第3讲 电流和电压的关联参考方向PPT演示课件

第一章,电路和电路元件,上页,返回,下页,第1章,1.2电压和电流的参考方向,第1章,上页,下页,返回,电源,负载,开关,碳棒,锌皮,电解质,铜帽,电流产生条件：,电流实际方向：规定正电荷移动的方向。,一、电流,表示方法：大写字母表示常量，小写字母表示随时间而变的变量。,电流：电荷在闭合回路中的定向流动。,电流强度：是指在单位时间内通过导体横截面电荷量。,第1章,假设于dt时间内通过导体横截面的电量为dq，则电流强度:,i(t)=dq(t)/dt,也适用于电路中的其他各物理量。,恒定电流:量值和方向均不随时间变化的电流。简称直流(dc或DC)，符号I。,与电流有关的几个名词,时变电流:量值和方向随时间变化的电流。符号i。时变电流在某一时刻t的值i(t)，称为瞬时值。,交流电流:量值和方向作周期性变化且平均值为零的时变电流，简称交流(ac或AC)。符号i,1、电流的热效应：电流通过导体会产生热；2、电流的力效应：电流周围存在着磁场，它会对其他的载流元件或磁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：,电场力把单位正电荷从A移动至B时所做的功。,1、电压UAB：,假设电路中，电场力对电荷所做的功是dw，则A、B两点之间的电压：UAB=dw/dq,电压的正方向:一般规定为电位降低的方向。,第1章,二、电压、电位、电动势,它是衡量电场力对电荷做功本领的物理量。,也是衡量单位电荷在静电场中由于电势不同所产生的能量差的物理量。,*参考点：规定电势为零的点，又叫零电位点。2、电位VA：电场力将单位正电荷自A点沿任意路径移动到参考点所做的功。,注意：电位是相对量，电压是绝对量。,UAB=vAvB,它是表示电场中某一点性质的物理量。,电压与电位关系：1.电路中任意两点间的电压,等于该两点的电位之差。2.电路中任意点的电位,等于该点沿任意路径到参考点间的电压。,vA=UAo,电源,负载,开关,碳棒,锌皮,电解质,铜帽,3、电动势：是表示电源性质，衡量非电场力做功本领的物理量。,电动势的方向：,由低电位端指向高电位端,+,+,-,A,B,-,E,(a),(b),E=-U,E=-,E=U,电动势与端电压的关系,在图中给出了确定参考方向下，电源电动势E与端电压U的关系式。,电动势与电压都可以用来表示电源正、负极之间的电位差。,电路的基本作用之一是实现能量的传递。我们用功率来表示能量变化的速率，用p或P表示。,功率：也就是能量对时间的导数。,即：,上页,下页,返回,电功率：单位时间内能量的变化。,四、电功率,一、电流和电压的实际方向,电流和电压的实际方向,*1.3.2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，为了电路分析和计算的需要，应采取的方法：,a,b,R5,R2,R1,R3,R4,R6,+,+,E1,E2,E,U,R,I,a,b,第1章,二、电压、电流的参考方向-列方程依据,参考方向：在电路图上任意规定的一个方向。,简单电路,电压和电流参考方向的表示方法,电流的参考方向：箭头,电压的参考方向：箭头：双下标：Uab或Uab极性：“+”、“”，,电流有两种可能的参考方向，表达式相差一个负号。,若采用双下标表示电流的参考方向，,第1章,下页,则：,电压、电流的参考方向-列方程依据,参考方向的选择是否会影响实际方向的判断？,1、先任意选定一个方向，称为参考方向。2、依此参考方向，根据电路定理、定律列电路方程，从而进行电路分析计算。,电路中U、I实际方向的确定:,上页,下页,返回,第1章,根据电流或电压其参考方向以及其量值的正负。,电压和电流实际方向的确定：,若U或I取正值，其实际方向与参考方向相同。若U或I取负值，其实际方向与参考方向相反。,今后，在分析电路时，必须先规定电流变量的参考方向。,返回,下页,上页,解：,假定I的参考方向如图所示。,则：,（实际方向与参考方向相反！）,已知：E=2V,R=1，设b为参考点。问：当Uab为1V时，I=?,上页,下页,返回,练习1.3.1,vA=UAo,*三、电压与电流的关联参考方向,1.关联参考方向：就是电流的参考方向与电压参考方向一致。,图(a),图(b),关联参考方向,非关联参考方向,I,+,或,返回,下页,上页,在关联参考方向下，表示式为：,在非关联参考方向下，表示式：,内容：通过电阻的电流与电压成正比,图中若I=2A，R=3，则：,U=RI,电压与电流参考方向相反,电流的参考方向与实际方向相反,欧姆定律,1),2),第1章,返回,下页,上页,=3(2)=6V,2.电压、电流的关联参考方向的应用,练习1.3.2,欧姆定律全电路欧姆定律,全电路：由电源和负载组成的闭合电路。,关联方向下，全电路欧姆定律可用公式表述为,定律内容：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。,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：,式中：各量物理意义E电源电动势，单位是伏特，符号为V；R负载电阻，单位是欧姆，符号为；R0电源内阻，单位是欧姆，符号为；I闭合电路中的电流，单位是安培，符号为A。,电功率,2)P0,表示该元件吸收功率(负载）P0,表示该元件输出功率（电源）,在关联参考方向下，,在非关联参考方向下，,1),*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：,例,已知：图中UAB=3V，I=2A,解P=UI=(2)3=6W,求：N是电源还是负载?,电压、电流的参考方向相同，P为负值，,N发出功率-电源。,电路的基本物理量,上页,下页,返回,第1章,（）图：因为是关联参考方向,P=2（3）6W，0产生功率,解：(a)图：电压、电流为关联参考方向，由P=UI，,P=（）（）4，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：因为是关联参考方向，故UI,，吸收功率,（）图：因为是非关联参考方向，UI,P=11，0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,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。,本节结束,1.电源开路,电源开路时的特征,I=0,U=U0=E,P=0,当开关断开时，电源则处于开路(空载)状态。,*电源的三种工作状态,第1章,上页,下页,返回,小常识,欧姆定律全电路欧姆定律,全电路：由电源和负载组成的闭合电路。,关联方向下，全电路欧姆定律可用公式表述为,定律内容：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。,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：,式中：各量物理意义E电源电动势，单位是伏特，符号为V；R负载电阻，单位是欧姆，符号为；R0电源内阻，单位是欧姆，符号为；I闭合电路中的电流，单位是安培，符号为A。,U,IS,2.电源短路,U=0,I=IS=E/R0,P=0,PE=P=R0IS2,E,R0,R,b,c,d,+,_,电源短路时的特征,a,当电源两端由于某种原因连在一起时，电源则被短路。,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。,第1章,上页,下页,返回,U=0,I视电路而定,由于某种需要将电路的某一段短路，称为短接。,U,I,E,R0,R,+,_,R1,第1章,上页,下页,返回,3.电源有载工作,c,1).电压与电流,U=RI,当R0R时，则UE,或U=ER0I,说明电源带负载能力强,电路中产生的功率与取用的功率相平衡,R0,U,UI=EIR0I2,P=PEP,功率平衡式,电源输出功率,电源产生功率,内阻消耗功率,电源产生功率,负载取用功率,=,+,内阻消耗功率,功率的单位：瓦特(W)或千瓦(kW),第1章,上页,下页,返回,电源的最大输出功率,一、最大输出功率定理当负载电阻R和电源内阻R0相等时，电源输出功率最大（负载获得最大功率Pmax），即当R=R0时，,在无线电技术中，把负载电阻等于电源内阻的状态叫做电阻匹配。负