电流和电压的参考方向

1、电流的参考方向

我们习惯上规定正电荷运动的方向或负电荷运动的相反方向为电流的实际方向。电流的实际方向是客观存在的。但在分析较为复杂的直流电路时，往往难于事先判断某支路中电流的实际方向；而对交流来讲，其实际方向随时间而变，在电路图上也无法用一个箭标来表示它的实际方向。为此，在分析与计算电路时，常可任意选定某一方向作为电流的参考方向。所选的电流的参考方向并不一定与电流的实际方向一致。当电流的实际方向与其参考方向一致时，则电流为正值，如图1(a)；反之，当电流的实际方向与其参考方向相反时，则电流为负值，如图1(b)。因此，在参考方向选定之后，电流之值才有正负之分。电流的参考方向也可用双下标表示，如I_ab表示参考方向由A到B。

2、电压的参考方向

电压和电动势都是标量，但在分析电路时，和电流一样，也认为它们具有方向。电压的方向规定为由高电位（“+”极性）端指向低电位（“－”极性）端，即为电位降低的方向。电源电动势的方向规定为在电源内部由低电位（“－”极性）端指向高电位（“+”极性）端，即为电位升高的方向。

指定电压的参考方向后，电压就是一个代数量，如图2所示，当电压的实际方向与其参考方向一致时，则电压为正值，如图2(a)；反之，当电压的实际方向与其参考方向相反时，则电压为负值，如图2(b)。

电压的参考方向除用极性“+”、“－”表示外，也可用双下标表示。例如a，b两点间的电压U_ab，它的参考方向是由a指向b，也就是说a点的参考极性为“+”，b点的参考极性为“－”。如果参考方向选为由b指向a，则为U_ba，U_ab=-U_ba。

3、关联参考方向

―个元件的电流或电压的参考方向可以独立地任意指定。如果指定流过元件的电流的参考方向是从标以电压正极性的一端指向负极性的一端，即两者的参考方向一致，则把电流和电压的这种参考方向称为关联参考方向，如图3(a)所示；当两者不一致时，称为非关联参考方向，如图3(b)所示。

注意：

① 分析电路前必须选定电压和电流的参考方向；

② 参考方向一经选定，必须在图中相应位置标注（包括方向和符号），在计算过程中不得任意改变；

③ 参考方向不同时，其表达式相差一负号，但电压、电流的实际方向不变。

4、欧姆定律

通常流过电阻R的电流I与电阻两端的电压U成正比，这就是欧姆定律。应用欧姆定律列式子时，要根据电路图中所选电压和电流的参考方向。当两者的参考方向一致时，

U=RI  (1)

当两者的参考方向不一致时，

U=-RI  (2)

注意，除式子中有正负号外，电压和电流本身也有正值和负值之分。即是说，一个式子中有两套正负号。

电压和电动势都是标量，但在分析电路时，和电流一样，也认为它们具有方向。电压的方向规定为由高电位（“+”极性）端指向低电位（“－”极性）端，即为电位降低的方向。电源电动势的方向规定为在电源内部由低电位（“－”极性）端指向高电位（“+”极性）端，即为电位升高的方向。

指定电压的参考方向后，电压就是一个代数量，如图1.4所示，当电压的实际方向与其参考方向一致时，则电压为正值，如图1.4(a)；反之，当电压的实际方向与其参考方向相反时，则电压为负值，如图1.4(b)。

电压的参考方向除用极性“+”、“－”表示外，也可用双下标表示。例如a，b两点间的电压U_ab，它的参考方向是由a指向b，也就是说a点的参考极性为“+”，b点的参考极性为“－”。如果参考方向选为由b指向a，则为U_ba，U_ab=-U_ba。

3、关联参考方向

―个元件的电流或电压的参考方向可以独立地任意指定。如果指定流过元件的电流的参考方向是从标以电压正极性的一端指向负极性的一端，即两者的参考方向一致，则把电流和电压的这种参考方向称为关联参考方向，如图1-5(a)所示；当两者不一致时，称为非关联参考方向，如图1-5(b)所示。

注意：

① 分析电路前必须选定电压和电流的参考方向；

② 参考方向一经选定，必须在图中相应位置标注（包括方向和符号），在计算过程中不得任意改变；

③ 参考方向不同时，其表达式相差一负号，但电压、电流的实际方向不变。

4、欧姆定律

通常流过电阻R的电流I与电阻两端的电压U成正比，这就是欧姆定律。应用欧姆定律列式子时，要根据电路图中所选电压和电流的参考方向。当两者的参考方向一致时，

U=RI  (1.1)

当两者的参考方向不一致时，

U=-RI  (1.2)

注意，除式子中有正负号外，电压和电流本身也有正值和负值之分。即是说，一个式子中有两套正负号。

四、电功率和能量

在电路的分析和计算中，能量和功率的计算是十分重要的。这是因为电路在工作状况下总伴随有电能与其他形式能量的相互交换；另一方面，电气设备、电路部件本身都有功率的限制，在使用时要注意其电流值或电压值是否超过额定值，过载会使设备或部件损坏，或是不能正常工作。

如果在dt时间内，有dq电荷自元件上电压的“+”极经历电压到达电压的“－”极。根据电压的定义（A、B两点的电压等于电场力将单位正电荷自A点移动至B点时所作的功），电场力所作功，也即元件吸收的能量为，现在假设电流i与电压u成关联方向，由i的定义i=dq/dt，有dw=uidt，功率是能量的导数，故元件吸收的功率为，

   (1.3)

由于i、u都是代数量，因此，功率p和吸收的能量W也都是代数量，当p>0，W>0，元件确实吸收功率；当p<0，W<0，元件实际释放电能或发出功率。

在指定电压和电流的参考方向后，应用式(1.3)求功率p时应当注意：当电压和电流的参考方向为关联参考方向时，乘积“ui”表示元件吸收的功率；当p为正值时，表示该元件确实吸收功率。如果电压和电流的参考方向为非关联参考方向时，乘积“ui”表示元件发出的功率，此时，当p为正值时，该元件确实发出功率。一个元件若吸收功率100W，也可以认为它发出功率－100W，同理，一个元件若发出功率100W，也可认为它吸收功率－100W。这两种说法是一致的。

注意：