一、電流及電流的參考方向
電荷有規則的定向移動形成傳導電流。我們把每單位時間內通過導體橫截面的電量定義為電流強度,用以衡量電流的強弱。電流強度常簡稱為電流,用符號i(t)表示,習慣上常規定正電荷運動的方向為電流方向(即電流的實際方向)。
如果電流的大小恒定和方向不變,稱為恒定電流,或直流電流(DC),用I表示。如果電流的大小和方向均隨時間變化,稱為交流電流(AC),用i表示。
在國際單位制中,電流的單位為安培(中文代號為安,國際代號為A)。表示微小電流時以毫安(mA,10-3),微安(μA,10-6)為單位。
電路理論中規定正電荷運動的方向為電流的實際方向,但實際問題中電流的真實方向有時難以判定。對交流電路,電流的實際方向還隨時間在變化。這時可引進正方向(參考方向)這一概念。電流參考方向可以任意選定,電路圖中用箭頭表示。我們規定:如果電流的實際方向與參考方向一致,電流取正值;如果兩者相反,電流取負值。在分析電路時,可以任意假定電流的參考方向,并以此為準去進行分析、計算,從求得答案的正、負值來確定電流的實際方向。顯然,在未假定參考方向的情況下 ,電流的正負是無任何實際意義的。對直流電路,電路結構和參數一旦確定,電流的實際方向就確定,不受參考方向的影響。
今后,電路圖中所標的電流方向箭頭都是參考方向,不一定就是電流的實際方向。在任一時刻從任一元件一端流入的電流等于從它另一端流出的電流,流經元件的電流是一個可確定的量。具體使用中要結合電流的參考方向和具體數值,判斷某一支路上電流的大小和方向。
二、電壓及電壓參考方向
為分析方便,電路理論中引入“電壓”這一物理量(也稱“電位差”)用u表示。電路中的a、b兩點間的電壓,表明了單位正電荷由a點轉移到b點時電場力所做的功,即其中dq為由a點轉移到b點的電量,單位為庫侖(C);dW為轉移過程中,電荷dq電場力所做的功(所獲得或失去的能量),單位為焦耳(J)。電壓的單位為伏特(V)。
如果電壓的大小和極性都不隨時間而變化,這樣的電壓稱為恒定電壓或直流電壓,用U表示。如果電壓的大小和極性都隨時間變化,則稱其為交變電壓或交流電壓,用u表示。
對于電壓,須規定參考方向(參考極性)。電壓的參考極性有別于電流參考方向的表示,在元件的兩端用“+”、“ -”符號表示。通常“+”表示高電位端,“-”表示低電位端。或用雙下標,如Uab 表示a、b兩點間的電壓。電路中元件電壓參考極性也可以任意選定,把計算所得電壓的正值或負值與圖中的參考極性結合,才能判定元件電壓的實際方向。
三、電動勢及其參考方向
在前述的手電筒電路中,干電池要向電路中的用電器件提供能量,它所提供的電能實質是由其內部的化學能轉換而來的。在化學能的作用下把正電荷從負極經電源內部搬回到正極,使電路中的電流能周而復始地流動。
電動勢為單位正電荷從負極經電源內部轉移到正極非電場力所做的功。實質上電路中的電動勢概念與電壓密切相關,如設某一元件的電壓降為u,元件的電動勢為e,則u= -e。電動勢的參考方向規定為由負極經電源內部指向正極,其單位與電壓相同。
綜上所述,在分析電路時,我們要為元件的電流假設參考方向,也要為元件的端電壓假設參考極性,這兩者彼此本可相互獨立無關地設定。但為了方便和統一,我們常把元件的電壓參考極性和流過元件的電流參考方向設為關聯方向,即電流參考方向與電壓參考“+”極到“-”極的方向一致,電流方向與電壓降方向一致。這樣,在電路圖中就只需標出電流參考方向或電壓參考極性即可。
當電流、電壓的真實方向難以判定時,應選定電路中的電流、電壓的參考方向,參考方向是分析電路的重要工具,使用時應注意:
(1)參考方向一旦選定,電流、電壓均為代數量,解題時要把待求量的參考方向在電路中標出,否則計算結果無意義。
(2)在單獨分析電流之間或電壓之間的關系時,參考方向可以任意選定;而在分析某元件的電壓與電流關系時,應考慮參考方向關聯問題。
(3)許多公式和定律 、定理(如歐姆定律)是在規定的參考方向下得到的,當參考方向改變時,公式應作相應調整。(資料轉載于互聯網,僅作閱讀參考,不做它用!)



