电源和电动势解读.ppt

1 4电源和电动势 4 1电源 非静电力 4 2电源电动势 4 3电源充放电时的路端电压 5直流电路 5 2全电路的欧姆定律 5 1一段含源电路的欧姆定律 5 3电路中任意两点之间的电势差 6基尔霍夫方程组 例 双电源供电电路 例 电桥 7电容器的充放电过程 提纲 作业 3 9 3 12 3 13 3 16 例 电势差计 2 4 2电源电动势 定义描述电源非静电力作功能力大小的量 就是电源电动势 电源外部电流从正极板到负极板叫外电路 把单位正电荷从负极板经内电路搬至正极板 电源非静电力做的功 为了便于计算规定 的方向由负极板经内电路指向正极板 即正电荷运动的方向 单位 焦耳 库仑 伏特 越大表示电源将其它形式能量转换为电能的本领越大 其大小与电源结构有关 与外电路无关 电源内部电流从负极板到正极板叫内电路 3 中间有一素瓷板离子可以自由通过但两侧溶液不掺混 铜极板上有Cu 离子沉积 在锌极板处Zn 溶解 动态平衡下溶液内各处电位相等 电源开路时 A B C D各处电位如图所示 电位跃变由电源决定 电源开路时 路端电压等于电动势 4 3电源充放电时的路端电压 以丹聂尔电池为例 4 放电时 充电时 定义为内阻上压降 5 5直流电路 5 1一段含源电路的欧姆定律 放电时 充电时 电动势 6 由能量守恒及转换定律得 为电池消耗于内电阻上的功率 为电池的输出功率 为电池的化学能功率 5 2全电路的欧姆定律 7 5 3电路中任意两点之间的电势差 当不能忽略电源内阻时 可把电源等效成一个电动势为 内电阻为零和一个电阻为的串联 8 电流与巡视方向相同时 电阻上压降前为负 反之为正 当电动势方向与巡视方向相同时 其前为正 反之为负 巡视方向 末端 9 因为 所以 通过节点电流的代数和为零 6 1基尔霍夫第一组也称为节点的电流方程 6基尔霍夫方程组 支路branch把任意一条电源和电阻串联的电路叫做支路 回路loop把n条支路构成的通路叫做回路 节点node三条或更多条支路的汇集点叫做节点 10 6 2基尔霍夫第二方程组也称为回路的电压方程 若有个节点 则有个电流方程 计算结果电流为正值 说明实际电流方向与图中所设相同 若电流为负值 表明实际电流方向与图中所设相反 三条支路 两个节点 任一回路电压降的代数和为零 可解出条支路的电流 11 利用基尔霍夫方程组求解电路问题 选定独立的节点和回路假设回路上的电流方向任意选择一个巡视方向 顺时针或逆时针均可 对节点写出电流的基尔霍夫第一方程对回路写出电势的基尔霍夫第二方程符号规则 沿着巡视方向 遇到电阻 电流方向与巡视方向一致时去正号 遇到电源正极时取正号 反之取负号 总共列出N个方程 N为未知数 求解 放电流为正 说明与假设方向一致 若为负 则与假设方向相反 12 例 双电源供电电路 基尔霍夫第一 二方程组 常系数线性方程组可解 巡视方向 13 例 电桥 electricbridge 桥路平衡时 所以 14 BCDB回路 ADCEFA回路 ABDA回路 15 例 电势差计电路如图 是标准电动势 是待测电动势 工作时在合上开关后 将 合到一侧 在保持不动的情况下 调整电阻使电流计中无电流 此时电流全部流过AB电阻丝 可列出回路电压方程 16 保持R不变将 合到一侧 调整滑动接头的位置直到电流计中无电流 同理可得 AB电阻丝是均匀的 它的一段电阻和长度成正比 所以 17 7电容器的充放电过程 RC电路的暂态过程 充电 放电 一阶线性常系数齐次微分方程 一阶线性常系数非齐次微分方程 18 用分离变量解方程 19 初始条件 设为时间常数 初始条件 20 放电 充电 用下述关系式可求出及各量的值 表明时基本结束充放电过程 具有时间的量纲 单位 秒 21 相当于电容短路时的电流 电容器充电图形 22 电容器放电图形 23 电容器的充放电过程是从一个稳定状态到另一个稳定状态的过渡过程 也叫做暂态过程 它并不是稳恒过程 只有在一定条件下才能使用基尔霍夫方程组 根据相对论 当极板上电量变化比较慢时 以致于回路的尺度比光速在时间常数内传播的距离小得很多时 c 电场虽然变化 但在任意时刻 回路范围内的电场都十分近似地由该时刻的电荷分布所决定 因而这电场就可以按稳恒电场处理 这种缓慢变化的电场叫似稳电场 24 电容与电阻串联电路中 A B为输入端 输入方波UAB 其宽度远大于时间常数 应用 微分电路 在电阻上取输出 输出两个正反脉冲 如输入幅度UAB 10伏 T 0 2秒 R 100k C 100pF 输入 输出具有微分的关系 25 充电时R上压降 放电时R上压降 26 4电源和电动势 4 1电源 非静电力 4 2电源电动势 4 3电源充放电时的路端电压 5直流电路 5 2全电路