电压(),又称电势差或电位差,是衡量静电场中单位电荷因电势不同而产生的能量差的物理量。 它的大小等于单位正电荷由于电场力从A点移动到B点所做的功。 电压的方向定义为从高电位到低电位的方向。 电压的国际单位是伏特(V,简称伏特)。 常用的单位有毫伏(mV)、微伏(μV)、千伏(kV)等。
“电压”这个词一般只用在电路中,而“电势差”和“电势差”一般用在所有的电现象中。 换句话说,这个词是专门为了避免混淆。
直流电压和交流电压
如果电压的大小和方向不随时间变化,则称为稳态电压或恒定电压,简称直流电压,用大写字母U表示。
如果电压的大小和方向随时间变化,则称为变电压。
对于电路分析来说,最重要的变化电压之一是正弦交流电压(简称AC电压),其大小和方向按照正弦规律随时间周期性变化。 交流电压的瞬时值用小写字母u或u(t)表示。 在电路中提供电压的装置是电源(电压源)。
由于这两种电压的存在,所以有几种不同的名称,不同的名称也代表着不同的含义。 那么我们分两个方面来讨论:
直流电压:根据定义,直流电压的大小和方向不随时间变化,因此不存在瞬时值的概念,在动作时间内各处电压值相等。 或者可以说,存在一个瞬时值,但处处相等。 无需讨论瞬时值的概念。 同时,没有最大值和平均值,有效值讨论没有意义,所以我们只讨论交流电。
交流电流瞬时值、最大值、有效值、平均值
交流电的大小和方向随时间周期性变化,因此要准确描述交流电的影响交变电流的产生和描述,需要用到“最大值、有效值、瞬时值、平均值”等四个物理量。 交流电的“最大值、有效值、瞬时值、平均值”常被称为交流电的“四值”。 这四个相似但不同的物理量很容易造成混淆。 了解“四个价值观”对于学习交流电有很大帮助。
1、瞬时值:某一时刻的交流电流、电压、电动势所对应的值称为它们的瞬时值。 瞬时值随时间变化。 不同时刻,瞬时值的大小和方向是不同的。 交流电的瞬时值取决于其周期、幅度和初始相位。 以正弦交流电为例(从中性面开始计时)。 那么有: 其瞬时值为:
2、最大值:交流电的最大值是指交流电在一个周期内所能达到的最大值。 它可以用来指示交流电流的强度或电压的高低。 以正弦交流电为例。 然后还有:
3、有效值:交流电的有效值是根据电流的热效应来定义的。 让交流电和直流电分别流过阻值相同的电阻。 如果同一时间内产生的热量相等,则该直流电的值称为该交流电的有效值。
有效价值存在的意义是什么? 我们都知道我们用电压表来读取,但是我们读取到的数字正是电压的有效值。 也就是说,根据有效值的定义,我们可以这样理解:即交流电压的有效值可以“映射”为直流电压来表示。 由于交流电压时刻动态变化,为了便于交流电流的测量和计算,必须从交流电流产生的影响来指定交流电压。 产生的效果被映射到直流电压和交流电流的大小上,即有效值。
证明:
交流电的有效值是根据其热效应来确定的。 交流电i在一个周期内通过电阻R产生的热量与直流电I在同一时间内通过同一电阻R产生的热量相等。 那么直流电流I的值就称为交流电流i的有效值,字母大写。 表示,如I、U等。直流电流在一个周期内流过电阻R产生的热量为:
当交流电通过相同电阻R时,一周内产生的热量为:
根据定义,这两个电流产生的热量应该相等,即
将上式代入 ω 可得:
这个证明方法我们在高中就已经学过。
4、平均值:交流电的平均值是指在一定时间内产生的交流电与时间的平均值。 对于某一段时间或某一过程交变电流的产生和描述,其平均感应电动势为:
正弦交流电“四值”之间的关系
1、正弦交流电有效值与最大值的关系:
(注:IU为电流、电压有效值,Im Um为电流、电压最大值)
2、正弦交流电的平均值、最大值和有效值的关系:
信号峰峰值
峰峰值是指一段时间内信号的最高值与最低值之差,即最大值与最小值之间的范围。 它描述了信号值的变化范围,通常用电压表示。
(图片来自百度百科)
信号峰值
峰值是指一段时间内信号的最高值或最低值与平均值之差。 一般来说,峰值仅针对上下对称的信号定义。 如您所见,峰值等于峰值的一半。
有效值/均方根值Vrms()是指对一个周期内的信号进行平方积分,然后求平方根平均值。
有效值的含义是:一个周期所做的功量等于等于该值的直流电压所做的功量。
对于正弦信号,峰值是有效值的√2倍,即最大值。
信号的峰谷值
峰谷值一般指峰谷值,是指定时间范围内峰值与谷值的差值。
信号谷
在指定的时间范围内,时间变量的最小值。
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