电路模型和电路定律(Ⅰ)

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电路模型和电路定律(Ⅰ)

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【1.1】电路和电路模型

1.实际电路 ----> 由电工设备和电器期间按预期目的连接构成的电流的通路

  • 功能:① 能量的传输、分配与转换 & ② 信息的传递、控制与处理。
  • 共性:建立在同一电路的理论基础上。

2.电路模型

​​

如上图所示:这是一个实际电路抽象成一个电路模型的过程!

电路模型 ----> 反映实际电路不见的主要电磁特性的理想电路元件及其组合。

拓展:电磁是丹麦科学家奥斯特发现的。电磁现象产生的原因在于电荷运动产生波动,形成磁场,因此所有的电磁现象都离不开电场。

原理:电磁是能量的反应是物质所表现的电性和磁性的统称,如电磁感应电磁波电磁场等等。所有的电磁现象都离不开电场;而磁场是由运动电荷(电量)产生的。

理想电路元件(电路模型当中的最小单元) ----> 有某种确定的电磁性能的理想元件。

  • 习惯把输入(Vcc) | 输出(OUT)这种因果关系叫做是:
  • 输入叫做:激励。
  • 输出或者是负载叫做:响应。

上述注意:

  1. 具有相同的主要电磁性能的实际电路部件,在一定条件下可用同一电路模型进行表示。
  2. 同一实际电路部件在不同的应用条件下,其电路模型可以有不同的形式。
  • 例如:电感线圈的电路模型,拓展:线圈是由导线一圈靠一圈地绕在绝缘管上,导线彼此互相绝缘,而绝缘管可以是空心的,也可以包含铁芯或磁粉芯。

【1.2】电流和电压的参考方向

  • 电路中的主要的物理量有电压、电流、电荷、磁链、能量、电功率等。在线性电路分析中人们主要关心的物理量是电流、电压和功率。

电流的参考方向

  • 电流 ----> 带电粒子有规定的定向运动
  • 电流强度 ----> 单位时间内通过导体横截面积的电荷量、
  • 单位A(安培)、KA、mA、uA、1KA = 10^3A,1mA = 10负3次方A,1uA = 10负6次方A
  • 电流方向:规定正电荷的运动方向为电流的实际方向。元件(导线)中电流流动的实际方向只有两种可能:
  • 从左向右

  • 从右向左(少用)

  • 参考方向:任意一个假定正电荷运动的方向即为电流参考方向!

电压的参考方向

  • 电位 ----> 单位正电荷q,从电路中一点移至到参考点(电位=0)时电场力做功大小。
  • 电压 ----> 单位正电荷q,从电路中一点移至另一点时电场力做功(W)的大小。
  • 实际电压方向 ----> 电位真正降低的方向,由高到低。
  • 单位 : V(伏)、kV、mV、uA

电压(降)的参考方向 ----> 假设高电位指向低点位的方向。为电压的参考方向!

那么上面这幅图实际的电压降就是从左向右。假定 U>0!,反之。

  • 注:电压的参考方向通常都是用,正负极性表示的。

关联的参考方向

  • 元件或支路的u,i 采用相同的参考方向称之为:关联参考方向。
  • 反之,称之为是:非关联参考方向。

注意:

  1. 分析电路前必须选定 电压 和 电流 的参考方向。
  2. 参考方向选定了的话,必须在图中相应的位置上进行标注(包括方向和符号),在计算的过程中不得任意改变。
  3. 参考方向不同的时候,其表达式是相差一负号,但电压电流的实际方向不会改变。

【1.3】电功率和能量

  • 电功率 ----> 单位时间内电场力所做的功,符号**"W(瓦)"。**
  • 作为表示电流做功快慢的物理量,一个用电器功率的大小数值上等于它在1秒内所消耗的电能,电器电功率:P = W(电能)/t。瞬间功率:P = UI
  • 能量的单位:J(焦)

电路吸收或发出功率的判断

  • 电流方向与电压方向一致叫做:关联方向,公式:P = UI
  • 电流方向与电压方向相反叫做:非关联方向,公司:P = -UI
  • 吸收功率 P>0(消耗)
  • 发出功率 P<0(产生)

例如:如下图所示:

​我们可以利用上面来求出:电压方向 从左向右,电流方向与电压方向相反。

根据公式求出:P = -UI = -3 x 2 = 6w

问题:复杂电路或交变电路中,两点电压的实际方向往往不易判别,给实际点零一问题的分析计算带来困难。

  • 电压(降)的参考方向 ----> 假设高电位指向地点位的方向。

  • 实际电压(降)的实际方向也是从正极到负极的话,那就是: U>0的。

  • 如果电压(降)的实际方向与参考方向是相反的话,从负极到正极。U<0。

注意:我们电流的参考方向用箭头电压的参考方向用正负极表示即可。

对一完整的电路,满足:发出的功率 = 吸收的功率!这句话的含义是:从实际来说的话,功率是守恒的。因为能量是守恒的,能量对时间的变化是功率。功率也自然是守恒的。

【1.4】 电路常见元件

  1. 电阻元件R:表示消耗电能(是指使用以各种形式做功的能力)的元件,它会把电能转换成热能从而消耗掉去。
  2. 电感元件L:表示产生磁场(磁场是由运动电荷或电场的变化而产生的),储存磁场能量的元件。
  3. 电容元件G:表示产生电场(电场是电荷及变化磁场周围空间里存在的一种特殊物质),储存电场能量的元件。注意:电感元件和电容元件它们并不会消耗能量。
  4. 电压源和电流源:表示将其它形式的能量转变成电能的元件。
  • 注意:这上面所述有个特征:
  1. 只有两个端子。
  2. 可以用电压或电流按数字方式描述。
  3. 不能被分解成其它的元件。
  • 集中参数电路电路 ---> 由集总元件构成的电路
  • 集总条件 ----> d=尺寸<(lm)=电磁波长 <<是远远小于的意思
  • **注意:**集总参数电路 u、i 可以是时间的函数,但与空间坐标无关。因此任何时刻,流入两端元件一个端子的电流等于另一端流出的电流;端子间的电压为单值量。

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