清華大學(xué)大學(xué)物理經(jīng)典課件-恒定電流

清華大學(xué)大學(xué)物理經(jīng)典課件-恒定電流CATALOGUE目錄恒定電流的基本概念電源與電阻電路分析交流電與整流電路實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐01恒定電流的基本概念電流是單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量，用符號I表示，單位為安培（A）。電流的微觀定義電荷的微觀運(yùn)動電流的微觀解釋導(dǎo)體中的電荷在電場力的作用下定向移動形成電流。電流可以理解為導(dǎo)體中自由電子或離子在電場力作用下的定向漂移運(yùn)動。030201電流的微觀解釋電流在磁場中受到洛倫茲力作用，產(chǎn)生磁場，即電流的磁效應(yīng)。電流的磁效應(yīng)電流通過導(dǎo)體時，由于電阻的存在，電能轉(zhuǎn)化為熱能，產(chǎn)生熱量。電流的熱效應(yīng)電流通過電解質(zhì)溶液時，會發(fā)生電解反應(yīng)，產(chǎn)生化學(xué)變化。電流的化學(xué)效應(yīng)電流的宏觀表現(xiàn)導(dǎo)體中的電流與電壓成正比，與電阻成反比，數(shù)學(xué)表達(dá)式為I=U/R。歐姆定律電路中任意一個節(jié)點(diǎn)上，流入節(jié)點(diǎn)的電流之和等于流出節(jié)點(diǎn)的電流之和，數(shù)學(xué)表達(dá)式為∑I=0?；鶢柣舴蚨蓺W姆定律與基爾霍夫定律02電源與電阻電動勢是電源將其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能的特性，是電源內(nèi)部非靜電力克服電場力做功的結(jié)果。電源的電動勢是指電源在單位時間內(nèi)將單位正電荷從負(fù)極移到正極所做的功，表示了電源將其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)。電動勢的符號為E，單位是伏特(V)。電源的電動勢電阻是導(dǎo)體對電流的阻礙作用，是衡量導(dǎo)體導(dǎo)電性能的物理量。電阻的定義是電壓與電流的比值，即R=V/I。電阻的特性是阻礙電流的流動，其大小取決于導(dǎo)體的材料、長度、截面積和溫度等因素。電阻的符號為R，單位是歐姆(Ω)。電阻的定義與特性線性電阻的阻值與電壓和電流成正比關(guān)系，而非線性電阻的阻值與電壓和電流不成正比關(guān)系。線性電阻的阻值不隨電壓和電流的變化而變化，其阻值與電壓和電流成正比關(guān)系，滿足歐姆定律。而非線性電阻的阻值隨電壓和電流的變化而變化，其阻值與電壓和電流不成正比關(guān)系，不滿足歐姆定律。線性電阻與非線性電阻電導(dǎo)是表示物質(zhì)導(dǎo)電能力的物理量，電阻率是表示物質(zhì)對電流阻礙作用的物理量。電導(dǎo)的定義是電流與電壓的比值，即G=I/V。電導(dǎo)越大，表示物質(zhì)的導(dǎo)電能力越強(qiáng)。電阻率的定義是單位長度、單位截面積的導(dǎo)體兩端電壓與通過導(dǎo)體電流的比值，即ρ=E/I。電阻率越大，表示物質(zhì)對電流的阻礙作用越大。電導(dǎo)與電阻率03電路分析03應(yīng)用基爾霍夫定律分析電路通過設(shè)定未知電流或電壓，建立并解決方程組，從而求解未知量。01基爾霍夫電流定律（KCL）在集總電路中，任何時刻，對任意結(jié)點(diǎn)，所有流入流出結(jié)點(diǎn)的支路電流的代數(shù)和恒等于零。02基爾霍夫電壓定律（KVL）在集總電路中，沿任意閉合回路，所有支路電壓的代數(shù)和恒等于零?；鶢柣舴蚨傻膽?yīng)用電阻的串聯(lián)和并聯(lián)等效變換通過將電阻串并聯(lián)，改變電路結(jié)構(gòu)，簡化計(jì)算。電源的等效變換將復(fù)雜的電源（如電動勢和內(nèi)阻）等效為簡單的電源（如電壓源或電流源），便于分析。等效變換的概念如果兩個電路在某點(diǎn)或某幾點(diǎn)上具有相同的電壓和電流，則它們是等效的。電路的等效變換在線性電路中，多個獨(dú)立源共同作用產(chǎn)生的響應(yīng)等于各個獨(dú)立源單獨(dú)作用于電路產(chǎn)生的響應(yīng)之和。任何一個線性有源一端口網(wǎng)絡(luò)，對其外部電路而言，可以用一個電壓源和電阻串聯(lián)的電路模型來等效替代。疊加原理與戴維南定理戴維南定理疊加原理04交流電與整流電路正弦交流電的產(chǎn)生與特性正弦交流電的產(chǎn)生交流發(fā)電機(jī)、變壓器等設(shè)備可以將機(jī)械能或其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能，產(chǎn)生正弦交流電。正弦交流電的特性正弦交流電的電壓和電流隨時間變化，呈現(xiàn)周期性波動，其大小和方向均按正弦規(guī)律變化。半波整流電路通過一個二極管，將正弦交流電轉(zhuǎn)換為單向脈動直流電，輸出電壓平均值等于輸入電壓有效值。全波整流電路通過兩個二極管，將正弦交流電轉(zhuǎn)換為單向脈動直流電，輸出電壓平均值等于輸入電壓有效值的兩倍。整流電路的工作原理濾波電路與穩(wěn)壓電源利用電容、電感等元件的儲能作用，濾除整流后脈動直流電中的交流成分，使輸出電壓更加平滑。濾波電路利用電子線路和元件，自動調(diào)節(jié)輸出電壓，使電源在一定范圍內(nèi)保持輸出電壓的穩(wěn)定。穩(wěn)壓電源05實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐掌握恒定電流的基本原理，學(xué)會設(shè)計(jì)和操作相關(guān)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)技能和科學(xué)素養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)?zāi)康慕榻B恒定電流的基本概念、電路模型和歐姆定律等核心原理，為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作提供理論依據(jù)。實(shí)驗(yàn)原理詳細(xì)介紹實(shí)驗(yàn)操作流程，包括電路搭建、數(shù)據(jù)測量、分析和處理等環(huán)節(jié)，確保實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和可靠性。實(shí)驗(yàn)步驟強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)安全和規(guī)范操作的重要性，提醒學(xué)生注意用電安全和儀器使用規(guī)則。實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)恒定電流實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與操作列舉常見的電路故障類型，如開路、短路、接觸不良等，分析故障產(chǎn)生的原因和現(xiàn)象。故障類型診斷方法排除技巧案例分析介紹有效的故障診斷技巧，如電壓測量法、電阻測量法等，幫助學(xué)生快速定位故障點(diǎn)。針對不同故障類型，提供相應(yīng)的排除方法和操作步驟，確保電路恢復(fù)正常工作狀態(tài)。結(jié)合實(shí)際案例，深入剖析電路故障的診斷與排除過程，提高學(xué)生對故障處理的實(shí)踐能力和經(jīng)驗(yàn)。電路故障的診斷與排除

實(shí)際應(yīng)用案例分析案例一直流電源的設(shè)計(jì)與制作，介紹如何利用恒定電流原理設(shè)計(jì)一個性能穩(wěn)定的直流電源，滿足實(shí)際應(yīng)用需求。案例二模擬電子線路中的恒定電流應(yīng)用，分析恒定電流在模擬電子線路中的