《电路中主要物理量》PPT课件.ppt

电路中主要物理量 理想电路元件 根据电路元件所具备的电磁性质来设想的具有某种单一电磁性质的元件 其u i关系可用数学式子严格表示 几种基本的理想电路元件 电阻元件 表示消耗电能的元件 电感元件 表示各种电感线圈产生磁场 储存磁场能的元件 电容元件 表示各种电容器产生电场 储存电场能的元件 电源元件 表示各种将其它形式的能量转变成电能的元件 电阻元件 表示消耗电能的元件 电感元件 表示各种电感线圈产生磁场 储存磁场能的元件 电容元件 表示各种电容器产生电场 储存电场能的元件 电源元件 表示各种将其它形式的能量转变成电能的元件 电路中的主要物理量描述电路工作情况的物理量主要有电流 电压 电荷 磁通 磁通链及电功率和电能量 称为电路的基本变量 通常分别用I U Q P和W表示 1 电流 current 带电质点的运动形成电流 电流大小用电流强度表示 单位时间内通过导体截面的电量 单位 A 安 Ampere 安培 2 电压 voltage 电场中某两点A B间的电压 降 UAB等于将点电荷q从A点移至B点电场力所做的功WAB与该点电荷q的比值 即 单位 V 伏 Volt 伏特 当把点电荷q由B移至A时 此时可等效视为电场力做了负功 WAB 则B到A的电压为 或 3 电位 电路中为分析的方便 常在电路中选某一点为参考点 把任一点到参考点的电压称为该点的电位 参考点的电位一般选为零 所以 参考点也称为零电位点 电位用 表示 单位与电压相同 也是V 伏 设c点为电位参考点 即 c 0 a Uac b Ubc d Udc 则各点电位 a c Uac b c Ubc d c Udc 两点间电压与电位的关系 电路中任意两点间的电压等于该两点间的电位之差 仍设c点为电位参考点 即 c 0V a d Uad 如前例 电位 是任一点到参考点之间的电压 对象为 一点 电压 是两点之间的电位差 对象是 两点 Uac Udc a d 例1 已知Uab 1 5V Ubc 1 5V 求 a b c Uac 1 以a点为参考点 a 0V Uab a b Ubc b c Uac a c 0 3 3V b a Uab 1 5V c b Ubc 1 5 1 5 3V 结论 电位参考点可任意选择 不同电位参考 各点电位不同 但任意两点间电压保持不变 2 以b点为参考点 b 0V Uab a b Ubc b c Uac a c 1 5 1 5 3V a b Uab 1 5V c b Ubc 1 5V 4 电动势 局外力克服电场力把单位正电荷从负极经电源内部移到正极所作的功称为电源的电动势 e的单位与电压相同 也是V 伏 根据能量守恒 UAB eBA 电压表示电位降 电动势表示电位升 即从A到B的电压 数值上等于从B到A的电动势 理解 电场力把单位正电荷从A移到B所做的功 UAB 与外力克服电场力把相同的单位正电荷从B经电源内部移向A所做的功 eBA 是相同的 所以UAB eBA 二 电流 电压的参考方向 1 电流的参考方向 1 元件 导线 中电流流动的实际方向有两种可能 2 参考方向 任意选定一个方向即为电流的参考方向 大小 方向 5 电流参考方向有两种表示 用箭头表示 箭头的指向为电流的参考方向 用双下标表示 如iAB 电流的参考方向由A点指向B点 i 0 4 电流的参考方向与实际方向的关系 i 0 6 为什么要引入参考方向 b 实际电路中有些电流是交变的 无法标出实际方向 标出参考方向 再加上与之配合的表达式 才能表示出电流的大小和实际方向 a 有些复杂电路的某些支路事先无法确定实际方向 为分析方便 只能先任意标一方向 参考方向 根据计算结果 才能确定电流的实际方向 2 电压 降 的参考方向 1 电压的实际方向有两种可能 2 电压参考方向与实际方向的关系 U 0 U 0 3 电压参考方向有三种表示方式 用箭头表示 箭头指向为电压 降 的参考方向 用正负极性表示 由正极指向负极的方向为电压 降低 的参考方向 用双下标表示 如UAB 由A指向B的方向为电压 降 的参考方向 元件或支路的u i通常采用相同的参考方向 即电流的参考方向从电压的正参考极性端流入 从负参考极性端流出 称之为关联参考方向 如图 a 反之 称为非关联参考方向 如图 b 图 a 关联参考方向 图 b 非关联参考方向 3 关联参考方向 4 小结 1 电压和电流的参考方向是任意假定的 分析电路前必须标明 2 参考方向一经假定 必须在图中相应位置标注 包括方向和符号 在计算过程中不得任意改变 参考方向不同时 其表达式符号也不同 但实际方向不变 u Ri u Ri 3 参考方向也称为假定方向 正方向 以后讨论均在参考方向下进行 不考虑实际方向 当数值过大或过小时 常用十进制的倍数表示 SI制中 一些常用的十进制倍数的表示法 电气元件在一段时间内吸收或释放的能量称为电能 根据电压的定义 一 电能量 W 电功率和能量 从t0到t的时间内 元件吸收的电能可表示为 所以 1 1 电能量的单位 J 焦 Joule 焦耳 由于 u和i都是时间的函数 并且是代数量 因此 电能W也是时间的函数 且是代数量 元件吸收的电能 二 电功率 P 功率的单位 W 瓦 电功率即为电能量对时间的导数 1 定义 单位时间内电场力所做的功 简称功率 则元件吸收的电功率为 又因为 元件吸收的电功率为 注意 1 2 式是在关联参考方向下定义的 当p 0时 元件确实吸收功率 当p 0时 元件实际释放电能即发出功率 若在非关联参考方向下 1 2 式表示元件发出的功率 或者 元件吸收的电功率可以用下式计算 2 功率的计算和判断 1 u i关联参考方向 p ui表示元件吸收的功率 P 0吸收正功率 吸收功率 P 0吸收负功率 发出功率 p ui表示元件发出的功率 P 0发出正功率 发出功率 P 0发出负功率 吸收功率 2 u i非关联参考方向 或者 p ui表示元件吸收的功率 注 上述功率计算不仅适用于元件 也适用于任意二端网络 电阻元件在电路中总是消耗 吸收 功率 而电源在电路中可能吸收 也可能发出功率 p t u t i t 若定义 注意各元件上电压 电流的参考方向 例2 在图示电路中 已知U1 1V U2 6V U3 4V U4 5V U5 10V I1 1A I2 3A I3 4A I4 1A I5 3A 试求 1 各二端元件吸收的功率 2 整个电路吸收的功率 已知 U1 1V U2 6V U3 4V U4 5V U5 10V I1 1A I2 3A I3 4A I4 1A I5 3A 整个电路吸收的功率为 解1 各元件吸收的功率为 解2 各元件的功率状态为 关联 0 吸收功率1W 关联 0 吸收功率18W 非关联 0 吸收功率16W 关联 0 发出功率5W 非关联 0 发出功率30W a 二端元件 b 三端元件 c 四端元件 集总参数电路 模型 由电路元件连接而成 电路元件是为建立实际电气器件的模型而提出的一种理想元件 它们都有精确的定义 按电路元件与外电路连接端点的数目 电路元件可分为二端元件 三端元件 四端元件等 本节先介绍一种常用的二端电阻元件 电阻元件 1 二端电阻元件 如果一个二端元件在任一时刻的电压u与其电流i的关系 由u i平面上一条曲线确定 则此二端元件称为二端电阻元件 其数学表达式为 这条曲线称为电阻的特性曲线 它表明了电阻电压与电流间的约束关系 简称为VCR 一 线性定常电阻元件 VCR 2 电阻的分类 1 线性电阻与非线性电阻 其特性曲线为通过坐标原点直线的电阻 称为线性电阻 否则称为非线性电阻 2 时变电阻与时不变电阻 其特性曲线随时间变化的电阻 称为时变电阻 否则称为时不变电阻或定常电阻 a 线性时不变电阻b 线性时变电阻c 非线性时不变电阻d 非线性时变电阻 3 线性定常电阻元件 任何时刻端电压与其电流成正比的电阻元件 1 符号 电阻上的电压与电流的参考方向选为一致 即为关联参考方向时线性定常电阻元件服从欧姆定律 即有 2 欧姆定律 Ohm sLaw 1 4 u Ri 上式 1 4 中R称为电阻 R是一个正实常数 注 线性电阻R是一个与电压和电流无关的常数 令G 1 R 则欧姆定律又可表示为 电阻R的单位 欧 Ohm 欧姆 电导G的单位 S 西 Siemens 西门子 1 5 式 1 5 中G称为电阻元件的电导 R和G都是电阻元件的参数 i Gu u Ri 欧姆定律 电阻上的电压和电流的参考方向相反 即为非关联参考方向时 欧姆定律写为时 u Ri 注 公式必须和参考方向配套使用 i Gu 或 3 伏安特性曲线 R tan 二 电阻元件的开路与短路 对于一电阻R 当R 0 视其为短路 当R 视其为开路 注 理想导线的电阻值为零 i为有限值时 u