強(qiáng)電場(chǎng),某一電場(chǎng)線上A、B、C三點(diǎn)AB=BC,比較UAB和UBC的大小??梢栽O(shè)想,AB段的場(chǎng)強(qiáng)要比BC段的場(chǎng)強(qiáng)大,因而,UAB=E1·AB,UBC=E2BC,UAB>UBC。這里的E1、E2,分別指AB段、BC段場(chǎng)強(qiáng)的平均值。
事實(shí)上,在同一幅等勢(shì)面圖中,往往把每?jī)蓚€(gè)相鄰等勢(shì)面間的電勢(shì)差取一個(gè)定值,如果等勢(shì)面越密,即相鄰等勢(shì)面的間距越小,那么場(chǎng)強(qiáng)E=U/d就越大。
④場(chǎng)強(qiáng)與電勢(shì)無(wú)直接關(guān)系。因?yàn)槟滁c(diǎn)電勢(shì)的值是相對(duì)選取的零電勢(shì)點(diǎn)而言的,選取的零電勢(shì)點(diǎn)不同,電勢(shì)的值也不同,而場(chǎng)強(qiáng)不變。零電勢(shì)可以人為選取,而場(chǎng)強(qiáng)是否為零則由電場(chǎng)本身決定。初學(xué)容易犯的一個(gè)錯(cuò)誤是把電勢(shì)高低與電場(chǎng)強(qiáng)度大小聯(lián)系起來(lái),誤認(rèn)為電場(chǎng)中某點(diǎn)電勢(shì)高,場(chǎng)強(qiáng)就大;某點(diǎn)電勢(shì)低,場(chǎng)強(qiáng)就小。
方向關(guān)系
①場(chǎng)強(qiáng)方向就是電勢(shì)降低最快的方向。
只有沿場(chǎng)強(qiáng)方向,在單位長(zhǎng)度上的電勢(shì)差最大,也就是說(shuō)電勢(shì)降低最快的方向?yàn)殡妶?chǎng)強(qiáng)度的方向,但是,電勢(shì)降低的方向不一定是場(chǎng)強(qiáng)方向。
②電場(chǎng)線與等勢(shì)面垂直。
判斷高低
已知電流方向,如何判斷電勢(shì)高低,要分外電路和內(nèi)電路。
在外電路:沿著電流的方向,電勢(shì)降低。
在內(nèi)電路:沿著電流的方向,電勢(shì)升高。
是標(biāo)量
電勢(shì)差是標(biāo)量,但有正、負(fù),正、負(fù)只表示哪點(diǎn)電勢(shì)高,哪點(diǎn)電勢(shì)低,在某一電場(chǎng)中如果Uab>0,則Uab=φa-φb>0,即φa>φb,而Uab=φa-φb<0,則表示φa<φb。
電壓大小分類(lèi)
電壓可分為高電壓,低電壓和安全電壓。
高低壓的區(qū)別是:以電氣設(shè)備的對(duì)地的電壓值為依據(jù)的。對(duì)地電壓高于或等于1000伏的為高壓。對(duì)地電壓小于1000伏的為低壓。
其中安全電壓指人體較長(zhǎng)時(shí)間接觸而不致發(fā)生觸電危險(xiǎn)的電壓。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB3805-83》安全電壓規(guī)定了為防止觸電事故而采用的,由特定電源供電的的電壓系列。我國(guó)對(duì)工頻安全電壓規(guī)定了以下五個(gè)等級(jí),即42V、36V、24V、12V和6V。
