家电维修师傅来分析电压和电流关系

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地球是一个充满活力的地方。物体在移动，化学反应在发生，温度在升高和下降。这种丰富的永续活动与能量的概念息息相关。各种形式的能量——热能、机械能、化学能量等——是一个基本实体的表现形式，当它从一个物体转移到另一个物体时，它会导致物理变化。

电是一种能量形式，由称为电子的带电粒子的存在和运动产生。当电子的积累在两点之间产生电势能的差异时，我们有一个电压（在方程中，电压用V表示）。如果这两点通过导电材料连接，电子自然会从较低的电压移动到较高的电压;这种运动称为电流，用I表示。

电力是一种特别方便和多功能的能源形式，这使它成为无数聪明人手中的强大工具，他们设计了从大型电气设备到微型电子设备的所有东西。令人惊讶的是，从可以通过两根小铜线传输的电能开始的多样化和复杂的功能。

电压和电流比较

         

电子产品中的功率及其计算方式  

在科学背景下，功率是指能量转移的速度。因此，电功率是电能传输的速率。单位是瓦特（W），其中一瓦等于在一秒内传输一焦耳（J）的能量。

在科学背景下，功率是指能量转移的速度。因此，电功率是电能传输的速率。单位是瓦特（W），其中一瓦等于在一秒内传输一焦耳（J）的能量。

'1\W=1\\frac{J}{s}'

以瓦特为单位的电功率等于以伏特为单位的电压乘以以安培为单位的电流。

'\文本{电源}=\文本{电压}\\times\文本{当前}'

单位伏特（V）定义为焦耳/库仑，即它每库仑电荷传输能量（以焦耳为单位）。安培（A）是每秒库仑，即在一秒钟内有多少库仑电荷通过给定点。我们可以使用此信息来确认电力单位与上面给出的公式一致：

'\frac{\text{joules}}{\text{second}}=\frac{\text{joules}}{\text{coulomb}}\times\frac{\text{coulombs}}{\text{second}}'

在等式的右侧，两个“库仑”项抵消，我们只剩下焦耳每秒。

当我们分析电路时，我们通常使用术语“耗散”或“消耗”而不是“传输”来讨论功率。这强调了电源离开电气系统或由电气组件使用的事实。我们不说“转移”，因为一般来说，能量的最终状态或位置并不重要。

例如，如果电阻两端的电压为5V，通过电阻的电流为0.5A，则电阻器将2.5W的功率（作为热量）传输到周围环境。但是，在大多数情况下，我们不打算转移能量。我们只想设计一个功能电路，因此，我们考虑损失（即耗散）或使用（即消耗）的功率。

         

两种常见的电压类型：直流电和交流电  

电能传输有两种常见的方式：直流电和交流电。

直流电（DC）可以以各种方式增加或减少，但相对于平均值，变化的幅度通常很小。然而，直流电最基本的特征如下：它不会定期改变方向。这与交流电（AC）形成鲜明对比，交流电（AC）定期改变方向，并在世界各地用于配电。

术语“DC”和“AC”已成为经常用于描述电压的形容词。起初这可能有点令人困惑：什么是直流电压或交流电压？这不是最好的术语，但它是完全标准的。直流电压是产生或将产生直流电流的电压，而交流电压产生或将产生交流电流，这引入了另一个术语问题。“DC”和“AC”有时与“电流”一词相连，即使这些短语表示“直流电”和“交流电”。最重要的是，“DC”和“AC”不再是“直流电”和“交流电”的完全等价物;直流一般是指不经常改变极性或频率非常低的量，而交流电一般是指在给定系统上下文中以不是“非常低”的频率定期改变极性的量。

现在，我们将重点介绍直流电路。交流电路有点复杂，将在本章后面讨论。

电压符号  

什么是直流电压？  

也许最熟悉的直流电压来源是电池。电池是将化学能转化为电能的装置;它提供的电压不会快速变化或反极性，但随着电池放电，电压会逐渐降低。

直流电压可以使用电压表或（更常见的）称为万用表的多功能设备（缩写为DMM，其中D代表“数字”）进行测量。万用表可以测量电压、电流和电阻等。

电压表提供了确定直流电压确切值的最简单方法，尽管在某些情况下，它无法传达重要信息，因为它无法清楚地显示快速变化。这是当今的一个重要考虑因素，因为许多直流电压是由开关稳压器产生的，导致称为纹波的高频变化。

         

什么是直流电流？  

当两个端子之间存在直流电压并且电线或电阻元件连接到端子时，直流电流将流动。最常见的电阻元件是电阻器;我们将在下一页中了解有关此组件的更多信息。白炽灯泡也是一种电阻元件。

可以使用称为电流表的设备（或万用表的电流表功能）测量电流，但测量电流不如测量电压方便。电压表的探头只需与两个导电表面接触（即，无需修改电路），而电流表的探头必须插入电流路径：

常规电流与电子流  

了解常规电流和电子流之间的区别非常重要。电子带负电荷，因此，它们从较低的电压移动到较高的电压。然而，在图2中，箭头表示电流从电池正极流向负极电池端子，换句话说，从较高电压流向较低电压。

传统电流最初是基于电与带正电粒子运动相关的假设。我们现在知道这是不正确的，但在电路分析的背景下，传统的电流模型并没有不正确。它是完全有效的，因为当持续应用时，它总是产生准确的结果。此外，它的优点是创造了直观的情况，其中电流从较高电压流向较低电压，就像流体从较高压力流向较低压力，水从较高海拔流向较低海拔一样。

在电气工程领域，使用常规电流而不是电子电流来讨论和分析电路。

         

如何测量直流电流  

让我们看一下电池为两个电阻不等的灯泡供电的简单案例。

当电流流过灯泡时，灯丝的电阻会导致与电阻和电流量成正比的电压损失。我们将其称为灯泡两端的电压或灯泡的压降。

我们看到灯泡A两端的电压为2V，灯泡B两端的电压为1V。

接下来，我们将测量电流。

假设我们测量1A。我们现在已经进行了必要的测量，以确定灯泡的功耗。

直流功率计算  

为了计算每个灯泡的功耗，我们将测量值插入上面给出的公式中。

如果我们想知道整个电路的功耗，我们将各个组件的功耗相加：

或者，我们可以将电池提供的电流乘以电池的电压：