电路的基本物理量有哪些(工品汇系列小课堂之电工学丨第二讲：电路的基本物理量及其单位)

电路的基本物理量有电流、电压、电位和电动势能。

电路中带电粒子在电源的作用下有规则的移动，形成电流。虽然我们无法看见电流，但它是客观存在的物理现象，我们可以通过光效应和热效应感受到它的存在。

习惯上，规定正电荷的移动方向为电流的实际方向。在电路中，用小写字母i表示电流，它与电荷量q、时间t的关系为i=dq/dt。

在国际单位制中，电荷量的单位为库仑（C），电流单位为安培（A），规定1秒内通过某导体截面的电荷量为1库仑时电流为1安培。常用的电流单位还有千安（kA）、毫安（mA）、微安（μA）等。

如果电流的大小和方向都不随时间改变，我们称其为直流电流（简写为DC或dc），简称直流，用大写字母I表示。如果用电池供电，电路中的电流就是直流。

如果大小和方向随时间做周期性变化且平均值为零的电流为交变电流（简写AC或ac），简称交流，用小写字母i表示。如图1。

图1

在日常生活中，使用比较多的是交流电。有时在一些特殊的电路中，还会出现其他随时间变化的电流，如矩形波，三角形波，或者按指数增加/衰减等的电流波形。

为了衡量电场力对电荷做功的能力，我们引入电压这一物理量。

电场力移动单位正电荷由电场中的a点到b点所做的功称为a、b两点间的电压，用Uab表示。电压也称电位差或者电势差，电压Uab在数值上等于电场力将单位正电荷由点A移动到点B所需要的能量，即Uab =Va -Vb=dw/dq，其中，Va表示a点电位，Vb表示b点的电位。在国际单位制中，电位和电压的单位为伏特（V）; w表示能量（或电能），单位为焦耳（J）。当电场力把1库仑的正电荷从一点移到另一点所做的功为1焦耳时，则该两点间的电压为1V。常用的电压单位还有千伏（kV）、毫伏（mV）、微伏（μV）等。

如果电压的大小和极性都不随时间改变，称其为直流电压（或恒定电压），通常用大写字母U表示。大小和极性作周期性变化、且平均值为零的电压称其为交变电压，用小写字母u表示。如图2

图2

为了维持电路中电流和电压保持恒定，需要有一种电源力，电源就能产生这种力。通常用电动势这个物理量来衡量电源对电荷做功的能力。电源的电动势在数值上等于电源力（非电场力即局外力）把单位正电荷从低电位端经电源内部移动到高电位端所做的功，其数值大小与电源电压相等。在电源力的作用下，电源不断把其他形式的能量转换为电能。

图3为电源内外电荷移动的示意图。

图3

电位在物理学中称为电势，它是一个相对物理量，即某点电位的大小和极性是相对于参考点而言的。

在分析电路时，除了经常计算电路中的电压外，也会涉及到电位的计算，特别是在电子电路中，通常用电位的高低判断元件的工作状态。

如当二极管的阳极电位高于阴极电位时，二极管才能导通；判断电路中，一个三极管是否具有电流放大作用，也需要比较各管脚电位的高低。如图4。

图4

计算电路中各点电位时，通常选取电路的某一点作为电位的参考点，并用“接地”符号⊥表示。在工程中，常选用与大地相连的部件如电机的机壳等；电子电路中，常选许多元件的公共连接点作为接地点。一般假设参考点的电位为零，任一点的电位就等于该点与参考点之间的电压。

我们认为大地的电位为零，就是因为大地容纳电荷的能力极强，其电位不会因局部电荷量的变化而受到影响，因此电位是稳定的。

下面我们以简单的电路为例，讨论电路中各点的电位大小和极性。

若c点为参考点，即Vc=0，

根据公式Uac =Va -Vc 显然Va =10V

则电路中的电流I=U/R=10/(6+4)=1A

则Vb=UbC=RbC*I=4*1V=4V

若a点为参考点，则Va=0，则Vc=-10V

由公式Uab =Va -Vb Uab=I*R 可得

Vb=Va-Uab=0-6*1V=-6V

无论参考点是设在a点还是c点，Uab=6*1V=6V， Ubc=4V

由以上计算可知，参考点选的不同，电路中各点的电位也不同，但任意两点间的电压是不变的。

在学习了电位的概念以后，在电子电路中，通常将电路中的理想电源符号省去，用电位值标出，如图（a）可以简化为图（b）。

这么做可以使电路简单明了，特别是在电路元件较多的时候。