電路的基本物理量.ppt

12 電路的基本物理量,電路的特性是由電流、電壓和電功率等物理量來(lái)描述的。電路分析的基本任務(wù)是計(jì)算電路中的電流、 電壓和電功率。,一、電流和電流的參考方向,帶電粒子(電子、離子)定向移動(dòng)形成電流。電子和負(fù)離子帶負(fù)電荷，正離子帶正電荷。電荷用符號(hào)q或Q表示，它的SI單位為庫(kù)侖( C )。,電流的SI單位是安培(A)。,單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷定義為電流，用符號(hào)i 或I表示，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為,恒定電流: 量值和方向均不隨時(shí)間變化的電流，稱(chēng)為恒定電流，簡(jiǎn)稱(chēng)為直流(dc或DC)，一般用符號(hào)I表示。,與電流有關(guān)的幾個(gè)名詞,時(shí)變電流: 量值和方向隨時(shí)間變化的電流，稱(chēng)為時(shí)變電流，一般用符號(hào)i表示。時(shí)變電流在某一時(shí)刻t的值i (t) ，稱(chēng)為瞬時(shí)值。,交流電流: 量值和方向作周期性變化且平均值為零的時(shí)變電流，稱(chēng)為交流電流，簡(jiǎn)稱(chēng)為交流(ac或AC)。,習(xí)慣上把正電荷移動(dòng)的方向規(guī)定為電流方向(實(shí)際方向)。在分析電路時(shí)，往往不能事先確定電流的實(shí)際方向，而且時(shí)變電流的實(shí)際方向又隨時(shí)間不斷變動(dòng)，不能夠在電路圖上標(biāo)出適合于任何時(shí)刻的電流實(shí)際方向。為了電路分析和計(jì)算的需要，我們?nèi)我庖?guī)定一個(gè)電流參考方向，用箭頭標(biāo)在電路圖上。若電流實(shí)際方向與參考方向相同，電流取正值；若電流實(shí)際方向與參考方向相反，電流取負(fù)值。根據(jù)電流的參考方向以及電流量值的正負(fù)，就能確定電流的實(shí)際方向。,電流參考方向,例如在圖示的二端元件中，每秒鐘有2C正電荷由a點(diǎn)移動(dòng)到b點(diǎn)。,當(dāng)規(guī)定電流參考方向由a點(diǎn)指向b點(diǎn)時(shí)，該電流i=2A,如圖(a)所示；若規(guī)定電流參考方向由b點(diǎn)指向a點(diǎn)時(shí),則電流i=-2A，如圖(b)所示。若采用雙下標(biāo)表示電流參考方向，則寫(xiě)為iab=2A或iba=-2A。,電路中任一電流有兩種可能的參考方向，當(dāng)對(duì)同一電流規(guī)定相反的參考方向時(shí)，相應(yīng)的電流表達(dá)式相差一個(gè)負(fù)號(hào)，即,今后，在分析電路時(shí)，必須事先規(guī)定電流變量的參考方向。所計(jì)算出的電流i(t)0，表明該時(shí)刻電流的實(shí)際方向與參考方向相同；若電流i(t)0，則表明該時(shí)刻電流的實(shí)際方向與參考方向相反。,其中dq為由a點(diǎn)移動(dòng)到b點(diǎn)的電荷量，單位為庫(kù)侖(C)，dW為電荷移動(dòng)過(guò)程中所獲得或失去的能量，其單位為焦耳(J)，電壓的單位為伏特(V)。,二、電壓和電壓的參考極性,電荷在電路中移動(dòng)，就會(huì)有能量的交換發(fā)生。單位正電荷由電路中a點(diǎn)移動(dòng)到b點(diǎn)所獲得或失去的能量，稱(chēng)為ab兩點(diǎn)的電壓，即,習(xí)慣上認(rèn)為電壓的實(shí)際方向是從高電位指向低電位。將高電位稱(chēng)為正極，低電位稱(chēng)為負(fù)極。與電流類(lèi)似，電路中各電壓的實(shí)際方向或極性往往不能事先確定，在分析電路時(shí)，必須規(guī)定電壓的參考方向或參考極性，用“ + ”號(hào)和“ - ”號(hào)分別標(biāo)注在電路圖的a點(diǎn)和b點(diǎn)附近。若計(jì)算出的電壓uab(t)0，表明該時(shí)刻a點(diǎn)的電位比b點(diǎn)電位高；若電壓uab(t)0，表明該時(shí)刻a點(diǎn)的電位比b點(diǎn)電位低。,電壓參考方向或參考極性,將電路中任一點(diǎn)作為參考點(diǎn)，把a(bǔ)點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓稱(chēng)為a點(diǎn)的電位，用符號(hào)va或Va表示。在集總參數(shù)電路中，元件端鈕間的電壓與路徑無(wú)關(guān)，而僅與起點(diǎn)與終點(diǎn)的位置有關(guān)。電路中a點(diǎn)到b點(diǎn)的電壓，就是a 點(diǎn)電位與b點(diǎn)電位之差，即,量值和方向均不隨時(shí)間變化的電壓，稱(chēng)為恒定電壓或直流電壓，一般用符號(hào)U表示。量值和方向隨時(shí)間變化的電壓，稱(chēng)為時(shí)變電壓，一般用符號(hào)u表示。,在幻燈片放映時(shí)，請(qǐng)用鼠標(biāo)單擊圖片放映錄像。,對(duì)于二端元件而言，電壓的參考極性和電流參考方向的選擇有四種可能的方式，如圖17所示。,(a)、(b) 關(guān)聯(lián)參考方向 (c)、(d) 非關(guān)聯(lián)參考方向 圖17 二端元件電流、電壓參考方向,為了電路分析和計(jì)算的方便，常采用電壓電流的關(guān)聯(lián)參考方向，也就是說(shuō)，當(dāng)電壓的參考極性已經(jīng)規(guī)定時(shí)，電流參考方向從“ + ”指向“ - ” ，當(dāng)電流參考方向已經(jīng)規(guī)定時(shí)，電壓參考極性的“ + ”號(hào)標(biāo)在電流參考方向的進(jìn)入端， “ - ”號(hào)標(biāo)在電流參考方向的流出端。,(a)、(b) 關(guān)聯(lián)參考方向 (c)、(d) 非關(guān)聯(lián)參考方向 圖17 二端元件電流、電壓參考方向,下面討論圖示二端元件和二端網(wǎng)絡(luò)的功率。,三、電功率,與電壓電流是代數(shù)量一樣，功率也是一個(gè)代數(shù)量。當(dāng)p(t)0時(shí)，表明該時(shí)刻二端元件實(shí)際吸收（消耗）功率；當(dāng)p(t)0時(shí)，表明該時(shí)刻二端元件實(shí)際發(fā)出（產(chǎn)生）功率。,當(dāng)電壓電流采用關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)，二端元件或二端網(wǎng)絡(luò)吸收的功率為,由于能量必須守恒，對(duì)于一個(gè)完整的電路來(lái)說(shuō)，在任一時(shí)刻，所有元件吸收功率的總和必須為零。若電路由b個(gè)二端元件組成，且全部采用關(guān)聯(lián)參考方向，則,功率的SI單位是瓦特(W)。,二端元件或二端網(wǎng)絡(luò)從t0到t時(shí)間內(nèi)吸收的電能為,表13 列出部分國(guó)際單位制的單位，稱(chēng)為SI單位。,在實(shí)際應(yīng)用中感到這些 SI 單位太大或太小時(shí)，可以加上表1-4中的國(guó)際單位制的詞頭，構(gòu)成SI的十進(jìn)倍數(shù)或分?jǐn)?shù)單位。,例如,例1-1 在圖19電路中，已知U1=1V, U2=-6V, U3=-4V, U4=5V, U5=-10V, I1=1A, I2=-3A , I3=4A, I4=-1A, I5=-3A。 試求：(1) 各二端元件吸收的功率； (2) 整個(gè)電路吸收的功率。,圖19 例11,例1-1 在圖18電路中，已知U1=1V, U2=-6V, U3=-4V,U4=5V, U5=-10V, I1=1A, I2=-3A , I3=4A, I4=-1A, I5=-3A。,整個(gè)電路吸收的功率為,解：各二端元件吸收的功率為,