第3讲电流和电压的关联参考方向

1、第一章第一章 电路和电路元件电路和电路元件上页返回下页第1章1.2 1.2 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向第1章上页下页返回电源电源负载负载开关开关UI碳棒碳棒锌皮锌皮电解质电解质铜帽铜帽电流产生条件：电流产生条件： 电流实际方向：电流实际方向：规定规定正电荷正电荷移动的方向移动的方向 。一、一、 电电 流流表示方法：表示方法：大写字母表示常量大写字母表示常量，小写字母表示小写字母表示随时间而变的随时间而变的变量变量。电电 流：流：电荷电荷在闭合回路中的在闭合回路中的定向流动。定向流动。 电流强度：电流强度：是指在单位时间内通过导体横截面电荷量。是指在单位时间内通过导体横截面电荷量。

2、第1章假设于假设于dtdt时间内通过导体横截面的电量为时间内通过导体横截面的电量为dqdq，则电流强度则电流强度: : i(t)=dq(t)/dti(t)=dq(t)/dt也适用于电路中的其他各物理量。也适用于电路中的其他各物理量。恒定电流恒定电流: : 量值和方向均量值和方向均不随时间变化不随时间变化的电流。的电流。 简称简称直流直流(dc或或DC)，符号，符号I 。与电流有关的几个名词与电流有关的几个名词时变电流时变电流: : 量值和方向量值和方向随时间变化随时间变化的电流。的电流。 符号符号i 。 时变电流在某一时刻时变电流在某一时刻t 的值的值i (t) ， 称为瞬时值称为瞬时值 。交

3、流电流交流电流: : 量值和方向量值和方向作周期性变化作周期性变化且平均值为零的且平均值为零的 时变电流时变电流，简称简称交流交流(ac或或AC)。符号。符号i 1 1、电流的热效应：电流的热效应：电流通过导体会产生热；电流通过导体会产生热； 2 2、电流的力效应：电流的力效应：电流周围存在着磁场，它电流周围存在着磁场，它 会对其他的载流元件或磁会对其他的载流元件或磁 性元件产生力的作用。性元件产生力的作用。第1章 电流具有两个重大实际意义的效应电流具有两个重大实际意义的效应：电场方向电场方向dqVAVBBA电场力把单位正电荷电场力把单位正电荷从从A移动至移动至 B时时所做所做 的功的功。1

4、1、电压、电压UAB ：假设电路中，电场力对电荷所做的功是假设电路中，电场力对电荷所做的功是dwdw，则，则A A、B B两点之间的电压：两点之间的电压： UAB=dw/dq电压的正方向电压的正方向: :一般规定为一般规定为电位降低的方向电位降低的方向。第1章它是衡量它是衡量 电场力对电荷做功电场力对电荷做功本领本领 的物理量。的物理量。 也是衡量单位电荷在静电场中也是衡量单位电荷在静电场中由于电势不同所产生由于电势不同所产生的的能量差能量差的物理量。的物理量。 * *参考点：规定参考点：规定电势为零的点电势为零的点，又叫，又叫零电位点零电位点。 2 2、电位电位V VA ：电场力将单位正电荷

5、电场力将单位正电荷自自A A点沿任意路径点沿任意路径 移动到移动到参考点参考点所做的功所做的功。注意：电位是相对量，电压是绝对量。注意：电位是相对量，电压是绝对量。UAB = vAvB它是表示它是表示电场中某一点性质电场中某一点性质的物理量。的物理量。 电压与电位关系：电压与电位关系： 1.电路中任意电路中任意两点间两点间的电压的电压,等于该两点的电位之差等于该两点的电位之差。 2.电路中任意电路中任意点点的电位的电位,等于该点沿任意路径到等于该点沿任意路径到参考参考 点点间间的的电压电压。 vA= UA o 电源电源负载负载开关开关UI碳棒碳棒锌皮锌皮电解质电解质铜帽铜帽3、电动势：、电动势

6、： 是表示电源性质是表示电源性质，衡量非电场力做功本领衡量非电场力做功本领的物理量的物理量。 电动势的方向电动势的方向：由由低低电位端指向电位端指向高高电位端电位端-+E电动势的 真实方向+-AB-E(a)(b)E=-UE=-UE=-E=UE=U 电动势与端电压的关系电动势与端电压的关系-E(c)(d)EABUUE=UE=U-E=U-E=UU+AB+-EABU 在图中在图中给出了确定给出了确定参考方向参考方向下，电源电动势下，电源电动势E与端与端电压电压U的关系式。的关系式。 电动势与电压都可以用来表示电源正、负电动势与电压都可以用来表示电源正、负极之间的电位差。极之间的电位差。 电路的基本作

7、用之一是实现电路的基本作用之一是实现能量的传递能量的传递。 我们用功率来我们用功率来表示能量变化的速率表示能量变化的速率，用，用p p或或P P 表示。表示。功率：功率：也就是能量对时间也就是能量对时间的导数。的导数。 即：即： dtdwp上页下页返回电电 功功 率：率：单位时间内能量的变化。单位时间内能量的变化。一、电流和电压的实际方向一、电流和电压的实际方向电流的实际方向：电流的实际方向：正电荷运动的方向正电荷运动的方向 或或负电荷运动的反方向；负电荷运动的反方向； 电压的实际方向：电压的实际方向： 由高电位端指向低电位端；由高电位端指向低电位端；电电流流和和电电压压的的实实际际方方向向*

8、 *1.3.2 电压、电流关联参考方向电压、电流关联参考方向 在复杂电路中，难以预先确定电流的实际方向，为了在复杂电路中，难以预先确定电流的实际方向，为了电路分析和计算的需要，应采取的方法：电路分析和计算的需要，应采取的方法：电流方向电流方向 ba,ab？abR5R2R1R3R4R6+ + +E1E2EURIab第1章二、电压、电流的参考方向二、电压、电流的参考方向-参考方向：参考方向：在电路图上在电路图上任意规定任意规定的一个方向。的一个方向。简单电路简单电路 电压和电流参考方向的表示方法电压和电流参考方向的表示方法 电流的参考方向电流的参考方向： 箭头箭头电压的参考方向：电压的参考方向：箭

9、箭 头头 ： 双下标双下标 ：Uab 或或 Uab 极极 性性 ： “ + ”、“ ” ，Iab 双下标双下标 : 电流电流有两种可能的参考方向有两种可能的参考方向，表达式，表达式相差一个相差一个负号负号。若采用若采用双下标表示双下标表示电流的参考方向，电流的参考方向，第1章下页则：则：电压、电流的参考方向电压、电流的参考方向-参考方向的参考方向的选择是否会选择是否会影响实际方影响实际方向的向的判断判断 ？1、先任意选定选定一个方向，称为参考方向参考方向 。2、依此参考方向，根据电路定理、定律列列 电路方程电路方程，从而进行电路分析计算。电路中U、I 实际方向的确定: 计算结果为结果为“+ +

10、” ，实际方向与假设方向一致一致； 计算结果为结果为“- -”，实际方向与假设方向相反相反 3、根据计算结果确定确定U U、I I 实际方向实际方向：上页下页返回第1章 根据根据电流或电压电流或电压其其参考方向参考方向以及其以及其量值的正负量值的正负。 电压和电流实际方向的确定：电压和电流实际方向的确定：若若U或或I 取正取正值值，其实际方向与参考方向，其实际方向与参考方向相同相同。若若U或或I 取负取负值值，其实际方向与参考方向，其实际方向与参考方向相反相反。 今后，今后，在分析电路时，在分析电路时，必须先规定电流变量的必须先规定电流变量的参参考方向。考方向。返回下页上页解：解：假定假定I

11、I 的的参考方向参考方向如图所示如图所示。 则：则：abaddb RUEUUUabRUEUIRR（实际方向与参考方向相反！）（实际方向与参考方向相反！）已知：已知：E =2=2V, , R R =1=1，设设b b为参考点。为参考点。问：当问：当Uab为为1V时，时，I = ?= ?ab121V A1A1UI , ,上页下页返回 练习练习1.3.1 URE IRabd vA= UA o * *三、三、电压与电流的关联参考方向电压与电流的关联参考方向 1.关联参考方向：关联参考方向：就是就是电流的电流的参考方向参考方向与与 电压电压 参考方向参考方向一致一致 。RUI+RU+图图 (c)RUI图

12、图 (a)图图 (b)关联参考方向关联参考方向非关联参考方向非关联参考方向I+或或返回下页上页在关联参考方向下，在关联参考方向下，表示式为：表示式为：RUI 在非在非关联参考方向下，参考方向下，表示式：表示式：RUI内容：内容：通过电阻的电流与电压成正比通过电阻的电流与电压成正比RU+ 图图 中若中若 I = 2 A，R = 3 ，则：，则： U = RI电压与电流参电压与电流参考方向相反考方向相反电流的参考方向电流的参考方向与实际方向相反与实际方向相反欧姆姆定定律律1)2)第1章返回下页上页= 3( 2 ) = 6 V2.2.电压、电流的关联参考方向的应用电压、电流的关联参考方向的应用 练习

13、练习1.3.2 欧姆定律全电路欧姆定律欧姆定律全电路欧姆定律 全电路：全电路：由电源和负载组成的闭合电路由电源和负载组成的闭合电路。 0RREI 关联方向下，全电路欧姆定律可用公式表述为关联方向下，全电路欧姆定律可用公式表述为 定律内容：定律内容：闭合电路中的电流与电源电动势成正比，与闭合电路中的电流与电源电动势成正比，与电路的总电阻成反比。电路的总电阻成反比。对全电路进行分析研究时，必须考虑电源的内阻对全电路进行分析研究时，必须考虑电源的内阻。 全电路欧姆定律：全电路欧姆定律： 式中：各量物理意义式中：各量物理意义 E电源电动势，单位是伏电源电动势，单位是伏特特，符号为，符号为V； R负载电

14、阻，单位是欧负载电阻，单位是欧姆姆，符号为，符号为； R0电源内阻，单位是欧电源内阻，单位是欧姆姆，符号为，符号为； I闭合电路中的电流，单位是安闭合电路中的电流，单位是安培培，符号为，符号为A。 0RREI电功率 2 2) )P 0 ,表示该元件表示该元件吸收吸收 功率功率(负载） P0 ,表示表示该元件该元件输出输出 功率功率（电源）在关联参考方向下，在关联参考方向下，在非关联参考方向下，在非关联参考方向下，UIPUIP 1)* * 电压、电流的关联参考方向的应用电压、电流的关联参考方向的应用第1章返回下页上页* 电源与负载的判别方法：电源与负载的判别方法： 例例 已知：图中已知：图中 U

15、 UAB AB = 3V= 3V， I I = = 2A 2A 解解 P P = = UIUI = = ( (2)2)3= 3= 6 W 6 W求：求：N N 是电源还是负载是电源还是负载? ?电压、电流的参考方向相同，电压、电流的参考方向相同，P P 为负值，为负值，N N发出功率发出功率-电源。电源。NABI 电路的电路的基本物理量基本物理量W、kW、mWV、kV、mV、 VV、kV、mV、 VA、mA、 A(用电或供电)电源力驱动正电荷的方向 （低电位低电位 高电位高电位）电位降的方向（高电位高电位 低电位低电位） 正电荷移动的方向 高电位流向低电位PE（直流直流） e（交流交流）U（直

16、流直流） u（交流交流）i（交流）（交流）I（直流直流）物理量物理量单单 位位方方 向向功率功率电流电流电压电压电动势电动势上页下页返回第1章（）图：因为是（）图：因为是关联参考方向关联参考方向 P=2（3）6W，0产生功率产生功率解：解： ( a ) 图：电压、电流为图：电压、电流为关联参考方向关联参考方向，由，由P=UI， P =（）（）（）（）4，吸收功率吸收功率第1章返回下页上页练习1.3.3 计算图中各元件的功率,指出是产生功率还是吸收功率。（）图：因为是（）图：因为是关联参考方向关联参考方向，故，故UI，吸收功率吸收功率（）图：因为是（）图：因为是非关联参考方向非关联参考方向，UI

17、 P =1 1，0产生功率产生功率第1章返回下页上页 电路分析基本概念：参考方向 、关联参考 方向、电位2.电路分析的基本变量：电压、电流、功率返回上页下页 3.欧姆定律表达式含有正负号: : 当U、I参考方向一致时为正，否则为负知识小结知识小结 5.5.U、I 为代数量，也有正负之分。当参考方 向与实际方向一致时为正，否则为负。上页下页返回第1章4.电压电流“实际方向”是客观存在的物理现 象，“参考方向” 是人为假设的方向。知识小结知识小结1. 1. 电源开路电源开路 电源开路时的特征电源开路时的特征I = 0U = U0 = E P = 0 当开关断开时，电源则处于开路当开关断开时，电源则

18、处于开路( (空载空载) )状态。状态。EI IU0R0Rabcd+_+_*电源的三种工作状态电源的三种工作状态第1章上页下页返回小常识小常识欧姆定律全电路欧姆定律欧姆定律全电路欧姆定律 全电路：全电路：由电源和负载组成的闭合电路由电源和负载组成的闭合电路。 0RREI 关联方向下，全电路欧姆定律可用公式表述为关联方向下，全电路欧姆定律可用公式表述为 定律内容：定律内容：闭合电路中的电流与电源电动势成正比，与闭合电路中的电流与电源电动势成正比，与电路的总电阻成反比。电路的总电阻成反比。对全电路进行分析研究时，必须考虑电源的内阻对全电路进行分析研究时，必须考虑电源的内阻。 全电路欧姆定律：全电路

19、欧姆定律： 式中：各量物理意义式中：各量物理意义 E电源电动势，单位是伏电源电动势，单位是伏特特，符号为，符号为V； R负载电阻，单位是欧负载电阻，单位是欧姆姆，符号为，符号为； R0电源内阻，单位是欧电源内阻，单位是欧姆姆，符号为，符号为； I闭合电路中的电流，单位是安闭合电路中的电流，单位是安培培，符号为，符号为A。 0RREIUIS电流过大，将烧毁电源！电流过大，将烧毁电源！2.2.电源短路电源短路U = 0I = IS = E / R0P = 0 PE = P = R0IS2 ER0Rbcd+_ 电源短路时的特征电源短路时的特征a 当当电源两端电源两端由于某种原因由于某种原因连在一起连

20、在一起时，电源时，电源则被短路。则被短路。 为防止事故发生，需在电路中接入熔断器或自为防止事故发生，需在电路中接入熔断器或自动断路器，用以保护电路。动断路器，用以保护电路。第1章上页下页返回U = 0I 视电路而定视电路而定有源电路由于某种需要将电路的由于某种需要将电路的某一段短路某一段短路，称为短接。，称为短接。UIER0R+_R1第1章上页下页返回 3. 3. 电源有载工作电源有载工作EI IUR0Rabd+_c电源的外特性曲线电源的外特性曲线IUOR0IUE1). 电压与电流电压与电流U = RI 当当 R0 R 时，时， 则则 U ER + R0I = E或或 U = E R0I 说明说明电源带负载能力强电源带负载能力强 电路中产生的功率与取用的功率相平衡电路中产生的功率与取用的功率相平衡EI IRabcd+_+_R0UUI = EI R0I2 P = PE P 功率功率平衡式平衡式电源输电源输出功率出功率电源产电源产生功率生功率内阻消内阻消耗功率耗功率电源产电源产生功率生