第3講電流和電壓的關聯(lián)參考方向

1、第一章第一章 電路和電路元件電路和電路元件上頁返回下頁第1章1.2 1.2 電壓和電流的參考方向電壓和電流的參考方向第1章上頁下頁返回電源電源負載負載開關開關UI碳棒碳棒鋅皮鋅皮電解質電解質銅帽銅帽電流產生條件：電流產生條件： 電流實際方向：電流實際方向：規(guī)定規(guī)定正電荷正電荷移動的方向移動的方向 。一、一、 電電 流流表示方法：表示方法：大寫字母表示常量大寫字母表示常量，小寫字母表示小寫字母表示隨時間而變的隨時間而變的變量變量。電電 流：流：電荷電荷在閉合回路中的在閉合回路中的定向流動。定向流動。 電流強度：電流強度：是指在單位時間內通過導體橫截面電荷量。是指在單位時間內通過導體橫截面電荷量。

2、第1章假設于假設于dtdt時間內通過導體橫截面的電量為時間內通過導體橫截面的電量為dqdq，則電流強度則電流強度: : i(t)=dq(t)/dti(t)=dq(t)/dt也適用于電路中的其他各物理量。也適用于電路中的其他各物理量。恒定電流恒定電流: : 量值和方向均量值和方向均不隨時間變化不隨時間變化的電流。的電流。 簡稱簡稱直流直流(dc或或DC)，符號，符號I 。與電流有關的幾個名詞與電流有關的幾個名詞時變電流時變電流: : 量值和方向量值和方向隨時間變化隨時間變化的電流。的電流。 符號符號i 。 時變電流在某一時刻時變電流在某一時刻t 的值的值i (t) ， 稱為瞬時值稱為瞬時值 。交

3、流電流交流電流: : 量值和方向量值和方向作周期性變化作周期性變化且平均值為零的且平均值為零的 時變電流時變電流，簡稱簡稱交流交流(ac或或AC)。符號。符號i 1 1、電流的熱效應：電流的熱效應：電流通過導體會產生熱；電流通過導體會產生熱； 2 2、電流的力效應：電流的力效應：電流周圍存在著磁場，它電流周圍存在著磁場，它 會對其他的載流元件或磁會對其他的載流元件或磁 性元件產生力的作用。性元件產生力的作用。第1章 電流具有兩個重大實際意義的效應電流具有兩個重大實際意義的效應：電場方向電場方向dqVAVBBA電場力把單位正電荷電場力把單位正電荷從從A移動至移動至 B時時所做所做 的功的功。1

4、1、電壓、電壓UAB ：假設電路中，電場力對電荷所做的功是假設電路中，電場力對電荷所做的功是dwdw，則，則A A、B B兩點之間的電壓：兩點之間的電壓： UAB=dw/dq電壓的正方向電壓的正方向: :一般規(guī)定為一般規(guī)定為電位降低的方向電位降低的方向。第1章它是衡量它是衡量 電場力對電荷做功電場力對電荷做功本領本領 的物理量。的物理量。 也是衡量單位電荷在靜電場中也是衡量單位電荷在靜電場中由于電勢不同所產生由于電勢不同所產生的的能量差能量差的物理量。的物理量。 * *參考點：規(guī)定參考點：規(guī)定電勢為零的點電勢為零的點，又叫，又叫零電位點零電位點。 2 2、電位電位V VA ：電場力將單位正電荷

5、電場力將單位正電荷自自A A點沿任意路徑點沿任意路徑 移動到移動到參考點參考點所做的功所做的功。注意：電位是相對量，電壓是絕對量。注意：電位是相對量，電壓是絕對量。UAB = vAvB它是表示它是表示電場中某一點性質電場中某一點性質的物理量。的物理量。 電壓與電位關系：電壓與電位關系： 1.電路中任意電路中任意兩點間兩點間的電壓的電壓,等于該兩點的電位之差等于該兩點的電位之差。 2.電路中任意電路中任意點點的電位的電位,等于該點沿任意路徑到等于該點沿任意路徑到參考參考 點點間間的的電壓電壓。 vA= UA o 電源電源負載負載開關開關UI碳棒碳棒鋅皮鋅皮電解質電解質銅帽銅帽3、電動勢：、電動勢

6、： 是表示電源性質是表示電源性質，衡量非電場力做功本領衡量非電場力做功本領的物理量的物理量。 電動勢的方向電動勢的方向：由由低低電位端指向電位端指向高高電位端電位端-+E電動勢的 真實方向+-AB-E(a)(b)E=-UE=-UE=-E=UE=U 電動勢與端電壓的關系電動勢與端電壓的關系-E(c)(d)EABUUE=UE=U-E=U-E=UU+AB+-EABU 在圖中在圖中給出了確定給出了確定參考方向參考方向下，電源電動勢下，電源電動勢E與端與端電壓電壓U的關系式。的關系式。 電動勢與電壓都可以用來表示電源正、負電動勢與電壓都可以用來表示電源正、負極之間的電位差。極之間的電位差。 電路的基本作

7、用之一是實現(xiàn)電路的基本作用之一是實現(xiàn)能量的傳遞能量的傳遞。 我們用功率來我們用功率來表示能量變化的速率表示能量變化的速率，用，用p p或或P P 表示。表示。功率：功率：也就是能量對時間也就是能量對時間的導數(shù)。的導數(shù)。 即：即： dtdwp上頁下頁返回電電 功功 率：率：單位時間內能量的變化。單位時間內能量的變化。一、電流和電壓的實際方向一、電流和電壓的實際方向電流的實際方向：電流的實際方向：正電荷運動的方向正電荷運動的方向 或或負電荷運動的反方向；負電荷運動的反方向； 電壓的實際方向：電壓的實際方向： 由高電位端指向低電位端；由高電位端指向低電位端；電電流流和和電電壓壓的的實實際際方方向向*

8、 *1.3.2 電壓、電流關聯(lián)參考方向電壓、電流關聯(lián)參考方向 在復雜電路中，難以預先確定電流的實際方向，為了在復雜電路中，難以預先確定電流的實際方向，為了電路分析和計算的需要，應采取的方法：電路分析和計算的需要，應采取的方法：電流方向電流方向 ba,ab？abR5R2R1R3R4R6+ + +E1E2EURIab第1章二、電壓、電流的參考方向二、電壓、電流的參考方向-參考方向：參考方向：在電路圖上在電路圖上任意規(guī)定任意規(guī)定的一個方向。的一個方向。簡單電路簡單電路 電壓和電流參考方向的表示方法電壓和電流參考方向的表示方法 電流的參考方向電流的參考方向： 箭頭箭頭電壓的參考方向：電壓的參考方向：箭

9、箭 頭頭 ： 雙下標雙下標 ：Uab 或或 Uab 極極 性性 ： “ + ”、“ ” ，Iab 雙下標雙下標 : 電流電流有兩種可能的參考方向有兩種可能的參考方向，表達式，表達式相差一個相差一個負號負號。若采用若采用雙下標表示雙下標表示電流的參考方向，電流的參考方向，第1章下頁則：則：電壓、電流的參考方向電壓、電流的參考方向-參考方向的參考方向的選擇是否會選擇是否會影響實際方影響實際方向的向的判斷判斷 ？1、先任意選定選定一個方向，稱為參考方向參考方向 。2、依此參考方向，根據(jù)電路定理、定律列列 電路方程電路方程，從而進行電路分析計算。電路中U、I 實際方向的確定: 計算結果為結果為“+ +

10、” ，實際方向與假設方向一致一致； 計算結果為結果為“- -”，實際方向與假設方向相反相反 3、根據(jù)計算結果確定確定U U、I I 實際方向實際方向：上頁下頁返回第1章 根據(jù)根據(jù)電流或電壓電流或電壓其其參考方向參考方向以及其以及其量值的正負量值的正負。 電壓和電流實際方向的確定：電壓和電流實際方向的確定：若若U或或I 取正取正值值，其實際方向與參考方向，其實際方向與參考方向相同相同。若若U或或I 取負取負值值，其實際方向與參考方向，其實際方向與參考方向相反相反。 今后，今后，在分析電路時，在分析電路時，必須先規(guī)定電流變量的必須先規(guī)定電流變量的參參考方向?？挤较?。返回下頁上頁解：解：假定假定I

11、I 的的參考方向參考方向如圖所示如圖所示。 則：則：abaddb RUEUUUabRUEUIRR（實際方向與參考方向相反！）（實際方向與參考方向相反?。┮阎阂阎篍 =2=2V, , R R =1=1，設設b b為參考點。為參考點。問：當問：當Uab為為1V時，時，I = ?= ?ab121V A1A1UI , ,上頁下頁返回 練習練習1.3.1 URE IRabd vA= UA o * *三、三、電壓與電流的關聯(lián)參考方向電壓與電流的關聯(lián)參考方向 1.關聯(lián)參考方向：關聯(lián)參考方向：就是就是電流的電流的參考方向參考方向與與 電壓電壓 參考方向參考方向一致一致 。RUI+RU+圖圖 (c)RUI圖

12、圖 (a)圖圖 (b)關聯(lián)參考方向關聯(lián)參考方向非關聯(lián)參考方向非關聯(lián)參考方向I+或或返回下頁上頁在關聯(lián)參考方向下，在關聯(lián)參考方向下，表示式為：表示式為：RUI 在非在非關聯(lián)參考方向下，參考方向下，表示式：表示式：RUI內容：內容：通過電阻的電流與電壓成正比通過電阻的電流與電壓成正比RU+ 圖圖 中若中若 I = 2 A，R = 3 ，則：，則： U = RI電壓與電流參電壓與電流參考方向相反考方向相反電流的參考方向電流的參考方向與實際方向相反與實際方向相反歐姆姆定定律律1)2)第1章返回下頁上頁= 3( 2 ) = 6 V2.2.電壓、電流的關聯(lián)參考方向的應用電壓、電流的關聯(lián)參考方向的應用 練習

13、練習1.3.2 歐姆定律全電路歐姆定律歐姆定律全電路歐姆定律 全電路：全電路：由電源和負載組成的閉合電路由電源和負載組成的閉合電路。 0RREI 關聯(lián)方向下，全電路歐姆定律可用公式表述為關聯(lián)方向下，全電路歐姆定律可用公式表述為 定律內容：定律內容：閉合電路中的電流與電源電動勢成正比，與閉合電路中的電流與電源電動勢成正比，與電路的總電阻成反比。電路的總電阻成反比。對全電路進行分析研究時，必須考慮電源的內阻對全電路進行分析研究時，必須考慮電源的內阻。 全電路歐姆定律：全電路歐姆定律： 式中：各量物理意義式中：各量物理意義 E電源電動勢，單位是伏電源電動勢，單位是伏特特，符號為，符號為V； R負載電

14、阻，單位是歐負載電阻，單位是歐姆姆，符號為，符號為； R0電源內阻，單位是歐電源內阻，單位是歐姆姆，符號為，符號為； I閉合電路中的電流，單位是安閉合電路中的電流，單位是安培培，符號為，符號為A。 0RREI電功率 2 2) )P 0 ,表示該元件表示該元件吸收吸收 功率功率(負載） P0 ,表示表示該元件該元件輸出輸出 功率功率（電源）在關聯(lián)參考方向下，在關聯(lián)參考方向下，在非關聯(lián)參考方向下，在非關聯(lián)參考方向下，UIPUIP 1)* * 電壓、電流的關聯(lián)參考方向的應用電壓、電流的關聯(lián)參考方向的應用第1章返回下頁上頁* 電源與負載的判別方法：電源與負載的判別方法： 例例 已知：圖中已知：圖中 U

15、 UAB AB = 3V= 3V， I I = = 2A 2A 解解 P P = = UIUI = = ( (2)2)3= 3= 6 W 6 W求：求：N N 是電源還是負載是電源還是負載? ?電壓、電流的參考方向相同，電壓、電流的參考方向相同，P P 為負值，為負值，N N發(fā)出功率發(fā)出功率-電源。電源。NABI 電路的電路的基本物理量基本物理量W、kW、mWV、kV、mV、 VV、kV、mV、 VA、mA、 A(用電或供電)電源力驅動正電荷的方向 （低電位低電位 高電位高電位）電位降的方向（高電位高電位 低電位低電位） 正電荷移動的方向 高電位流向低電位PE（直流直流） e（交流交流）U（直

16、流直流） u（交流交流）i（交流）（交流）I（直流直流）物理量物理量單單 位位方方 向向功率功率電流電流電壓電壓電動勢電動勢上頁下頁返回第1章（）圖：因為是（）圖：因為是關聯(lián)參考方向關聯(lián)參考方向 P=2（3）6W，0產生功率產生功率解：解： ( a ) 圖：電壓、電流為圖：電壓、電流為關聯(lián)參考方向關聯(lián)參考方向，由，由P=UI， P =（）（）（）（）4，吸收功率吸收功率第1章返回下頁上頁練習1.3.3 計算圖中各元件的功率,指出是產生功率還是吸收功率。（）圖：因為是（）圖：因為是關聯(lián)參考方向關聯(lián)參考方向，故，故UI，吸收功率吸收功率（）圖：因為是（）圖：因為是非關聯(lián)參考方向非關聯(lián)參考方向，UI

17、 P =1 1，0產生功率產生功率第1章返回下頁上頁 電路分析基本概念：參考方向 、關聯(lián)參考 方向、電位2.電路分析的基本變量：電壓、電流、功率返回上頁下頁 3.歐姆定律表達式含有正負號: : 當U、I參考方向一致時為正，否則為負知識小結知識小結 5.5.U、I 為代數(shù)量，也有正負之分。當參考方 向與實際方向一致時為正，否則為負。上頁下頁返回第1章4.電壓電流“實際方向”是客觀存在的物理現(xiàn) 象，“參考方向” 是人為假設的方向。知識小結知識小結1. 1. 電源開路電源開路 電源開路時的特征電源開路時的特征I = 0U = U0 = E P = 0 當開關斷開時，電源則處于開路當開關斷開時，電源則

18、處于開路( (空載空載) )狀態(tài)。狀態(tài)。EI IU0R0Rabcd+_+_*電源的三種工作狀態(tài)電源的三種工作狀態(tài)第1章上頁下頁返回小常識小常識歐姆定律全電路歐姆定律歐姆定律全電路歐姆定律 全電路：全電路：由電源和負載組成的閉合電路由電源和負載組成的閉合電路。 0RREI 關聯(lián)方向下，全電路歐姆定律可用公式表述為關聯(lián)方向下，全電路歐姆定律可用公式表述為 定律內容：定律內容：閉合電路中的電流與電源電動勢成正比，與閉合電路中的電流與電源電動勢成正比，與電路的總電阻成反比。電路的總電阻成反比。對全電路進行分析研究時，必須考慮電源的內阻對全電路進行分析研究時，必須考慮電源的內阻。 全電路歐姆定律：全電路

19、歐姆定律： 式中：各量物理意義式中：各量物理意義 E電源電動勢，單位是伏電源電動勢，單位是伏特特，符號為，符號為V； R負載電阻，單位是歐負載電阻，單位是歐姆姆，符號為，符號為； R0電源內阻，單位是歐電源內阻，單位是歐姆姆，符號為，符號為； I閉合電路中的電流，單位是安閉合電路中的電流，單位是安培培，符號為，符號為A。 0RREIUIS電流過大，將燒毀電源！電流過大，將燒毀電源！2.2.電源短路電源短路U = 0I = IS = E / R0P = 0 PE = P = R0IS2 ER0Rbcd+_ 電源短路時的特征電源短路時的特征a 當當電源兩端電源兩端由于某種原因由于某種原因連在一起連

20、在一起時，電源時，電源則被短路。則被短路。 為防止事故發(fā)生，需在電路中接入熔斷器或自為防止事故發(fā)生，需在電路中接入熔斷器或自動斷路器，用以保護電路。動斷路器，用以保護電路。第1章上頁下頁返回U = 0I 視電路而定視電路而定有源電路由于某種需要將電路的由于某種需要將電路的某一段短路某一段短路，稱為短接。，稱為短接。UIER0R+_R1第1章上頁下頁返回 3. 3. 電源有載工作電源有載工作EI IUR0Rabd+_c電源的外特性曲線電源的外特性曲線IUOR0IUE1). 電壓與電流電壓與電流U = RI 當當 R0 R 時，時， 則則 U ER + R0I = E或或 U = E R0I 說明說明電源帶負載能力強電源帶負載能力強 電路中產生的功率與取用的功率相平衡電路中產生的功率與取用的功率相平衡EI IRabcd+_+_R0UUI = EI R0I2 P = PE P 功率功率平衡式平衡式電源輸電源輸出功率出功率電源產電源產生功率生功率內阻消內阻消耗功率耗功率電源產電源產生功率生