大學(xué)電路基礎(chǔ)第一章-在線瀏覽
2025-08-06 12:22本頁面
【正文】 等于將點(diǎn)電荷 q從 A點(diǎn)移至 B點(diǎn)電場力所做的功 WAB與該點(diǎn)電荷 q的比值 ， 即 qWU ABdefAB ?單位： V (伏 ) (Volt，伏特 ) 當(dāng)把點(diǎn)電荷 q由 B移至 A時 ， 需外力克服電場力做同樣的功， 此時可等效視為電場力做了負(fù)功 –WAB， 則 B到 A的電壓為 : ABABBA UqWU ???? 電壓（ Voltage）及其參考方向 電位 ：電路中為分析的方便，常在電路中選某一點(diǎn)為參考點(diǎn)， 把任一點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓稱為該點(diǎn)的電位 。 電位用 ?表示，單位與電壓相同，也是 V(伏 )。 例 . a b c V V 已知 Uab= V， Ubc= V (1) 以 a點(diǎn)為參考點(diǎn) ， ?a=0 Uab= ?a–?b ? ?b = ?a –Uab= – V Ubc= ?b–?c ? ?c = ?b –Ubc= ––= –3 V Uac= ?a–?c = 0 –(–3)=3 V (2) 以 b點(diǎn)為參考點(diǎn) ， ?b=0 Uab= ?a–?b ? ?a = ?b +Uab= V Ubc= ?b–?c ? ?c = ?b –Ubc= – V Uac= ?a–?c = –(–) = 3 V 結(jié)論 ：電路中電位參考點(diǎn)可任意選擇；當(dāng)選擇不同的電位參考時 ， 電路中各點(diǎn)電位均不同 ， 但任意兩點(diǎn)間電壓保持不變 。 電壓參考方向的三種表示方式 ： (1) 用箭頭表示：箭頭指向為電壓（降）的參考方向 (2) 用正負(fù)極性表示：由正極指向負(fù)極的方向為電壓 (降低 )的參考方向 (3) 用雙下標(biāo)表示：如 UAB , 由 A指向 B的方向為電壓 (降 )的參考方向 U U + A B UAB 小結(jié)： (1) 電壓和電流的參考方向是任意假定的 。 (2) 參考方向一經(jīng)假定，必須在圖中相應(yīng)位置標(biāo)注 (包括方向和 符號 ），在計算過程中不得任意改變。 + – R i u u = Ri + – R i u u = –Ri (4) 參考方向也稱為假定方向，以后討論均在參考方向下進(jìn)行 。 反之 ，稱為 非關(guān)聯(lián)參考方向 。 電功率 (Power)與電能 (Energy) dw dq dw dw dqu , i p uidq dt dt dq dt? ? ? ? ? ?功率的計算和判斷 （ 1） u, i 關(guān)聯(lián)參考方向 p = ui 表示元件吸收的功率 P0 吸收正功率 (吸收 ) P0 吸收負(fù)功率 (發(fā)出 ) + – i u p = ui 表示元件發(fā)出的功率 P0 發(fā)出正功率 (發(fā)出 ) P0 發(fā)出負(fù)功率 (吸收 ) + – i u （ 2） u, i 非 關(guān)聯(lián)參考方向 ? 上述功率計算不僅適用于元件 ， 也適用于任意二端網(wǎng)絡(luò) 。 + – 5? I UR U1 U2 例 U1=10V， U2=5V。 I=UR/5=(U1–U2)/5=(10–5)/5=1 A PR吸 = URI = 5?1 = 5 W PU1發(fā) = U1I = 10?1 = 10 W PU2吸 = U2I = 5?1 = 5 W P發(fā) = 10 W， P吸 = 5+5=10 W P發(fā) =P吸 (功率守恒 ) 電能：是一段時間中轉(zhuǎn)換能量之和，用字母 w表示，即 ? ??? tt dpW0??對直流電路，功率不隨時間變化，有 W = P t = UI ? t 式中， P的單位為瓦（ W）， △ t的單位為秒（ s）， W的單位為焦耳（ J）。 常用的無源元件有電阻元件、電容元件、電感元件和互感元件等，它們在電路中通常作為負(fù)載。 分別進(jìn)行介紹 (Resistance ) 一、電阻的物理概念 電阻元件是一個消耗電能的元件。 在電場力作用下，電荷通過電阻時，要克服阻力做功。 非時變線性電阻元件：任何時刻端電壓與其電流成正 比的電阻元件 。 符號 R (1) 電壓與電流的參考方向設(shè)定為一致的方向 R i u + 歐姆定律 (Ohm’s Law) 二、電阻元件的伏安關(guān)系 伏安特性曲線 : ? u ? R i R ? tg ? ? 線性電阻 R是一個與電壓和電流無關(guān)的常數(shù)。但有的電阻性端口網(wǎng)絡(luò)的等效電阻是負(fù)值，此時發(fā)出功率。 i為有限值時， u=0。 u為有限值時， i=0。 非線性電阻的伏安關(guān)系 非線性電阻的伏安關(guān)系在 ui平面上是一條曲線，它的電阻值隨著流過的電流或兩端電壓而改變 半導(dǎo)體二極管是一個典型的非線性電阻 半導(dǎo)體二極管 二極管的伏安特性 i u o i u + 電容器是一種能容納電荷而儲存電場能量的器件 。 C i u + – + – 電容器容量的大小決定于電容器的結(jié)構(gòu) 平行板電容器電容量為 dSC ?? ?式中 ?為絕緣介質(zhì)的介電系數(shù)； s為每個極板的面積； d為極板間的距離。 電容在直流電路中相當(dāng)于開路 ， 電容有隔直作用； (4) 表達(dá)式前的正 、 負(fù)號與 u， i 的參考方向有關(guān) 。 電容的儲能 由此可以看出，電容是無源元件，它本身不消耗能量。 對空心線圈 ? = ?0 = 4??107H/m，若周圍介質(zhì)為磁性材料，則 ??0，且不為常數(shù)。則根據(jù)電磁感應(yīng)定律與楞次定律 L i u + – e + – 或 ???????? ???? ????ttttttttξuψtψξuLiud ξLξuLξuLtitt000000d)(d11d1d 1)( )( )( tiLtψu(yù)dddd ??? i + – u – + e 討論 ： (1) u的大小取決與 i 的變化率，與 i 的大小無關(guān)； (微分形式 ) (2) 電感元件是一種記憶元件； (積分形式 ) (3) 當(dāng) i 為常數(shù) (直流 )時， di/dt =0 ? u=0。 當(dāng) u， i為關(guān)聯(lián)方向時 ， u=Ldi/dt； u， i為非關(guān)聯(lián)方向時 ， u= –Ldi/dt 。 從 t0 到 t 電感儲能的變化量： )(2 1)(2 1)(21)(21 022022 tψLtψLtLitLiW L ????tiLiuipdd???吸0)(21)(21)(21)(21)(21ddd220)(222?????????????????tψLtLiLitLiLiξiLiWittL若ξξ電容元件與電感元件的比較： 電容 C 電感 L 變量 電流 i 磁鏈 ? 關(guān)系式 電壓 u 電荷 q 222121ddψLLiWtiLuLiψL ????222121ddqCCuWtuCiCuqC ???? 互感 （ Mutual Inductance） 一、互感的物理概念 當(dāng)穿過線圈的磁通鏈由線圈本身的電流和其它線圈電流共同產(chǎn)生時，其它線圈電流變化也會引起此線圈磁通鏈變化，從而在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電壓，稱為 互感電壓 。若 di1/dt0，則線圈 N1中 i1的流入端與線圈 N2中感應(yīng)電壓的正極性端稱為同名端。 L L2 代表自感 M 代表互感 M 2 i 1 i 2 u 1 u + + — — * * L 1 L 2 同名端的判別 楞次定律 實驗測定 交流法測定同名端 直流法測定同名端 M ? ? ? N 1 N 2 交流法測定同名端 2是一線圈兩端， 4為另一線圈兩端。 u + V 1 2 3
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