电路中主要物理量.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。 R uS + _ u + _ 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)。 例 a b c d 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。 ab cd 仍设c点为电位参考点，即：c=0 V 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 ad 例1 . a b c 1.5 V 1.5 V 已知 Uab=1.5 V，Ubc=1.5 V。求 a；b；c；Uac (1) 以a点为参考点，a=0V Uab= ab Ubc= bc Uac= ac = 0 (3)=3 V b = a Uab= 1.5 V c = b Ubc= 1.51.5= 3 V 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= ab Ubc= bc Uac= ac = 1.5 (1.5) = 3 V a b c 1.5 V 1.5 V a = b +Uab= 1.5 V c = b Ubc= 1.5 V 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 （3）电流i为代数量，具有 i参考方向 B A （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 （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: U0 （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 AB UAB U AB U + AB 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）。 + i u + i u 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。 + R i u u = Ri + R i u 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： p(t)=u(t)i(t)(1-2) 又因为： 元件吸收的电功率为： p(t)=u(t)i(t)(1-2) 注意： （12）式是在关联参考方向下定义的，当p0时，元 件确实吸收功率；当p0 吸收正功率 (吸收功率 ) P0 发出正功率 (发出功率 ) P0p0，吸收功率1W） （关联，0，吸收功率18W） （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： R R i u+ （2） 欧姆定律 (Ohms Law) (1-4) u=R i 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 G u u=R i 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！ R i u + i Gu 或 （3）伏安特性曲线: R tan u i O R i u + 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=0。 u为有限值时，i=0。 三、电阻元