大學(xué)物理4直流電

穩(wěn)恒電流:若導(dǎo)體中通過任一截面的電流其大小和方向均不隨時間而改變,這種電流稱為穩(wěn)恒電流.電流:電荷在電場力的作用下發(fā)生定向運動,就形成電流.第1頁/共42頁4.1電路的基本物理量電路的物理量電流電壓電動勢電池燈泡EIRU+_電源負載返回目錄第2頁/共42頁一.電流強度2電流強度定義為單位時間內(nèi)流過導(dǎo)體截面的電量。方向為正載流子流動的方向，單位為安培（A）。標量：1.電流強度:用來描述電流強弱的物理量.3.習(xí)慣上規(guī)定,正電荷運動的方向為電流的方向,在外電場的作用下,正電荷將順著電場方向運動,而負電荷則逆著電場方向移動,所以電流的方向總是和第3頁/共42頁二.電流的參考方向1.在電路分析中,當涉及某個元件或部分電路的電流時,有必要指定電流的參考方向.這是因為電流的實際方向可能是未知的,也可能是隨時間變動的.2.在分析計算電路時,可任意選定選定某一方向作為電流的正方向,用箭標表示在電路圖上.場的方向一致.第4頁/共42頁+-RR+-參考方向?qū)嶋H方向參考方向?qū)嶋H方向4.這樣,在指定的電流參考方向下,電流值的正負就可以反映出電流的實際方向.3我們所選擇的電流正方向(參考方向)不一定與電流的實際方向相一致;如果電流的實際方向與正方向一致,則電流為正值,如果電流的實際方向與正方向相反,則電流為負值.第5頁/共42頁abI二.電壓與電動勢1.為了衡量電場力對電荷做功的能力,引入電壓這一物理量,電場力將單位正電荷從a點經(jīng)過電燈到達b點做的功，叫做a，b兩點間的電壓Ｕab第6頁/共42頁2.電動勢:把單位正電荷經(jīng)電源內(nèi)部由負極移向正極過程中,非靜電力所作的功.由于非靜電力只存在于電源中所以電動勢還可寫為L應(yīng)是包括電源的任意回路第7頁/共42頁物理量的實際正方向返回目錄第8頁/共42頁一電阻率電阻率一段電路的歐姆定律電阻定律電導(dǎo)率電阻的溫度系數(shù)

電阻率（電導(dǎo)率）不但與材料的種類有關(guān)，而且還和溫度有關(guān).一般金屬在溫度不太低時電阻率第9頁/共42頁復(fù)習(xí):1.串聯(lián)電路電阻,電流和電壓的特征?2.并聯(lián)電路電阻,電流和電壓的特征?第10頁/共42頁一惠斯登電橋GBACKI1I5I3I2I4EORXR0R1R2第11頁/共42頁4.2基爾霍夫定律一.復(fù)雜電路:運用電阻串并聯(lián)的方法不能將電路簡化成一個單回路電路,這種電路稱為復(fù)雜電路.二.復(fù)雜電路中的幾個概念1.支路:由一個或幾個元件首尾相接構(gòu)成的無分支電路.在同一支路中,流過所有元件的電流相等.例如圖5-3中,共存在三條支路,其中r1和E1構(gòu)成一條支路；r2和E2構(gòu)成一條支路，Ｒ是另一條支路第12頁/共42頁E1E2Cr1BFRr2I2I1I2結(jié)點：電路中三條或三條以上的支路相連接的點，稱為結(jié)點．在圖５－３所示的電路中共有兩個節(jié)點：Ａ和Ｂ回路：由一條或多條支路構(gòu)成的閉合電路圖５－３中共有ＡＤＢＣＡ，ＡＦＢＤＡ，ＡＦＢＣＡ三個回路AD第13頁/共42頁１２３４５６ＡＢＣＤ右圖為一個６個元件相互連接而成的電路，此電路共有４個節(jié)點和６條支路第14頁/共42頁電路中的各個支路的電流和支路的電壓受到兩類約束，一類是元件特性造成的約束,例如：１線性電阻元件的電壓和電流必須滿足u=Ri的關(guān)系．這種關(guān)系稱為元件的組成關(guān)系或電流電壓關(guān)系．２另一類是元件的相互連接給支路電流之間和電壓之間帶來的約束關(guān)系，有時稱為拓撲約束，這類約束由基爾霍夫定律體現(xiàn)．二基爾霍夫電流定律基爾霍夫定律闡明的是電路中任一節(jié)點處各電流之間的關(guān)系，又稱節(jié)點電流定律或基爾霍夫第一定律第15頁/共42頁(一)基爾霍夫電流定律對任何節(jié)點，在任一瞬間，流入節(jié)點的電流等于由節(jié)點流出的電流?；蛘哒f，在任一瞬間，一個節(jié)點上電流的代數(shù)和為0。

即：

I=0基爾霍夫電流定律的依據(jù)：電流的連續(xù)性。例I1I2I3I4或：第16頁/共42頁幾個需要注意的問題：１節(jié)點電流定律對電路中每個節(jié)點都適用，２如果電路中有m個節(jié)點，即可得到m個方程，但其中只有m－１個方程是獨立的３在電路中，電流的方向往往難以判斷，因此在列方程時，可以任意假定電流Ｉ的正方向，當計算結(jié)果Ｉ＞０時，表示電流的方向和假定的正方向一致，反之，電流Ｉ＜０時，則表示電流的方向與假定的正方向相反．４基爾霍夫定律可以推廣應(yīng)用與假定的封閉面第17頁/共42頁例:如右圖所示電路,其電流的參考方向如圖(1)問:該電路有幾個節(jié)點,幾條支路和幾條回路?(2)對各個節(jié)點列出其電流方程?145623i6i1i7i2i3i8i4i5第18頁/共42頁1.共有四個節(jié)點,分別是1,2,3,和52共有6條支路3電流方程i1+i4-i6=0-i2-i4+i5=0i3-i5+i6=0i1-i2+i3=0第19頁/共42頁三基爾霍夫電壓定律1基爾霍夫電壓定律闡明的是電路任一回路上各部分電勢差的關(guān)系,又叫基爾霍夫第二定律.2.基爾霍夫電壓定律:沿回路繞行一周時,各電源與電阻上電勢降的代數(shù)和為零.寫成一般形式為3注意的幾個問題第20頁/共42頁(1)在使用基爾霍夫定律時,要先選定回路的繞行方向(2)在回路的繞行方向上,電勢降取正值,電勢升取負值(3)雖然每一個回路都可以按照基爾霍夫第二定律列出回路電壓方程,但并非每一個方程都是獨立的,對于一個復(fù)雜電路有m個回路,則只有m-1個方程是獨立的第21頁/共42頁E1E2Cr1BFRr2I2I1I3例5.1有兩支蓄電池,電動勢E1=2.14伏,E2=1.9V,內(nèi)阻r1=0.1問(1)通過負載電阻及各電源的電流是多少?根據(jù)題意:設(shè)I1,I2和I3分別為通過蓄電池和負載電阻的電流,并假定電流的方向如圖所示.根據(jù)基爾霍夫第一定律r2=0.2負載電R=2若按右圖連接,兩蓄電池的輸出功率是多少?AD第22頁/共42頁可列出節(jié)點A的電流方程:又根據(jù)基爾霍夫第二定律,對回路ABCA和ADBA可分別列出電壓方程,設(shè)回路的繞行方向為順時針方向,則有由以上三式可解得第23頁/共42頁電阻R兩端的電壓降UAB=I3R=2V所以蓄電池E1的輸出功率為:P1=I1U=1.5X2=3W蓄電池E2的輸出功率為P2=I2U=-0.5X2=-1W消耗在電阻R上的功率為:P3=I32R=12X2=2W第24頁/共42頁4.3電路中各點電勢的計算例1:在下圖所示的電路中,先設(shè)a為零勢點,即Va=0,求其余各點電勢.再設(shè)d點為零勢點,求其余各點電勢aR1=3kR2=5k+-E112V+-E220VbcdI=4mAI解:以a為零電勢點,則第25頁/共42頁(2)以d為零電勢點,則(1)電路中某一點的電勢等于該點與零電勢之間的電壓(2)參考點選的不同,電路中各點的電勢值隨著改變,但任意兩點間的電壓是絕對的(3)參考點的選擇是任意的,但一個電路只能有一個參考點第26頁/共42頁例:計算如圖中所示B點的電路BR1100k50kR2CA9V6V規(guī)定繞行方向為正方向.則第27頁/共42頁4.4基爾霍夫定律的應(yīng)用用支路法求解步驟為:判別電路的支路數(shù)及節(jié)點數(shù),在電路圖上標出條支路電流正方向用基爾霍夫電流定律列出個獨立方程選擇個獨立回路,任意假設(shè)各回路的繞行方向,根據(jù)基爾霍夫電壓定律列出個獨立方程.聯(lián)立方程,求出各支路電流第28頁/共42頁一惠斯登電橋GBACKI1I5I3I2I4EORXR0R1R2根據(jù)基爾霍夫定律可以列出A,B,O三個獨立的節(jié)點方程取ABOA,BCOB和ACEA三個獨立的回路,假定回路的繞行方向均為順時針方向,根據(jù)基爾霍夫第二定律有第29頁/共42頁(1)若已知電路中電源的電動勢和各電阻值,對于一般的電路,根據(jù)上述六個方程式,即可解得各電流的數(shù)值(2)對于處在平衡狀態(tài)的惠斯登電橋來說,通過電流計的電流為零,即I5=0,則I1=I3I2=I4(3)第30頁/共42頁同時由方程組2,得I1RX=I2R1I3R0=I4R2(4)將式(3)代入(4)式得第31頁/共42頁二電位差計GCBADII1E1K2R1I1I2EXE0ED1RgRX1RX2第32頁/共42頁先將轉(zhuǎn)換開關(guān)K1倒向標準電池E0,這時對于節(jié)點A和回路ABCDA可分別列出方程移動觸點D,使電流計G的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn),即電流I2=0,則第33頁/共42頁隨后,把轉(zhuǎn)換開關(guān)K1倒向待測電源,按上述方法重新移動觸點D,當D移動到觸點D1時電流計中的電流為零,這時應(yīng)有若電源E1的內(nèi)阻為r1則在上述兩種條件下，對于閉合回路ＡＤＥＡ均有第34頁/共42頁第35頁/共42頁CuFeII熱接頭冷接頭兩種金屬接成一個回路若兩個接頭處的溫度不同則回路中有電流通過，這種現(xiàn)象叫溫差電現(xiàn)象．４．５溫差電現(xiàn)象

（貝塞克效應(yīng)）如圖第36頁/共42頁CuFeII熱接頭冷接頭溫差電動勢產(chǎn)生的原因：1）在同種金屬中溫差形成自由電子的熱擴散（湯姆孫

Thomon電動勢）2）不同金屬中自由電子濃度不同在接頭處產(chǎn)生與溫度有關(guān)的擴散（珀耳帖

Peltier電動勢）第37頁/共42頁一般

mV/100C。

T2T1

待測已知恒溫（測

）電位差計ABCBi—Sb

10-2V/100C。（鉍）（銻）溫差電動勢的應(yīng)用:1.熱電偶第38頁/共42頁實物演示溫差電現(xiàn)象優(yōu)點：▲熱容小靈敏度高(10-3°C)

▲可逐點測量測小范圍內(nèi)溫度變化▲測溫范圍大（-200°C—2000°C）▲便于自動控制

T2T1

待測已知恒溫（測

）電位差計ABC第39頁/共42頁４．６跨膜電勢差一離子擴散產(chǎn)生的電動勢離子在