§4-5電源及電動(dòng)勢(shì)_第1頁(yè)
§4-5電源及電動(dòng)勢(shì)_第2頁(yè)
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1、§4-5 電源及電動(dòng)勢(shì)一、電源因?yàn)閮H有靜電場(chǎng)不能維持導(dǎo)體中的穩(wěn)恒電流。 要維持穩(wěn)恒電 流,必須有其它形式的作功,將其它形式的能量補(bǔ)充給電荷,使電荷 能夠逆著電場(chǎng)力的方向返回到電位能較高的原來位置, 從而維持電流 線的閉合性,保持導(dǎo)體兩端的電位差不變。1、 電源及其作用但凡能將其它形式的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽?提供非靜電力的裝置 稱為電源。電源的作用類似于水泵 克服重力將水從低處打到高處從力的觀點(diǎn)來看,電源 的作用是 克服靜電力把正電荷從負(fù)極移動(dòng)到正極。 從能量觀點(diǎn)來看, 克服靜電 力作功所消耗的能量是電源供應(yīng)的, 所以電源是一種能量, 它把其它 形式的能量轉(zhuǎn)化為靜電能。 電源的種類很多,在

2、不同的電源中,把不同形式的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?如干電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?,發(fā)電機(jī)是把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?、電源的工作原理電源都有兩個(gè)電極,電位高的叫正極,電位低的叫負(fù)極。非 靜電力由負(fù)極指向正極。 在外電路, 正電荷在靜電力作用下由正極移 動(dòng)到負(fù)極形成電流;在內(nèi)電路, 正電荷在非靜電力作用從負(fù)極移 動(dòng)到正極形成電流,使電荷沿閉合回路流動(dòng),形成穩(wěn)定的電流。二、電動(dòng)勢(shì)不同的電源,把一定數(shù)量的正電荷從電源的負(fù)極移動(dòng)到正 極,非靜電力所作的功不同。 為定量描述電源內(nèi)部非靜電力作功的本 領(lǐng),引入電動(dòng)勢(shì)這個(gè)物理量。1、電動(dòng)勢(shì)的定義電源電動(dòng)勢(shì)的定義是: 把單位正電荷從電源的負(fù)極移動(dòng)到正極時(shí),非靜電力所作的功

3、。 如果用表示電動(dòng)勢(shì),表示非靜電力把正電荷所作的功,那么從電源的負(fù)極移動(dòng)到正極時(shí)因?yàn)樗赃@是電源電動(dòng)勢(shì)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。 對(duì)于電池電源, 非靜電力集中在電源內(nèi)部,在外部電路中沒有非靜電力。而對(duì)于某些電源如溫差電源來說,非靜電力分布在整個(gè)電路中,因此電動(dòng)勢(shì)更普遍的定義應(yīng)是即把單位正電荷繞導(dǎo)體閉合回路一周, 非靜電力所作的功。 電源內(nèi)部 也有電阻,叫做電源的內(nèi)阻,用 r 表示。2、電動(dòng)勢(shì)的方向電動(dòng)勢(shì)是標(biāo)量,但它和電流一樣有方向,可正可負(fù)。在電源內(nèi)部,通常把從負(fù)極低電位處指向正極高電位處的方向規(guī)定為電動(dòng)勢(shì)的正方向,即電動(dòng)勢(shì)的真實(shí)方向假設(shè)電源兩端電壓方向與電動(dòng)勢(shì)方向相反,那么方向與右電源兩端電壓電動(dòng)勢(shì)方向

4、相同,那么§4-6 閉合電路的歐姆定律在如下圖的閉合電路中,為外電路的負(fù)載電阻,源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。當(dāng)電路中通有穩(wěn)恒電流分別為電時(shí),在閉合電路任一截面的電量為所作的功為時(shí)間內(nèi),通過此那么電源非靜電力這局部功轉(zhuǎn)化為電能。與此同時(shí),內(nèi)、外電路放出的焦耳熱為能量轉(zhuǎn)化與守恒定律,得,根據(jù)閉合電路的歐姆定律上式稱為閉合電路的歐姆定律。電源正、負(fù)極之間的電壓稱為電源的路端電壓,因?yàn)?,所以這是電源放電情況。假設(shè)電源充電,電源的路端電壓從上述可知,放電時(shí)路端電壓小 于電動(dòng)勢(shì); 充電時(shí)路端電壓大于電動(dòng)勢(shì); 電動(dòng)勢(shì)與路端電壓之差對(duì)于 內(nèi)阻的電位差。二、應(yīng)用中的注意點(diǎn)1、對(duì)于一定的電源,電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻是一定的

5、,路端電壓隨電流的減小而增大。假設(shè)外電路開路斷路,,那么開路電壓;假設(shè)外電路短路,有,那么短路電流,那么2、假設(shè)電源內(nèi)阻,即電壓是恒定的,這樣的電源稱為理想電源又稱恒壓源。實(shí)際電源的內(nèi)阻,可等效為一個(gè)電動(dòng)勢(shì)為的理想電源和一個(gè)阻值為的電阻串聯(lián)組成。§4-7 一段含源電路的歐姆定律一、一段含源電路的歐姆定律 所謂一段含源電路是指這段電路中包含有電源。 找出這段電路兩端的電壓與電源電動(dòng)勢(shì)、 電阻和電流之間的關(guān)系, 就是一段含源 電路歐姆定律所要解決的問題。根據(jù)歐姆定律的微分形式兩邊積分,得積分,得所以上式稱為含源支路的歐姆定律。要注意電壓符號(hào)下標(biāo)的順序,如表示表示假設(shè)該段電路由多個(gè)電源和電

6、阻組成,那么兩點(diǎn)間的電壓可寫成上式即為一段含源電路的歐姆定律。它說明,兩點(diǎn)間電壓等于這兩點(diǎn)間電路 的各電源和各電阻含電源內(nèi)阻上所有電壓的代數(shù)和。二、應(yīng)用定律時(shí)的注意問題1、先根據(jù)題意在電路圖中標(biāo)出電壓的方向。假設(shè)電動(dòng)勢(shì)方向與方向相同,為負(fù);假設(shè)電動(dòng)勢(shì)方向與方向相反,為正。假設(shè)電流方向與方向相同,為正;假設(shè)電流方向與方向相反,為負(fù)2、在計(jì)算中,假設(shè)求得電流為正,表示電流的實(shí)際方向與假 定的正方向相同; 假設(shè)求得電流為負(fù), 表示電流的實(shí)際方向與假定的正 方向相反。§4-8 基爾霍夫定律穩(wěn)恒電路一般是由電源和電阻元件組成。 運(yùn)用歐姆定律和電阻的串并 聯(lián)公式可以處理簡(jiǎn)單的電路問題。 但實(shí)際中

7、遇到的電路往往比單純的 電阻串、 并聯(lián)和簡(jiǎn)單的閉合電路復(fù)雜得多。 對(duì)于由多個(gè)電源和多個(gè)電 阻組成的復(fù)雜電路,需要用基爾霍夫定律來分析和計(jì)算。一、電路的的幾個(gè)根本概念1、支路 - 電路中一段無分支、且電流相等的電路。2、節(jié)點(diǎn) - 電路中三條或三條以上支路的聯(lián)結(jié)點(diǎn)。3、回路 - 電路中的任意一個(gè)閉合路徑叫回路。4、網(wǎng)孔 - 電路中不含有支路的回路,即單孔回路叫網(wǎng)孔二、基爾霍夫定律1、第一定律 - 電流定律 KCL基爾霍夫第一定律理論根底是電荷守恒定律和電流的穩(wěn)恒 條件。如果在直流電路中的任一節(jié)點(diǎn)處取一閉合面, 在該節(jié)點(diǎn)處不可 能有積累電荷, 單位時(shí)間內(nèi)流進(jìn)的電量必等于流出的電量, 即流入節(jié) 點(diǎn)的電

8、流等于流出節(jié)點(diǎn)的電流。規(guī)定:流出節(jié)點(diǎn)的電流為正,流入節(jié)點(diǎn)的電流為負(fù)。對(duì)于任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)上式稱為基爾霍夫第一定律,也叫電流定律KCL。它說明,聚集 于任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)電流的代數(shù)和等于零。在實(shí)際運(yùn)用中,任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)的電流方程也可以用來表示。根據(jù) KCL ,每一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以列出一個(gè)電流方程,但不是所 有方程都是獨(dú)立的。如果電路共有 n 個(gè)節(jié)點(diǎn),那么只能列出 n -1 個(gè) 獨(dú)立方程。2、第二定律 - 電壓定律 KVL基爾霍夫第二定律說明的是電路中任一回路上的電動(dòng)勢(shì)和 電阻上的電壓電位差之間的關(guān)系。 從回路中任一點(diǎn)出發(fā)繞行一 周回到出發(fā)點(diǎn),電位不變, 電位差為零。在閉合回路繞行一周的過程 中,電壓有升有降,規(guī)定

9、電壓降為正,電壓升為負(fù),電路各段電壓升 降的代數(shù)和等于零。用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示為這就是基爾霍夫第二定律,也叫電壓定律KVL。將上式改寫為這是基爾霍夫第二定律的通用表達(dá)式。 它說明, 沿任意閉合回路繞行和。規(guī)定:假設(shè)一周,電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和等于各個(gè)電阻含電源內(nèi)阻上電壓降的代數(shù)方向與回路繞行方方向與回路繞向一致為正值,假設(shè) 行方向相反為負(fù)值。三、基爾霍夫定律的應(yīng)用例題 1 復(fù)雜電路如下圖,V,求:1各支路電流;2兩點(diǎn)間的電壓; 3兩電源輸出功率和電阻消耗的功率解: 1設(shè)各支路電流為,方向如下圖。由KCL得節(jié)點(diǎn) A 電流方程為設(shè)兩個(gè)網(wǎng)孔的繞行方向均為逆時(shí)針方向,由KVL得兩網(wǎng)孔電壓方程為代入電動(dòng)勢(shì)和電阻的數(shù)值,得解方程,得2)兩點(diǎn)間的電壓為3電源的輸出功率電源的輸出功率說明電源而是從外部實(shí)際不是輸岀功率,輸入功率,電源處于充電狀態(tài)。電阻消耗的功率局部輸入電源從以上計(jì)算可知,電源輸出的功率,一局部在消耗電阻上,為之充電。電動(dòng)勢(shì)不相等的電源 并聯(lián)供電出現(xiàn)的這種情況,應(yīng)盡量防止。四、應(yīng)用基爾霍夫定律解題步驟1、假設(shè)各支路電流正方向及回路的繞行方向。2、應(yīng)用 KCL 列出節(jié)點(diǎn)的電流方程。對(duì)于有 n 個(gè)節(jié)點(diǎn)的電路,只能 選取 n-1 個(gè)節(jié)點(diǎn)列方程。

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