8張經典動態圖解析電壓電流的超前與滯后問題-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2019-03-18
電壓是電路中自由電荷定向移動形成電流的原因。
電勢差（電壓差）的定義：
電荷q 在電場中從A點移動到B點，電場力所做的功WAB與電荷量q 的比值，叫做AB兩點間的電勢差（AB兩點間的電勢之差，也稱為電位差），用UAB表示，則有公式：
其中，WAB為電場力所做的功，q為電荷量。
同時也可以利用電勢這樣定義
如果電壓的大小及方向都不隨時間變化，則稱之為穩恒電壓或恒定電壓，簡稱為直流電壓，用大寫字母U表示。如果電壓的大小及方向隨時間變化，則稱為變動電壓。對電路分析來說，一種最為重要的變動電壓是正弦交流電壓(簡稱交流電壓)，其大小及方向均隨時間按正弦規律作周期性變化。交流電壓的瞬時值要用小寫字母u或u(t)表示。在電路中提供電壓的裝置是電源。
單位：
電壓在國際單位制中的主單位是伏特（V），簡稱伏，用符號V表示。
1伏特等于對每1庫侖的電荷做了1焦耳的功，即1 V = 1 J/C。強電壓常用千伏(kV)為單位，弱小電壓的單位可以用毫伏(mV)微伏(μv)。
它們之間的換算關系是：
電流是導體中的自由電荷在電場力的作用下做有規則的定向運動就形成了-電流。
電源的電動勢形成了電壓，繼而產生了電場力，在電場力的作用下，處于電微安(μA)1A=1 000mA=1 000 000μA，電學上規定：正電荷定向流動的方向為電流方向。金屬導體中電流微觀表達式I=nesv,n為單位體積內自由電子數，e為電子的電荷量，s為導體橫截面積，v為電荷速度。
大自然有很多種承載電荷的載子，例如，導電體內可移動的電子、電解液內的離子、等離子體內的電子和離子、強子內的夸克。這些載子的移動，形成了電流。
國際單位制中電流的基本單位是安培。 1安培定義為：在真空中相距為1米的兩根無限長平行直導線，通以相等的恒定電流，當每米導線上所受作用力為2×10-7 N時，各導線上的電流為1安培。
電壓電流的超前與滯后解析，由于Sin[ωt]在求導或積分后會出現Sin[ωt±90°]，所以對于接上了正弦波的電感、電容，橫坐標為ωt時可以觀察到波形超前滯后的現象，直接從靜態的函數圖上看不太容易理解，所以下面的動圖會比較直觀的理解。
下圖是電感的，用紅色表示電壓，藍色表示電流。如果接上理想的直流電壓表、直流電流表，可以觀察到電壓的變化超前于電流，電流的變化滯后于電壓。時間增加時，縱坐標軸及時間原點會隨著波形一起往左移動。
如果把波形畫在矢量圖右方，就是下面這種動畫，但橫坐標右方是過去存在的波形，指向過去，是-ωt。雖然波形反過來了，但電壓的變化仍然超前于電流，電流的變化仍然滯后于電壓。時間原點一直隨著波形往右方移動，函數圖中的縱坐標軸并未與橫坐標交于原點，交點所代表的時間一直在增加。如果不注意，超前滯后的判斷很容易出錯。
理解超前滯后這一概念用相量圖是最好的，從測量數據來觀察或者從靜態波形上觀察都不太直觀而且容易出錯。下圖是電容的。電壓的變化滯后于電流，電流的變化超前于電壓。坐標系右方是未來，左方是過去。
橫坐標是-ωt時，電容的電壓的變化仍然滯后于電流，電流的變化仍然超前于電壓。因為此坐標系左方是未來，而右方是過去。
下圖是電阻的。電壓函數電流函數同相。
下圖是三者串聯的情況，沒畫相量圖和波形圖。但從指針的變化可以判斷：電流相同時，電感和電容的電壓函數反相。
沒畫總電壓，因為總電壓有可能超前于總電流，也有可能滯后于總電流，也有可能兩者同相，同相時為諧振狀態。
以前還做過這種，元件右邊標的是電壓電流的參考方向。用不同的顏色描述電壓的大小，藍色>黃色>紅色；用不同的粗細和箭頭描述電流的大小和方向，而且把電感、電容充能的效果也做進去了，電流最大時電感磁場能最大，電容電場能最小。
但是，就解釋超前滯后這一概念的話，指針表的動畫更直觀。
電壓是產生電流的原因，所以說電壓的作用是產生電流。
電流的作用是將電能轉化為其它能量。如電燈可將電能轉化為光能、熱能；電機可將電能轉化為機械能和熱能等。
電壓高了產生的電流也會增大，電流大了電能轉化為其它能量就會增多。電源的電動勢形成了電壓，繼而產生了電場力，在電場力的作用下，處于電場內的電荷發生定向移動，形成了電流。每秒通過1庫侖的電量稱為1「安培」（A）。安培是國際單位制中所有電性的基本單位。
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