電路理論中常用的物理量有電壓(u)、電流(i)、電荷(q)、磁鏈(ω)、電功率(P)和電能(W)。
知識點1:電流電荷的定向移動形成電流。電荷用q或Q表示,單位為庫倫。單位時間內通過導體截面的電荷量為電流強度(簡稱電流),可以衡量電流的大小,用i和I表示,其數學表達式為i=dq/dt,單位為安培(A),常用單位還有kA, mA, μA等。
習慣上把正電荷運動的方向定義為電流的實際方向。電流大小可以用電流表測量。電流/既可以代表一物理量,也可代表其物理量的大小。
大小和方向都不隨時間變化的電流稱為恆定電流或直流電流,一般用大寫字母I表示, 否則稱為時變電流,用小寫字母i表示。大小和方向隨時間作周期性變化且平均值為零的時變電流,稱為交流電流。
知識點2:電壓和電位
(1)電壓
單位正電荷由電路中一點移動到另一點所獲得或失去的能量,稱為這兩點之間的電壓, 用符號u表不,數學表達式為u=dW/dq,單位為伏特(V)。其中dq為從一點移動到另一個點的電荷量,dW為電荷移動過程中所獲得或失去的能量。電壓的大小可以用電壓表測量。
(2)電位
如果在電路中選定一點作為參考點,那麼,電路中任一點到該參考點的電壓稱為該點的電位。
參考點的電位恆為零。電路中各點的電位值與參考點的選擇有關,參考點不同,該點的電位值也就不同。電路中兩點間的電壓等於兩點的電位差,即uab=ua-ub,兩點之間的電壓大小與參考點的選擇無關。
(3) 電壓的方向
如果正電荷由a點移到b點獲得電能量,則a點電位比b點低,由a到b為電壓升的方向;如果正電荷由a點移到b點失去電能量,則a點電位比b點高,由a到b為電壓降的方向。習慣上,將電壓降的方向定義為電壓的實際方向,高電位點為電壓正極,低電位點為電壓負極。
例1-4、電路中與參考點位置選擇無關的物理量有( )。
A、元件的電壓 B、各點電位 C、元件的電流 D、參考點的電位
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知識點3:參考方向在對電路分析之前,電路中電壓和電流的實際方向可能是未知的,也可能是隨時間變動的,因此必須引入參考方向。在指定的參考方向下,電壓和電流可以看成代數量。當電壓或電流的數值大於零時,表明參考方向與實際方向一致,而數值小於零時,表明參考方向與實際方向相反。
電流參考方向有兩種表示方法,箭頭表示和雙下標表示。電流iAB表示電流的參考方向由A點指向B點。
電壓參考方向有三種表示方式,箭頭表示、正負極性表示、雙下標表示。電壓uAB表示A為參考正極,B為參考負極。
參考方向在電路理論中起著十分重要的作用,分析電路前必須選定電壓和電流的參考方向。只有在指定參考方向的情況下,計算出的正負號才有確切的含義。參考方向不同時,表達式相差一個負號,但電壓、電流的實際方向不變。參考方向一經選定,必須在圖中相應位置標註(包括方向和符號),在計算中不得任意改變。
電壓和電流參考方向的選取是任意的,二者之間沒有任何依賴和相互約束關係。同一元件上,電壓和電流參考方向的選取方式有兩種。
當電流參考方向從電壓參考極性中標有「+」號的一端流入,而從標有「-」號的一端流出
時稱為關聯參考方向。電流的參考方向從電壓參考極性中標有號的一端流入,而從標有 「十」號的一端流出時稱為非關聯參考方向。
例1-5、電路中電壓的參考方向和實際方向總是一致的。( )
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例1-6、電路中電流i1=1A,i2=-2A,下列說法正確的是( )
A. 電流i1比i2 電流大
B. 電流i1比i2 電流大小
C. i1參考方向與實際方向相同
D. i2參考方向與實際方向相反
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知識點5:功率電路工作時總伴隨電能和其他形式能的轉換。單位時間內轉換的電能量為電功率,電功率用字母p表示,其大小與電壓和電流密切相關。
當正電荷從高電位運動到低電位時,電場力做正功,電能轉換為其他能,稱為電路吸收了電能。
當正電荷從低電位運動到高電位時,電場力做負功(非電場力做工),其他能轉換為電能,稱為電路發出了電能。
單位時間內一段電路吸收或者提供的能量稱為該段電路的電功率(簡稱功率)。一段電路的功率等於該段電路的電壓與流過該段電路電流的乘積,單位是瓦特(W)。
功率也是代數量,不同參考方向下,功率的正負代表的意義不同。
u, i取關聯參考方向時,公式p=ui表示元件吸收的功率,p>0時表示吸收正功率, p<0時表示吸收負功率(發出正功率);
u, i取非關聯參考方向時,公式p=ui表示元件發出的功率,p>0時表示發出正功率, p<0時表示發出負功率(吸收正功率)。
當非關聯參考方向下計算吸收功率或關聯參考方向下計算發出功率時,應採用公式 p= -ui進行計算。
例1-7.求圖1-1所示元件A和B吸收的功率。
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例1-8、圖1-2所示電路中元件G和H發岀的功率均為10W,求I8和Ih。
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