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1、书山有路第一章简单直流电路的基础知识 本章逻辑结构 本章重点内容 1 电路中的主要物理量 2 基本定律 3 电路中的各点电位的计算 4 简单直流电路的分析及计算 本章内容提要 一 电路 由电源 用电器 导线和开关等组成的闭合回路 电路的作用是实现电能的传输和转换 二 电流 电荷的定向移动形成电流 电路中有持续电流的条件是 电路为闭合通路 电路两端存在电压 电源的作用是为电路提供持续的电压 三 电流的大小 等于通过导体横截面的电荷量与通过这些电荷量所用时间的比值 即 I qt四 电阻 表示元件对电流呈现阻碍作用大小的物理量 在一定温度下 导体的电阻和它的长度成正比 而和它的横截面积成反比 即 l
2、 R s式中 是反映材料导电性能的物理量 称为电阻率 此外 导体的电阻还与温度有关 五 部分电路欧姆定律 反映电流 电压 电阻三者之间的关系 其规律为 电路组成 简单直流电路 基本定律 电路分类 电阻定律欧姆定律焦耳定律 混联电路 串联电路并联电路 通路电路的三种工作状态开路短路 简单电路的分析及计算 万用表的基本原理电阻的测量电路中各点电位的计算 1 书山有路I UR六 电流通过用电器时 将电能转化为其他形式的能 转换电能的计算 W UIt电功率的计算 P UI电热的计算 Q I2Rt七 闭合电路的欧姆定律 闭合电路内的电流与电源的电动势成正比 与电路的总电阻成反比 即 I E R r 本章
3、重点内容 1 基尔霍夫定律的应用 叠加原理 戴维宁定理的应用 复杂直流电路 基尔霍夫定律 叠加原理 电压源电流源等效变换 戴维宁定理 式中E代表电源电动势 R代表外电路电阻 r代表外电源内电阻 电路参数的变化将使电路中的电流 电压分配关系以及功率消耗等发生改变 八 电源的外特性 在闭合电路中 电源端电压随负载电流变化的规律 即U E Ir九 串联电路的基本特点 电路中各处的电流相等 电路两端的总电压等于各部分电路两端的电压之和 串联电路的总电阻等于各个导体的电阻之和 十 并联电路的基本特点是 电路中各支路两端的电压相等 电路的总电流等于各支路的电流之和 并联电路的总电阻的倒数 等于各个导体的电
4、阻的倒数之和 十一 电阻测量 可采用欧姆表 伏安法和惠斯通电桥 要注意它们的测量方法和适用条件 十二 电位 电路中某点的电位就是该点与零电位之间的电压 电位差 计算某点的电位 可以从这点出发通过一定的路径绕到零电位点 该点的电位即等于此路程上全部电压降的代数和 第二章复杂直流电路 本章逻辑结构 支路电流法 回路电流法 节点电位法 两节点复杂电路 多节点复杂电路 2 书山有路2 电压源与电流源的等效变换 本章内容提要 一 基尔霍夫定律 是电路的基本定律 它阐明了电路中各部分电流和各部分电压之间的相互关系 其内容包括 1 节点电流定律 对电路中任一节点 在任一时刻有 I 0 2 回路电压定律 对电
5、路中的回路 在任一时刻 沿任一回路绕行一周有 U 0 二 支路电流法 是计算复杂电路最基本的方法 它以支路电流为未知量 依据基尔霍夫定律列出节点电流方程和回路电压方程 然后解联立方程求出各支路电流 如果复杂电路有b条支路n个节点 那么可列出 n 1 个独立节点方程和b n 1 个独立回路方程 三 叠加原理 在线性电路中 各支路的电流 或电压 等于各个电源单独作用时 在该支路产生的电流 或电压 的代数和所谓恒压源不作用 就是该恒压源用短接线替代 所谓恒流源不作用 就是该恒流源处用开路替代 四 戴维宁定理 任何一个含源二端网络总可以用一个等效电源来代替 这个电源的电动势等于网络的开路电压 这个电源
6、的内阻等于网络的输入电阻 五 实际电源的两种模型 一种是恒压源与电阻串联组合 另一种是恒流源与电阻并联组合电压源 为提供一定电压的电源 恒压源 如果电压源内阻为零 电源将提供一个恒定不变的电压 电流源 为电路提供一定电流的电源 恒流源 如果电流源内阻为无穷大 电源将提供一个恒定不变的电流 两种电源模型之间等效变换的条件是 r0 rsIs E r0 E rs这种等效变换仅是指外电路等效 而对电源内部是不等效的 且在等效变换时Is与E的方向应该一致 第三章电容 本章逻辑结构 3 本章重点内容 1 电容器容量 电容的概念 影响平行板电容器容量大小的因素 2 电容器串联 并联的工作特性 等效电容及安全
7、性计算 3 对电容器质量的判别 4 电容器中电场能的计算 本章内容提要 一 电容器 任何两个相互靠近又彼此绝缘的导体 都可以看成是一个电容器 二 电容 电容器所带电荷量与它的两极板间的电压的比值叫电容 用字母C表示 即C q 1F 1c v U三 平行板电容器的电容 是由两极板的正对面积 两极板间的距离以及两极板间的介质决定的 即C s r 0sdd四 电容器的连接 一 电容器的串联1 在电容器的串联电路中 电荷量处处相等 即Q Q1 Q2 Q3 Qn2 在电容器的串联电路中 端口总电压等于各电容器两端电压之和 即U U1 U2 U3 Un3 在电容器的串联电路中 电压的分配与电容的容量成反比
8、 即U1 U2 C2 C1 1 分压公式 U C2 2 UU C1 C2C1 C2 C1 U 4 在电容器串联电路中 总等效电容等于各被串电容器容量的倒数和的倒数 即 书山有路平行板电容器的电容电容器串联 电容器并联 电容器的连接 电容器的充放电 电容器中电场能 电容器和电容 4 书山有路 C 1 1Cn 1 1 1C1C2C3 若是只有两只电容器串联 则C C1C2 C1 C2 若是n只相同电容器串联 则C C1n 二 电容器并联1 在电容器的并联电路中 各电容器两端电压相等 且等于端口电压 即U U1 U2 U3 Un2 在电容器的并联电路中 所储存的总电荷量等于各被并电容器中各自储存电荷
9、量之和 即Q Q1 Q2 Q3 Qn3 在电容器的并联电路中 电荷量的分配与被并电容器的容量成正比 即Q1 Q2 C1 C2 1 分电量公式 Q C1 2 C1 C2C1 C2 C2 UQ U 4 在电容器的并联电路中 总等效电容等于各被并电容器的容量之和 即C C1 C2 C3 Cn若是n个相同电容器并联 则C n C1五 电容器的充 放电 电容器是储能元件 充电时把能量储存起来 放电时把储存的能量释放出去 储存在电容器中的电场能量为 C 2 C W 1CU 2 若电容器极板上所储存的电荷量恒定不变 则电路中就没有电流流过 当电容器极板上所储存的电荷量发生变化时 电路中就有电流流过 电路中的
10、电流为i q C UC t t六 电容器的安全电压 加在电容器两极板上的电压不能超过某一限度 一旦超过这个限度 电介质将被击穿 电容器将损坏 这个极限电压叫击穿电压 电容器的安全工作应低于击穿电压 一般电容器均标有电容量 允许误差和额定电压 5 书山有路第四章磁场 磁路及电磁感应 本章逻辑结构 本章重点内容 1 磁场的主要物理量 2 安培力 洛仑兹力 力偶矩 电磁感应的有关分析及计算 3 电磁感应 左手定则 楞次定律 电磁感应定律 4 自感现象和互感现象 5 互感线圈的同名端及判定 6 磁场能量的计算 本章内容提要 一 电流的磁效应1 通电导线的周围和磁铁的周围一样 存在着磁场 磁场具有力和能
11、的特性 它和电场一样是一种特殊的物质 磁场可以用磁力线来描述它的强弱和方向 2 通电导线周围的磁场方向与电流方向之间的关系可用安培定则 也叫右手螺旋定则 来判定 要特别注意大拇指与四指方向的意义 二 磁场的主要物理量1 磁感应强度B是描述磁场力的效应的 当通电导线与磁场方向垂直时 其大小为 电场及磁场 磁场 磁通的变化 电流的磁场 磁现象 磁路 安培法则 右手法则 安培力左手定则 磁场对电流的作用力偶矩 洛仑兹力 磁性材料 电磁感应 感生电流 感生电动势 自感现象电磁感应现象互感现象 大小电磁感应定律感生电压 方向 楞次定律 6 书山有路B FIl2 在匀强磁场中 通过与磁感线方向垂直的某一截
12、面的磁感线的总数 叫做穿过这个面的磁通 即 BS3 磁导率 是用来表示媒介质导磁性能的物理量 任一媒介质的磁导率与真空磁导率的比值叫做相对磁导率 即 0 r 0 7 4 10H m 4 磁场强度为 H B H NIl 或 三 磁场对电流的作用力 磁场力的方向可用左手定则确定 其大小为F BIlsin 通电线圈放在匀强磁场中将受到力矩作用 常用的电流表就是根据这一原理制作的 四 铁磁性物质都能够磁化1 铁磁物质在反复磁化过程中 有饱和 剩磁 磁滞现象 而且还有磁滞损耗 所谓磁滞现象 就是B的变化总是落后于H的变化 所谓剩磁现象 就是当H为零时B不等于零 2 磁化曲线 铁磁物质的B随H而变化的曲线
13、 它表示了铁磁物质的磁性能 3 磁滞回线的形状常被用来判断铁磁物质的性质和作为选择材料的依据 五 磁路 磁通经过的闭合路径称为磁路 磁路中的磁通 磁动势和磁阻之间的关系 可用磁路欧姆定律表示 即 NIRm m 7 l s 其中R 由于铁磁物质的磁导率 不是常数 所以 磁路欧姆定律一般不能直接用来进行磁路计算 由磁路的欧姆定律推导出全电流定律 即IN Hl其中Hl的乘积称为磁位差 用Um表示 即 书山有路Um Hl六 电磁感应1 感应电流 穿过电路的磁通发生变化时 电路中就有感应电动势产生 如果电路是闭合的 则在电路中形成感应电流 电路中感应电流的方向可用右手定则或楞次定律判定 2 感应电动势
14、其大小可用如下公式进行计算 t t E Blvsin 或E N 线圈中感应电动势的大小与穿过线圈的磁通的变化率成正比 这叫做法拉第电磁感应定律 七 自感现象由于线圈本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象 称为自感现象 由自感现象产生的感应电动势叫自感电动势 它的大小为 L t E L I 式中 L是线圈的自感磁链与电流的比值 叫做线圈的自感 而 I L L 线圈的自感是由线圈本身的特性决定的 即与线圈的尺寸 匝数和媒介质的磁导率有关 而与线圈中是否有电流或电流的大小无关 即 l N2S L 八 互感现象两个靠得很近的线圈 当一个线圈中的电流发生变化时 在另一个线圈中产生电磁感应现象 称为互感现
15、象 互感电动势的大小为 t t M1M2 E M i2E M i1 式中 M是互感磁链与产生此磁链的电流的比值 叫做这两个线圈的互感 即M 12 21 i1i2互感只和这两个线圈的结构 相互位置和媒介质的磁导率有关 而与线圈中是否有电流 8 书山有路 或电流的大小无关 即M KL1L2九 磁场能量1 磁场能量和电场能量在电路中的转化是可逆的 2 电感线圈是电路中的储能元件 磁场能量的大小可按下式计算 2 9 L W 1LI2 十 互感线圈的同名端和串联1 在同一变化磁通的作用下 感应电动势极性相同的端点叫同名端 感应电动势极性相反的端点叫异名端 利用同名端判别互感电动势的方向是既实用又简便的方
16、法 2 互感线圈串联 把两个有互感的线圈串联起来有两种不同的接法 异名端相接称为顺串 同名端相接称为反串 顺串 反串后的等效电感分别为 L顺 L1 L2 2ML反 L1 L2 2M十一 涡流和磁屏蔽1 涡流 当铁芯电感中通以交变电流时 穿过铁芯 块状金属 的交变磁通会在铁芯中产生闭合的 旋涡状的感应电流 这种感应电流叫做涡流 涡流具有电磁阻尼作用 电磁驱动作用 去磁作用和热效应等 2 磁屏蔽 对于低频磁场的干扰 常用铁磁材料做屏蔽罩令磁通旁路 对于高频磁场的干扰 则应采用电阻率小的导体做屏蔽罩 以增大涡流 利用涡流的去磁作用来达到磁屏蔽的目的 实践中 互感的用途很多 但有时相邻的两个电感元件会造成相互干扰 可采用互相垂直放置的方法以消除干扰 第五章单相正弦交流电路 本章逻辑结构 书山有路 本章重点内容 1 单相正弦交流电的三要素及电压与电流间的相位关系分析 2 正弦交流电的表示法 3 RLC串联电路及RLC串联谐振的分析和计算 4 功率及功率因数的概念及计算 本章内容提要 一 交流电的产生 u Umsin t u0 V 1 交流发电机2 正弦交流电的正弦函数式e Emsin t e0
