1-2電路的基本物理量

§1－2電路的基本物理量一、電流和電流的參考方向電流形成：帶電粒子(電子、離子)定向移動(dòng)。電流的SI單位是安[培](A)。電流定義:單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷，用符號(hào)i

或I表示，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為任務(wù)：掌握電流、電壓、功率的定義、計(jì)算方法電荷用符號(hào)q或Q表示，它的SI單位為庫(kù)[侖](C)。恒定電流:量值和方向均不隨時(shí)間變化的電流，簡(jiǎn)稱為直流(dc或DC)，一般用符號(hào)I表示。時(shí)變電流:量值和方向隨時(shí)間變化的電流，一般用符號(hào)i表示。時(shí)變電流在某一時(shí)刻t的值i(t)

，稱為瞬時(shí)值。交流電流:量值和方向作周期性變化且平均值為零的時(shí)變電流，簡(jiǎn)稱為交流(ac或AC)。實(shí)際方向：習(xí)慣上把正電荷移動(dòng)的方向規(guī)定為電流方向。參考方向：為了電路分析和計(jì)算的需要，我們?nèi)我饧俣ㄒ粋€(gè)電流參考方向，用箭頭標(biāo)在電路圖上。若電流實(shí)際方向與參考方向相同，電流取正值；若電流實(shí)際方向與參考方向相反，電流取負(fù)值。

電流參考方向根據(jù)電流的參考方向以及電流量值的正負(fù)，就能確定電流的實(shí)際方向。例如在圖示的二端元件中，每秒鐘有2C正電荷由a點(diǎn)移動(dòng)到b點(diǎn)。當(dāng)規(guī)定電流參考方向由a→b點(diǎn)時(shí)，該電流i=2A，如圖a若規(guī)定電流參考方向由b→

a點(diǎn)時(shí),則電流i=-2A，如圖b也可采用雙下標(biāo)表示電流參考方向，寫為iab=2A或iba=-2A。

電路中任一電流有兩種可能的參考方向，當(dāng)對(duì)同一電流規(guī)定相反的參考方向時(shí)，相應(yīng)的電流表達(dá)式相差一個(gè)負(fù)號(hào)，即

i(t)>0：表明該時(shí)刻電流的實(shí)際方向與參考方向相同；若i(t)<0：則表明該時(shí)刻電流的實(shí)際方向與參考方向相反。

分析電路時(shí)，必須先假定電流參考方向，并在圖上標(biāo)注dq：由a點(diǎn)移動(dòng)到b點(diǎn)的電荷量，單位為庫(kù)[侖](C)dW：電荷移動(dòng)過程中能量的改變，其單位為焦[耳](J)u：電壓的單位為伏[特](V)。二、電壓和電壓的參考極性形成：電荷在電路中移動(dòng)，就會(huì)有能量的交換發(fā)生。定義：?jiǎn)挝徽姾捎呻娐分衋點(diǎn)移動(dòng)到b點(diǎn)能量的改變，稱為ab兩點(diǎn)的電壓，即恒定電壓：量值和方向均不隨時(shí)間變化，一般用符號(hào)U表示。時(shí)變電壓：量值和方向隨時(shí)間變化，一般用符號(hào)u表示。實(shí)際方向：習(xí)慣上認(rèn)為電壓是從高電位指向低電位。高電位稱為正極，低電位稱為負(fù)極。參考方向：在分析電路時(shí)，必須假定電壓的參考方向或參考極性，用“

+

”號(hào)和“

-

”號(hào)分別標(biāo)注在電路圖的a點(diǎn)和b點(diǎn)附近。若u>0：表明該時(shí)刻a點(diǎn)的電位比b點(diǎn)電位高；若u<0：表明該時(shí)刻a點(diǎn)的電位比b點(diǎn)電位低。電壓參考方向或參考極性電位：將電路中任一點(diǎn)作為參考點(diǎn)，把a(bǔ)點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓稱為a點(diǎn)的電位，用符號(hào)va或Va表示。在集總參數(shù)電路中，元件端鈕間的電壓與路徑無關(guān)，而僅與起點(diǎn)與終點(diǎn)的位置有關(guān)。電路中a點(diǎn)到b點(diǎn)的電壓，就是a點(diǎn)電位與b點(diǎn)電位之差，即參考點(diǎn)選擇不同，某點(diǎn)的電位不同，但任意兩點(diǎn)間的電位差不變，即兩點(diǎn)間的電壓不變。

對(duì)于二端元件而言，電壓的參考極性和電流參考方向的選擇有四種可能的方式，如圖1－7所示。圖1－7二端元件電流、電壓參考方向當(dāng)電壓的參考極性已經(jīng)規(guī)定時(shí):電流參考方向從“+”指向“-”

；當(dāng)電流參考方向已經(jīng)規(guī)定時(shí)：電壓參考極性的“

+”號(hào)標(biāo)在電流參考方向的進(jìn)入端，“

-”號(hào)標(biāo)在電流參考方向的流出端。關(guān)聯(lián)參考方向＋_(a)、(b)關(guān)聯(lián)參考方向(c)、(d)非關(guān)聯(lián)參考方向分析電路時(shí)，通常將電流電壓方向取關(guān)聯(lián)參考方向三、電功率定義：當(dāng)電壓電流采用關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)，二端元件或二端網(wǎng)絡(luò)吸收的功率為功率的SI單位是瓦[特](W)。關(guān)聯(lián)參考方向下當(dāng)p(t)>0時(shí)：表明該時(shí)刻二端元件實(shí)際吸收（消耗）功率；當(dāng)p(t)<0時(shí)：表明該時(shí)刻二端元件實(shí)際發(fā)出（產(chǎn)生）功率。

當(dāng)電壓電流采用非關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)，二端元件或二端網(wǎng)絡(luò)吸收的功率為

p=-ui電阻元件吸收功率，電流電壓源可發(fā)出功率，也可能吸收功率。

由于能量必須守恒，對(duì)于一個(gè)完整的電路來說，在任一時(shí)刻，所有元件吸收功率的總和必須為零。若電路由b個(gè)二端元件組成，且全部采用關(guān)聯(lián)參考方向，則二端元件或二端網(wǎng)絡(luò)從t0到t時(shí)間內(nèi)吸收的電能為表1－3列出部分國(guó)際單位制的單位，稱為SI單位。

在實(shí)際應(yīng)用中感到這些SI單位太大或太小時(shí)，可以加上表1-4中的國(guó)際單位制的詞頭，構(gòu)成SI的十進(jìn)倍數(shù)或分?jǐn)?shù)單位。例如例1-1在圖1－9電路中，已知U1=1V,U2=-6V,U3=-4V,

U4=5V,U5=-10V,I1=1A,I2=-3A,I3=4A,I4=-1A,

I5=-3A。

試求：(1)各二端元件吸收的功率；

(2)整個(gè)電路吸收的功率。圖1－9例1－1例1-1在圖1－8電路中，已知U1=1V,U2=-6V,U3=-4V,U4=5V,U5=-10V,I1=1A,I2=-3A,I3=4A,I4=-1A,I5=-3A。整個(gè)電路吸收的功率為解：各二端元件吸收的功率為圖1－9例1－1你能確定圖示電路中電壓Uab的實(shí)際極性嗎？為什么？答案：隨著10kΩ電位器的變化，Uab的實(shí)際電壓方向會(huì)發(fā)生變化。用電常識(shí)電擊：電流流過人體。人