《章直流电》PPT课件.ppt

1、第八章 直流电,描述电流的物理量 含源电路的欧姆定律 基尔霍夫定律 电容器的充电和放电,电流的方向不随时间变化的称直流电;电流的大小和方向都不随时间变化的称恒稳电流;而电流的大小随时间变化的称交流电.,本章将讨论直流电的基本规律、复杂电路的计算方法,载流子(carrier)形成电流的带电粒子(自由电子,空穴,正负离子) 导体(conductor):含有大量载流子的物体 导体中产生电流的条件: (1) 含有可以自由移动的载流子 (2) 存在电场,一. 电流,8-1 电流密度,电流强度用 I 表示,方向: 正电荷定向移动的方向 大小（电流强度）: 以单位时间内通过导体截面的电量来量度,单位: 安培

2、(A),瞬时电流强度用 i,方向: 正电荷定向移动的方向 大小,单位:安培(A),二. 电流密度,定义:某一点的电流密度 (current density)是一个矢量,其方向为该点电流强度的方向,导体中任意一点的电流密度其大小为单位时间内通过单位截面的电量,即,电流密度的单位:安培/米2(Am2),二. 一段含源电路的欧姆定律,不仅含有电阻,而且含有电源的电路称为含源电路,含源电路两端的电压=所有电阻上的电势降的代数和+所有电源上电势降的代数和,电势下降为正，升高为负；,当某电路含有多个电阻和电源时,任意两点的电势差为两点间各元件上的电势降之和,UA B 1+I1R1 - 2 -I2R2 +3

3、,例题： 在图所示的电路中, 已知电池A电动势A=24V, 电池B电动势B=12V, 外电阻R=3 .,试计算 (1)电池A的端电压U12; (2)电池B的端电压U34;,(1) 设所选定的路径自1经过电池A而到2, 应用一段含源电路的欧姆定律得,解,所得结果与前相同.,现在再从1342这一积分路径来计算1、2之间的电势差.得,(2)设所选定的积分顺序方向自3经过电池B 而到4,仍应用一段含源电路的欧姆定律得,基尔霍夫(G.R.Gustav Robert Kirchhoff 18241887)德国物理学家、化学家和天文学家,提出基尔霍夫定律、发明分光仪,与本生创立了光谱分析法, 发现了元素铯(

4、1860)和铷(1861).,8-3 基尔霍夫定律,复杂电路: 基尔霍夫定律,一. 基尔霍夫第一定律,一. 基尔霍夫第一定律,在任一节点处,流入节点的电流和流出节点的电流的代数和等于零（节点电流方程）.,基尔霍夫第一定律:,定义 ：流入节点的电流为正，流出节点的电流为负。,二. 基尔霍夫第二定律,基尔霍夫第二定律:从某一回路中任一点出发，绕行回路一周，回路中各元件的电势降的代数和为零（回路电压方程）.,首先要选定回路的绕行方向,若电阻R(或r)中电流I 的方向与绕行相同时,该电阻上的电势降落取正值;相反时,电势降落取负值.若电动势方向与绕行方向相同时,该电源电动势取正值;相反时,电源电动势取负

5、值.,应用基尔霍夫定律时的注意事项:,(1)如果电路中有n个节点,那么只有(n1)个相互独立的节点电流方程.,(2)如果电路中有n个节点，P条支路，那么共有（P-（n-1）)个独立的回路电压方程，且选定的回路中,至少应有一段支路是已选回路中未曾出现过的.,(4)每一电路上电流的流向可以任意假定, 解出的结果若为负,则说明电流的方向与假定的相反.,例题:如图表示把两个无内阻的直流电源并联起来给一个负载供电,设已知 1=220V, 2=220V, R1=R2=10, R=145, 试求每一电源所供给的电流I1以I2及通过负载的电流I.,1,解:利用基尔霍夫定律来解这个问题时,可先根据基尔霍夫第一定

6、律(节点定律)列出电流方程,对节点A:,由于这电路只有两个节点, 所以从节点定律只能得出一个独立的节点电流方程, 由此对节点B没有必要再列方程式了. 为了求出各未知电流, 还需要两个方程, 这两个方程必须利用基尔霍夫第二定律 (回路定律)列出.,对这三个联立方程求解,对回路B3A2B:,对回路B2A1B:,将 1, 2, R1, R2, R代入得:,I2的结果为负值,表明电流方向与图中所假设的方向相反.,课堂练习：如图所示，已知：,求：（1）电路中各支路的电流； （2）A、B两点之间的电压。,解：设各支路中电流 如图所示。,I1,I2,I3,对A节点有：,取如图所示的两个回路， 并选逆时针方向

7、为回路的 方向。则有：,解之得：,从图中可见：,当K接通的瞬间,电源会使C上积累的电荷逐渐增加,电路中有电流流过,这个过程叫做充电(charging),一. 电容器的充电过程,8-4电容器的充放电过程,其中,上式可写为,设充电过程中任一时刻t, 电势差为uc,充电电流为i,得:,式中A是一常数,将初始条件t0时,uC0代入,可求得A-,将其代入上式,得,电容器上的电压为,充电电流为,电容器在充电过程中,电容器极板上的电压和电路中的电流的变化都和时间有关.充电的快慢由RC 决定，令RC = , 称为RC电路的时间常数, 单位: 秒,当如图电路中的K闭合时,已充满的电容器上的电荷将将通过R泄放掉,这个过程称为放电(discharging),在放电过程中的任一时刻,有,iRuC0,二、电容器的放电过