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1、第1章 电路和电路元件,1.3 电动势、电位、电压、电功率 1.4 电压源和电流源,1-3、电动势、电位、电压、电功率 一、电动势: 1、概念: 在电源内部,电源力F0把单位正电荷从电源负极b沿某一路径l推移到正极a所做的功,称为电动势。即:,2、电动势的方向: 电动势的方向规定为由负极指向正极的方向,也即由低电位端指向高电位端(或电位升高的方向)。在直流电路中,电源的正、负极是已知的,所以电动势的方向不必假设。但在交流电路中,电源电动势的实际方向是随时间作周期性变化,所以电源上所标电动势的方向也是参考方向。在图中可用箭头表示,也可用“+”和“-”表示。 因为正电荷在电源内部被电源力从负极搬到
2、正极而获得了电位能,可以对外做功,所以电源供给电能(输出功率)时,真实电流方向是从电源正极流出,负极流入,即在电源内部电流真实方向与电动势方向一致。,如果电流在电源内部的真实方向与电动势方向相反,电流从电源的正极流入,负极流出,此时的电源是吸取电能(输入功率),处于负载状态。如蓄电池充电时就属于这种情况。,举例:,如图所示电路,其中E1是电源而R和E2同属于负载。 电动势的单位是伏特(V)。,二、电位: 1、概念: 单位正电荷在电场中某点a所具有的电力位能,称为该点的电位Va。 2、电位的相对性和单值性:应注意电位值是相对的,电位的高低是对某一个参考点而言的,某电路的参考点可以是接地点,也可以
3、是许多元件汇集的公共点,或者是为了计算方便而在电路中选择的某一点。参考点的电位为零,其它各点通过与该参考点比较,可定出各自的电位数值,而且在同一电路中,取不同的参考点,各电位就有不同的数值,所以没有参考点的电位数值是没有意义的。但若选定了一个参考点后,电路中某点电位就只有一个固定的数值,这就是电位的相对性和单值性。,举例:如图a)、b)所示的电路中,E=6V。,a)电路中以A点为参考点有: A点电位VA=0 B点电位VB=-6V。,b)电路中以B点为参考点有: B点电位VB=0 A点电位VA=6V。 3、电位的单位:是伏特(V)。 三、电压(电位差): 1、概念: 电路中某两点之间电压的数值等
4、于这两点之间的电位之差。 电路中两点间的电压数值与参考点的选择无关,也与电路路径的选择无关。 举例:上例中,不论所选的参考点是A还是B点, UAB=UA-UB=6V,2、电压的方向: 电压的方向规定为由高电位端指向低电位端,即电位降低的方向。和电流一样,在实际分析计算电路时因不能事先判断某两电位的高低,所以电压也应假定一个方向作为它的参考方向,常用下列三种方法之一表示: (1)、用“+”、“-”符号表示所假定的高电位端和低电位端; (2)、用箭头指向表示电位下降的方向; (3)、用双下标字母表示。例如Uab表示a点为假定的高电位点,b点为假定的低电位点。 3、电压与电动势的区别: 它们的不同之
5、处是做功的力不同,电压是电场力做功,电动势是电源力做功。,相同点是它们的单位都是伏特,都表示移动单位正电荷所做的功。,四、电能和电功率: 1、电能: 电荷在流动过程中所放出的电能,是以电压和电荷的乘积表示: W=Uit 单位为焦(J),也常用“千瓦.时”(KW.h,即“度”)。 2、电功率: P=W/t=UI 单位为瓦(W)。 1-4、电压源和电流源 一、理想电压源和理想电流源:,1、理想电压源: 理想电压源也称为恒压源,它的电路符号如图所示。,理想电压源有如下特点: (1)、电源的端电压恒定,流过它的电流大小是由电压源本身及与它相连的外电路共同决定的。,(2)、对外电路来说,与理想电压源并联
6、的元件(电阻或电流源),并不影响理想电压源对外电路的作用(指外电路提供的端电压、电流及功率),它们对外电路的作用只等效为这理想电压源本身的作用,所以这些并联元件可以除去。但是,就理想电压源本身流过的电流,所发出的功率前后是不同的。 (3)、当电路中有多个理想电压源串联共同作用时,可以把它们合并为一个理想电压源,其电动势等于各个理想电压源电动势的代数和(要注意各电动势的正负极性)。 (4)、理想电压源不允许短路,因为短路时RL0,而使I。,2、理想电流源: 理想电流源也称为恒流源,它的电路符号如图所示。,理想电流源有如下特点: (1)、电流源输出的电流恒定,而电源的端电压大小是由电流源本身及与它
7、相连的外电路共同决定的,因此不能错误地认为理想电流源的端电压为零。,(2)、对外电路来说,与理想电流源串联的元件(电阻或电压源),并不影响理想电流源对外电路的作用,它们对外电路的作用只等效为这理想电流源本身的作用,所以这些串联元件可以除去。但是,就理想电流源本身的端电压和所发出的功率前后是不同的。 (3)、当电路中有多个理想电流源并联共同作用时,可以把它们合并为一个理想电流源,其电激流等于各理想电流源电激流的代数和(要注意电流的方向)。 (4)、理想电流源可以短路,此时U=0,即空载,但不允许开路,因为开路时R,电源端电压U。不过切不可因此就把实际常用的电源短路。 二、电压源和电流源: 1、电
8、压源:,用一个恒电动势为E的理想电压源和一个内电阻R串联来表示的电源称为电压源。 电压源的伏安特性如图所示。,2、电流源: 用一个恒定电流为I(电激流)的理想电流源和一个内电阻R并联的电路来表示的电源称为电流源。,电流源的伏安特性如图所示。,三、电压源与电流源的等效变换: 1、一个电路的电源可以用电压源的形式表示,也可以用电流源的形式表示。若电压源与电流源互为等效,则它们必须是对该电路所起的作用完全相同(指电压、电流的大小和方向、功率的大小完全相同)。,2、理想电压源与理想电流源之间不能等效变换。 3、电压源与电流源的等效变换实际上是用来分析计算电路的一种方法,因此可以把理想电压源E与一个电阻
9、R相串联的电路(此电阻R实际上并不是电源的内阻),变换为一个由电激流大小为IS=E/R的理想电流源与一个电阻R相并联的电路。 4、电压源与电流源的等效变换只是对外部电路等效,对电源内部并不等效。 举例:在图a中,五个元件分别代表电源或负载,电流和电压的参考方向如图所示,现测得I1=20A,I3=10A,I5=-10A,U1=120V,U2=-70V,U3=50V,U4=30V,U5=-80V。,(1)、试标出各电流及电压的实际方向; (2)、求b、f两点间的电压; (3)、判断哪些元件是电源?哪些是负载?,解:(1):,(2)、Ubf=Uba+Uaf=U2+U1=-70+120=50V; Ufb=Ufa+Uab=-U2-U1=-(-70)-120=-50V。 (3)、电源:U和I的实际方向相反。所以电源为2和4; 负载:U和I的实际方向相同。所以负载为1、3、5。,