工品彙系列小課堂之電工學丨第二講：電路的基本物理量及其單位

電路的基本物理量有電流、電壓、電位和電動勢能。

1. 電流

電路中帶電粒子在電源的作用下有規則的移動，形成電流。雖然我們無法看見電流，但它是客觀存在的物理現象，我們可以透過光效應和熱效應感受到它的存在。

習慣上，規定正電荷的移動方向為電流的實際方向。在電路中，用小寫字母i表示電流，它與電荷量q、時間t的關係為i=dq/dt。

在國際單位制中，電荷量的單位為庫侖（C），電流單位為安培（A），規定1秒內透過某導體截面的電荷量為1庫侖時電流為1安培。常用的電流單位還有千安（kA）、毫安（mA）、微安（μA）等。

如果電流的大小和方向都不隨時間改變，我們稱其為直流電流（簡寫為DC或dc），簡稱直流，用大寫字母I表示。如果用電池供電，電路中的電流就是直流。

如果大小和方向隨時間做週期性變化且平均值為零的電流為交變電流（簡寫AC或ac），簡稱交流，用小寫字母i表示。如圖1。

圖1

在日常生活中，使用比較多的是交流電。有時在一些特殊的電路中，還會出現其他隨時間變化的電流，如矩形波，三角形波，或者按指數增加/衰減等的電流波形。

2.電壓

為了衡量電場力對電荷做功的能力，我們引入電壓這一物理量。

電場力移動單位正電荷由電場中的a點到b點所做的功稱為a、b兩點間的電壓，用Uab表示。電壓也稱電位差或者電勢差，電壓Uab在數值上等於電場力將單位正電荷由點A移動到點B所需要的能量，即Uab =Va -Vb=dw/dq，其中，Va表示a點電位，Vb表示b點的電位。在國際單位制中，電位和電壓的單位為伏特（V）； w表示能量（或電能），單位為焦耳（J）。當電場力把1庫侖的正電荷從一點移到另一點所做的功為1焦耳時，則該兩點間的電壓為1V。常用的電壓單位還有千伏（kV）、毫伏（mV）、微伏（μV）等。

如果電壓的大小和極性都不隨時間改變，稱其為直流電壓（或恆定電壓），通常用大寫字母U表示。大小和極性作週期性變化、且平均值為零的電壓稱其為交變電壓，用小寫字母u表示。如圖2

圖2

3.電動勢

為了維持電路中電流和電壓保持恆定，需要有一種電源力，電源就能產生這種力。通常用電動勢這個物理量來衡量電源對電荷做功的能力。電源的電動勢在數值上等於電源力（非電場力即局外力）把單位正電荷從低電位端經電源內部移動到高電位端所做的功，其數值大小與電源電壓相等。在電源力的作用下，電源不斷把其他形式的能量轉換為電能。

圖3為電源內外電荷移動的示意圖。