帶你簡單的認識“電路”

電路的作用與組成部分

電路是電流的通路,是為了某種需要由電工設備或電路元件按一定方式組合而成。

1. 電路的作用

(1) 實現電能的傳輸、分配與轉換

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(2)實現信號的傳遞與處理

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2. 電路的組成部分

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電源或信號源的電壓或電流稱為激勵,它推動電路工作;由激勵所產生的電壓和電流稱為響應。

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電路模型

為了便於用數學方法分析電路,一般要將實際電路模型化,用足以反映其電磁性質的理想電路元件或其組合來模擬實際電路中的器件,從而構成與實際電路相對應的電路模型。

理想電路元件主要有電阻元件、電感元件、電容元件和電源元件等。例:手電筒,手電筒由電池、燈泡、開關和筒體組成。

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電池是電源元件,其參數為電動勢 E 和內阻Ro; 燈泡主要具有消耗電能的性質,是電阻元件,其參數為電阻R; 筒體用來連接電池和燈泡,其電阻忽略不計,認為是無電阻的理想導體;開關用來控制電路的通斷。

今後分析的都是指電路模型,簡稱電路。在電路圖中,各種電路元件都用規定的圖形符號表示。

電壓和電流的參考方向

物理中對基本物理量規定的方向

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(1) 參考方向

在分析與計算電路時,對電量任意假定的方向。

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(2) 參考方向的表示方法

電流:

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電壓:

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(3) 實際方向與參考方向的關係

實際方向與參考方向一致,電流(或電壓)值為正值;實際方向與參考方向相反,電流(或電壓)值為負值。

例:

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若 I = 5A,則電流從 a 流向 b;若 I = –5A,則電流從 b 流向 a 。

若 U = 5V,則電壓的實際方向從 a 指向 b;若 U= –5V,則電壓的實際方向從 b 指向 a 。

注意:在參考方向選定後,電流 ( 或電壓 ) 值才有正負之分。

歐姆定律

U、I 參考方向相同時,U = I R;U、I 參考方向相反時,U = – IR。通常取 U、I 參考方向相同。

線性電阻的概念:遵循歐姆定律的電阻稱為線性電阻,它表示該段電路電壓與電流的比值為常數。即:

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電路端電壓與電流的關係稱為伏安特性。線性電阻的伏安特性是一條過原點的直線。

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基爾霍夫定律

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支路:電路中的每一個分支。 一條支路流過一個電流,稱為支路電流。

結點:三條或三條以上支路的聯接點。

迴路:由支路組成的閉合路徑。

網孔:內部不含支路的迴路。

1、基爾霍夫電流定律(KCL定律):在任一瞬間,流向任一結點的電流等於流出該結點的電流。

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即: ∑I入= ∑I出,或: ∑I= 0。對結點 a:I1+I2 = I3或I1+I2–I3= 0。實質: 電流連續性的體現。

基爾霍夫電流定律(KCL)反映了電路中任一結點處各支路電流間相互制約的關係。電流定律可以推廣應用於包圍部分電路的任一假設的閉合面。

2、基爾霍夫電壓定律(KVL定律):在任一瞬間,從迴路中任一點出發,沿迴路循行一週,則在這個方向上電位升之和等於電位降之和。 在任一瞬間,沿任一回路循行方向,迴路中各段電壓的代數和恆等於零。

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即: ∑ U = 0,對迴路1:E1 = I1 R1 +I3 R3或 I1 R1 +I3 R3 –E1 = 0; 對迴路2:I2 R2+I3 R3=E2或I2 R2+I3 R3 –E2 = 0 。

基爾霍夫電壓定律(KVL) 反映了電路中任一回路中各段電壓間相互制約的關係。

電路中電位的概念及計算

電位:電路中某點至參考點的電壓,記為“VX” 。 通常設參考點的電位為零。

某點電位為正,說明該點電位比參考點高;某點電位為負,說明該點電位比參考點低。

電位的計算步驟:

(1) 任選電路中某一點為參考點,設其電位為零;

(2) 標出各電流參考方向並計算;

(3) 計算各點至參考點間的電壓即為各點的電位。

舉例:求圖示電路中各點的電位:Va、Vb、Vc、Vd 。

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解:設 a為參考點, 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。

設 b為參考點,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。

結論:

(1)電位值是相對的,參考點選取的不同,電路中 各點的電位也將隨之改變;

(2) 電路中兩點間的電壓值是固定的,不會因參考 點的不同而變, 即與零電位參考點的選取無關。

藉助電位的概念可以簡化電路作圖,如下圖:

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