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文檔簡介
§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。電流的SI單位是安[培](A)。電流定義:單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷,用符號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、計算方法電荷用符號q或Q表示,它的SI單位為庫[侖](C)。恒定電流:量值和方向均不隨時間變化的電流,簡稱為直流(dc或DC),一般用符號I表示。時變電流:量值和方向隨時間變化的電流,一般用符號i表示。時變電流在某一時刻t的值i(t)
,稱為瞬時值。交流電流:量值和方向作周期性變化且平均值為零的時變電流,簡稱為交流(ac或AC)。實際方向:習(xí)慣上把正電荷移動的方向規(guī)定為電流方向。參考方向:為了電路分析和計算的需要,我們?nèi)我饧俣ㄒ粋€電流參考方向,用箭頭標(biāo)在電路圖上。若電流實際方向與參考方向相同,電流取正值;若電流實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點移動到b點。當(dāng)規(guī)定電流參考方向由a→b點時,該電流i=2A,如圖a若規(guī)定電流參考方向由b→
a點時,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)對同一電流規(guī)定相反的參考方向時,相應(yīng)的電流表達(dá)式相差一個負(fù)號,即
i(t)>0:表明該時刻電流的實際方向與參考方向相同;若i(t)<0:則表明該時刻電流的實際方向與參考方向相反。
分析電路時,必須先假定電流參考方向,并在圖上標(biāo)注dq:由a點移動到b點的電荷量,單位為庫[侖](C)dW:電荷移動過程中能量的改變,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,就會有能量的交換發(fā)生。定義:單位正電荷由電路中a點移動到b點能量的改變,稱為ab兩點的電壓,即恒定電壓:量值和方向均不隨時間變化,一般用符號U表示。時變電壓:量值和方向隨時間變化,一般用符號u表示。實際方向: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,必須假定電壓的參考方向或參考極性,用“
+
”號和“
-
”號分別標(biāo)注在電路圖的a點和b點附近。若u>0:表明該時刻a點的電位比b點電位高;若u<0:表明該時刻a點的電位比b點電位低。電壓參考方向或參考極性電位:將電路中任一點作為參考點,把a(bǔ)點到參考點的電壓稱為a點的電位,用符號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),而僅與起點與終點的位置有關(guān)。電路中a點到b點的電壓,就是a點電位與b點電位之差,即參考點選擇不同,某點的電位不同,但任意兩點間的電位差不變,即兩點間的電壓不變。
對于二端元件而言,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:電流參考方向從“+”指向“-”
;當(dāng)電流參考方向已經(jīng)規(guī)定時:電壓參考極性的“
+”號標(biāo)在電流參考方向的進(jìn)入端,“
-”號標(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,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,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:表明該時刻二端元件實際吸收(消耗)功率;當(dāng)p(t)<0時:表明該時刻二端元件實際發(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,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,對于一個完整的電路來說,在任一時刻,所有元件吸收功率的總和必須為零。若電路由b個二端元件組成,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時間內(nèi)吸收的電能為表1-3列出部分國際單位制的單位,稱為SI單位。
在實際應(yīng)用中感到這些SI單位太大或太小時,可以加上表1-4中的國際單位制的詞頭,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的實際極性嗎?為什么?答案:隨著10kΩ電位器的變化,Uab的實際電壓方向會發(fā)生變化。用電常識電擊:電流流過人體。人
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