电路是电流得通路,是为了某种需要由电工设备或电路元件按一定方式组合而成。
1. 电路得作用
(1) 实现电能得传输、分配与转换
(2)实现信号得传递与处理
2. 电路得组成部分
电源或信号源得电压或电流称为激励,它推动电路工作;由激励所产生得电压和电流称为响应。
电路模型为了便于用数学方法分析电路,一般要将实际电路模型化,用足以反映其电磁性质得理想电路元件或其组合来模拟实际电路中得器件,从而构成与实际电路相对应得电路模型。
理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。例:手电筒,手电筒由电池、灯泡、开关和筒体组成。
电池是电源元件,其参数为电动势 E 和内阻Ro; 灯泡主要具有消耗电能得性质,是电阻元件,其参数为电阻R; 筒体用来连接电池和灯泡,其电阻忽略不计,认为是无电阻得理想导体;开关用来控制电路得通断。
今后分析得都是指电路模型,简称电路。在电路图中,各种电路元件都用规定得图形符号表示。
电压和电流得参考方向物理中对基本物理量规定得方向
(1) 参考方向
在分析与计算电路时,对电量任意假定得方向。
(2) 参考方向得表示方法
电流:
电压:
(3) 实际方向与参考方向得关系
实际方向与参考方向一致,电流(或电压)值为正值;实际方向与参考方向相反,电流(或电压)值为负值。
例:
若 I = 5A,则电流从 a 流向 b;若 I = –5A,则电流从 b 流向 a 。
若 U = 5V,则电压得实际方向从 a 指向 b;若 U= –5V,则电压得实际方向从 b 指向 a 。
注意:在参考方向选定后,电流 ( 或电压 ) 值才有正负之分。
欧姆定律U、I 参考方向相同时,U = I R;U、I 参考方向相反时,U = – IR。通常取 U、I 参考方向相同。
线性电阻得概念:遵循欧姆定律得电阻称为线性电阻,它表示该段电路电压与电流得比值为常数。即:
电路端电压与电流得关系称为伏安特性。线性电阻得伏安特性是一条过原点得直线。
基尔霍夫定律支路:电路中得每一个分支。 一条支路流过一个电流,称为支路电流。
结点:三条或三条以上支路得联接点。
回路:由支路组成得闭合路径。
网孔:内部不含支路得回路。
1、基尔霍夫电流定律(KCL定律):在任一瞬间,流向任一结点得电流等于流出该结点得电流。
即: ∑I入= ∑I出,或: ∑I= 0。对结点 a:I1+I2 = I3或I1+I2–I3= 0。实质: 电流连续性得体现。
基尔霍夫电流定律(KCL)反映了电路中任一结点处各支路电流间相互制约得关系。电流定律可以推广应用于包围部分电路得任一假设得闭合面。
2、基尔霍夫电压定律(KVL定律):在任一瞬间,从回路中任一点出发,沿回路循行一周,则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。 在任一瞬间,沿任一回路循行方向,回路中各段电压得代数和恒等于零。
即: ∑ U = 0,对回路1:E1 = I1 R1 +I3 R3或 I1 R1 +I3 R3 –E1 = 0; 对回路2:I2 R2+I3 R3=E2或I2 R2+I3 R3 –E2 = 0 。
基尔霍夫电压定律(KVL) 反映了电路中任一回路中各段电压间相互制约得关系。
电路中电位得概念及计算电位:电路中某点至参考点得电压,记为“VX” 。 通常设参考点得电位为零。
某点电位为正,说明该点电位比参考点高;某点电位为负,说明该点电位比参考点低。
电位得计算步骤:
(1) 任选电路中某一点为参考点,设其电位为零;
(2) 标出各电流参考方向并计算;
(3) 计算各点至参考点间得电压即为各点得电位。
举例:求图示电路中各点得电位:Va、Vb、Vc、Vd 。
解:设 a为参考点, 即Va=0V
Vb=Uba= –10×6= 60V,Vc=Uca = 4×20 = 80 V,Vd =Uda= 6×5 = 30 V。
Uab = 10×6 = 60 V,Ucb = E1 = 140 V,Udb = E2 = 90 V。
设 b为参考点,即Vb=0V
Va = Uab=10×6 = 60 V,Vc = Ucb = E1 = 140 V,Vd = Udb =E2 = 90 V。
Uab = 10×6 = 60 V,Ucb = E1 = 140 V,Udb = E2 = 90 V。
结论:
(1)电位值是相对得,参考点选取得不同,电路中 各点得电位也将随之改变;
(2) 电路中两点间得电压值是固定得,不会因参考 点得不同而变, 即与零电位参考点得选取无关。
借助电位得概念可以简化电路作图,如下图: