欧姆定律
由欧姆定律I=U/R的推导式R=U/I或U=IR不能说导体的电阻与其两端的电压成正比与通过其的电流成反比因为导体的电阻是它本身的一种性质取决于导体的长度横截面积材料和温度湿度即使它两端没有电压没有电流通过它的阻值也是一个定值这个定值在一般情况下可以看做是不变的因为对于光敏电阻和热敏电阻来说电阻值是不定的对于一般的导体来讲还存在超导的现象这些都会影响电阻的阻值也不得不考虑导体中的电流跟导体两端的电压成正比跟导体的电阻成反比I=U/R)
标准式R=U/I部分电路欧姆定律公式I=U/R或I=U/R=GU(I=U/R)
定义在电压一定时导体中通过的其中G= 1/R电阻R的倒数G叫做电导其国际单位制为西门子(S)
I=Q/t电流=电荷量/时间(单位均为国际单位制也就是说电流=电压/ 电阻或者电压=电阻×电流只能用于计算电压电阻并不代表电阻和电压或电流有变化关系
适用范围
欧姆定律适用于金属导电和电解液导电在气体导电和半导体元件等中欧姆定律将不适用
电路测量
测量直流电路中电流电压电阻电源电动势等物理量的仪表称为直流仪表常用的有电流计安培计伏特计电桥电势差计等直流电源有化学电池燃料电池温差电池太阳能电池直流发电机等直流电主要应用于各种电子仪器电解电镀直流电力拖动等方面
简介
直流电路(direct current circuit, dc circuit)就是电流的方向不变的电路直流电路的电流大小是可以改变的电流的大小方向都不变的称为恒定电流直流放大电路图
直流电流只会在电路闭合时流通而在电路断开时完全停止流动在电源外正电荷经电阻从高电势处流向低电势处在电源内靠电源的非静电力的作用克服静电力再把正电荷从低电势处搬运到达高电势处如此循环构成闭合的电流线所以在直流电路中电源的作用是提供不随时间变化的恒定电动势为在电阻上消耗的焦耳热补充能量
电路图(3张) 比如说我们用的手电筒用干电池的就构成一个直流电路一般来说把干电池蓄电池当作电源的电路就可以看做直流电路你要把市电经过整流桥变压之后作为电源而构成的电路也是直流电路,普遍的低电压电器都是利用直流电的特别是电池供电的电器大部分的电路都要求直流电源但是我们电视机电灯等家用电器所用的电都是交流电它们就是交流电路基尔霍夫定律
基本概念
1支路
1每个元件就是一条支路
2串联的元件我们视它为一条支路
3流入等于流出的电流的支路
2节点
1支路与支路的连接点
2两条以上的支路的连接点
3广义节点任意闭合面
3回路
1闭合的支路
2闭合节点的集合
4网孔
1其内部不包含任何支路的回路
2网孔一定是回路但回路不一定是网孔
复杂电路定义无法直接用串联和并联电路的规律求出整个电路的电阻时称之为复杂电路
第一定律
第一定律又称基尔霍夫电流定律简记为KCL是电流的连续性在集总参数电路上的体现其物理背景是电荷守恒公理基尔霍夫电流定律是确定电路中任意节点处各支路电流之间关系的定律因此又称为节点电流定律它的内容为在任一瞬时流向某一结点的电流之和恒等于由该结点流出的电流之和入
第二定律
第二定律又称基尔霍夫电压定律简记为KVL是电场为位场时电位的单值性在集总参数电路上的体现其物理背景是能量守恒公理基尔霍夫电压定律是确定电路中任意回路内各电压之间关系的定律因此又称为回路电压定律它的内容为在任一瞬间沿电路中的任一回路绕行一周在该回路上电动势之和恒等于各电阻上的电压降之和即
电动势E和U的方向是相反的
1 确定个电阻上的电流方向
2 确定个元件上的电压方向
3 确定回路的绕行方向
4 确定回路方程中电压的正负号
回路方程
确定支路数节点数网孔数
确定各支路的电流方向
确定网孔绕行方向
列出节点电流方程m-1
列出回路电压方程网孔数
解方程
串联并联
串联
串联电路是将整个电路串在一起包括用电器导线开关电源串联电路的特点
1电流只有一条通路
2开关控制整个电路的通断
3各用电器之间相互影响
1串联电路电流处处相等I总= I1 = I2 = I3 =……= In
2串联电路总电压等于各处电压之和U原=U1+U2+U3+……+Un
3串联电阻的等效电阻等于各电阻之和R总=R1+R2+R3+……+Rn
4串联电路总功率等于各功率之和P总=P1+P2+P3+……+Pn推导式P1P2/P1+P2
5串联电容器的等效电容量的倒数等于各个电容器的电容量的倒数之和1/C总=1/C1+1/C2+……+1/Cn
6串联电路中除电流处处相等以外其余各物理量之间均成正比(串联电路又名分压电路)电流做的功指在通电相同时间内的大小R1∶R2=U1∶U2=P1∶P2=W1∶W2=Q1∶Q2
并联
电路电源和测量并联是将并联电路并列连接的电路并联电路的特点1电路有若干条通路2干路开关控制所有的用电器支路开关控制所在支路的用电器3各用电器相互无影响而且在串联电路中电流处处相等在并联电路中电压处处相等串联的优点所以在电路中若想控制所有电路即可使用串联的电路串联的缺点若电路中有一个用电器坏了整个电路意味这都断了并联的优点可将一个用电独器立完成工作适合于在马路两边的路灯并联的缺点若并联电路各处电流加起来才等于总电流由此可见并联电路中电流消耗大1并联电路中各支路的电压都相等并且等于电源电压U=U1=U22并联电路中的干路电流或说总电流等于各支路电流之和I=I1+I23并联电路中的总电阻的倒数等于各支路电阻的倒数和1/R=1/R1+1/R2或写为R=R1*R2/(R1+R2)4并联电路中的各支路电流之比等于各支路电阻的反比I1/I2=R2/R15并联电路中各支路的功率之比等于各支路电阻的反比P1/P2=R2/R16.并联电路增加用电器相当于增加电阻的横截面积定义:用电器并列连接在电路中特点:电路可分为干路和支路,一条支路断开,另一条支路还能可以形成电流的通路,所以不可以用短接法排除电路故障混连
闭合电路
含有电源的闭合电路
公式
I=E/(R+r)=(Ir+U)/(R+r)
I-电流安培AE-电动势伏特V R-电阻欧姆Ω
r-内电阻欧姆Ω U-电压伏特V
公式说明
其中E为电动势,R为外电路电阻r为电源内阻内电压U内=Ir,E=U内+U外
适用范围
只适用于纯电阻电路路端电压与外电阻的关系
①当外电阻R增大时根据I=E/(R+r)可知电流I减小(E和r为定值)内电压Ir减少根据U=E-Ir可知路端电压U增大
特例当外电路断开时R=∞I=0Ir=0U=E即电源电动势在数值上等于外电路开路时的电压
②当外电阻R减少时根据I=E/(R+r)可知电流I增大(E和r为定值)内电压Ir增大根据U=E-Ir可知路端电压U减小
特例当外电阻R=0(短路)时I=E/r内电阻Ir=E路端电压U=0(实际使用时要注意防止短路事故发生)
电路状态 | 电路的总电阻 | 电路中的电流 | 电源的端电压 | 电源的内电压 |
开路 | ∞ | 0 | E | 0 |
通路 | R+r | E/R+r | IR=E-Ir | Ir |
短路 | r | E/r | U=0 | E=Ir |
负载是指连接在电路中的电源两端的电子元件.把电能转换成其他形式的能的装置叫做负载
电功功率
焦耳定律是定量说明传导电流将电能转换为热能的定律内容是电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比跟导体的电阻成正比跟通电的时间成正比
焦耳定律数学表达式Q=I2×Rt适用于所有电路对于纯电阻电路可推导出Q=W=PT;Q=UIT;Q=(/R)T
电场力做的功叫电功.电场力做功使电荷定向移动产生电流
电流所做的功跟电压电流和通电时间成正比电流所做的功叫做电功如果电压U的单位用伏特(V)电流I的单位用安培(A)时间t的单位用秒(S)电功W的单位用焦耳(J)那么计算电功的公式是
W=pt=UIt=uqq为电荷
电流在某段电路上所做的功等于这段电路两端的电压电路中的电流和通电时间的乘积
在纯电阻电路(无电动机中的公式
1W=Q=RtQ为电热,一般在串联电路中使用
2W=Q=(/R)t (一般在并联电路中使用)
电功率
作为表示消耗电能快慢的物理量一个用电器功率的大小数值上等于它在1秒内所消耗的电能如果在"t"SI单位为s这么长的时间内消耗的电能WSI单位为J那么这个用电器的电功率就是P=W/t定义式电功率等于导体两端电压与通过导体电流的乘积
P=U·I对于纯电阻电路计算电功率还可以用公式P=I^2 R和P=U^2 /R
每个用电器都有一个正常工作的电压值叫额定电压用电器在额定电压
下正常工作的功率叫做额定功率用电器在实际电压下工作的功率叫做实际功率
1瓦特1W=1焦/秒(1J/s)=1伏·安(1V·A)
①W电能焦耳J②W= 1kw·h=3.6×10^6J
t时间秒(s) t=1小时h=3600秒(s)
P用电器的功率瓦特WP=1kw=1000w
直流电能的传输过程
在直流电路的情况在导线内电源产生的纵向电场把作用力施加于金属导线内的自由电子静电场的电势差驱动了电子形成了电流电子的势能转化为电子的动能消耗了电功率同时电池的化学能产生了电动势补充了电能完成了能量的转化和守恒所以直流电能完全是在金属导线内部传输的
由于直流电路内的电位差以及电流在金属导线界面外产生了稳定的环型磁场以及静电场所以坡印廷矢量仅仅是数学上的定义事实上没有形成真实的能流也就是说没有电磁能流从导线外部传输到导线内部
在直流电路中电功率P = IV, 单位体积的电功率密度为p =J ·E
电路历史
在电力传输上19世纪80年代以后由于不便于将直流电低电压升至高电压进行远距离传输直流输电曾让位于交流输电20世纪60年代以来由于采用高电压大功率变流器将直流电变为交流电直流输电系统又重新受到重视并获得新的发展