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时间:2020-06-18
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1、§1-2电路的基本物理量电路的特性是由电流、电压和电功率等物理量来描述的。电路分析的基本任务是计算电路中的电流、电压和电功率。一、电流和电流的参考方向带电粒子(电子、离子)定向移动形成电流。电子和负离子带负电荷,正离子带正电荷。电荷用符号q或Q表示,它的SI单位为库[仑](C)。电流的SI单位是安[培](A)。单位时间内通过导体横截面的电荷定义为电流,用符号i或I表示,其数学表达式为恒定电流:量值和方向均不随时间变化的电流,称为恒定电流,简称为直流(dc或DC),一般用符号I表示。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,称为时变电流,一般用符号i表示。时变电流在
2、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,称为交流电流,简称为交流(ac或AC)。习惯上把正电荷移动的方向规定为电流方向(实际方向)。在分析电路时,往往不能事先确定电流的实际方向,而且时变电流的实际方向又随时间不断变动,不能够在电路图上标出适合于任何时刻的电流实际方向。为了电路分析和计算的需要,我们任意规定一个电流参考方向,用箭头标在电路图上。若电流实际方向与参考方向相同,电流取正值;若电流实际方向与参考方向相反,电流取负值。根据电流的参考方向以及电流量值的正负,就能确定电流的实际方向。电流参考方向例如在图示的二端元件中,每秒钟有
3、2C正电荷由a点移动到b点。当规定电流参考方向由a点指向b点时,该电流i=2A,如图(a)所示;若规定电流参考方向由b点指向a点时,则电流i=-2A,如图(b)所示。若采用双下标表示电流参考方向,则写为iab=2A或iba=-2A。电路中任一电流有两种可能的参考方向,当对同一电流规定相反的参考方向时,相应的电流表达式相差一个负号,即今后,在分析电路时,必须事先规定电流变量的参考方向。所计算出的电流i(t)>0,表明该时刻电流的实际方向与参考方向相同;若电流i(t)<0,则表明该时刻电流的实际方向与参考方向相反。其中dq为由a点移动到b点的电荷量,单位为库[仑](C),dW为电荷移
4、动过程中所获得或失去的能量,其单位为焦[耳](J),电压的单位为伏[特](V)。二、电压和电压的参考极性电荷在电路中移动,就会有能量的交换发生。单位正电荷由电路中a点移动到b点所获得或失去的能量,称为ab两点的电压,即习惯上认为电压的实际方向是从高电位指向低电位。将高电位称为正极,低电位称为负极。与电流类似,电路中各电压的实际方向或极性往往不能事先确定,在分析电路时,必须规定电压的参考方向或参考极性,用“+”号和“-”号分别标注在电路图的a点和b点附近。若计算出的电压uab(t)>0,表明该时刻a点的电位比b点电位高;若电压uab(t)<0,表明该时刻a点的电位比b点电位低。电压
5、参考方向或参考极性将电路中任一点作为参考点,把a点到参考点的电压称为a点的电位,用符号va或Va表示。在集总参数电路中,元件端钮间的电压与路径无关,而仅与起点与终点的位置有关。电路中a点到b点的电压,就是a点电位与b点电位之差,即量值和方向均不随时间变化的电压,称为恒定电压或直流电压,一般用符号U表示。量值和方向随时间变化的电压,称为时变电压,一般用符号u表示。在幻灯片放映时,请用鼠标单击图片放映录像。对于二端元件而言,电压的参考极性和电流参考方向的选择有四种可能的方式,如图1-7所示。(a)、(b)关联参考方向(c)、(d)非关联参考方向图1-7二端元件电流、电压参考方向为了电
6、路分析和计算的方便,常采用电压电流的关联参考方向,也就是说,当电压的参考极性已经规定时,电流参考方向从“+”指向“-”,当电流参考方向已经规定时,电压参考极性的“+”号标在电流参考方向的进入端,“-”号标在电流参考方向的流出端。(a)、(b)关联参考方向(c)、(d)非关联参考方向图1-7二端元件电流、电压参考方向下面讨论图示二端元件和二端网络的功率。三、电功率与电压电流是代数量一样,功率也是一个代数量。当p(t)>0时,表明该时刻二端元件实际吸收(消耗)功率;当p(t)<0时,表明该时刻二端元件实际发出(产生)功率。当电压电流采用关联参考方向时,二端元件或二端网络吸收的功率为由
7、于能量必须守恒,对于一个完整的电路来说,在任一时刻,所有元件吸收功率的总和必须为零。若电路由b个二端元件组成,且全部采用关联参考方向,则功率的SI单位是瓦[特](W)。二端元件或二端网络从t0到t时间内吸收的电能为表1-3列出部分国际单位制的单位,称为SI单位。在实际应用中感到这些SI单位太大或太小时,可以加上表1-4中的国际单位制的词头,构成SI的十进倍数或分数单位。例如例1-1在图1-9电路中,已知U1=1V,U2=-6V,U3=-4V,U4=5V,U5=-10V,I1=1A
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