上一讲说到了电路模型,这一电路的抽象,现在我们看看它的基本组成。
1 电流
1.1 概念
对于一根管道,它能够流通电荷,定向移动就形成了电流。
单位时间t内,,某一横截面,穿过电荷量是q,电流i的定义就有了。
这就是电路模型的变量:电流
1.2 参考方向
对于上面的定义,我们知道
- q有大小
- q有方向
- t有大小
因此,我们定义的电流
- 有大小
- 有方向
正电荷的方向被规定为正方向,而电荷在导线中传输,只有可能有两种方向。
在实际分析的时候,为了简化问题,我们需要规定参考方向。
复杂电路,电流很多,还可能是交流,方向难以判断,我们自己定义一个。
任意一个正电荷方向,为参考方向。
之后,电流i
从一个标量,变为了代数量,就有正负了,表示方向。
与规定方向相同的,就是正,相反,就是负。
这很容易,不是吗。
1.3 表示方法
那么,我们如何表达电流?
- 使用箭头
- 使用双下标
1.4 小结
本小节,我们知道了电路模型的一个基本变量:电流。
我们知道了它的含义,它有大小有方向,我们规定参考方向,使用正负号表示电路中电流的方向,它是相对于参考方向而言的。
我们知道了参考方向的表示方式,使用箭头或者双下标。
2 电压
我们同样关心它的
- 含义
- 方向,大小
- 参考方向
- 表示方法
2.1 含义
正电荷从一点移动到另外一点电场力做功为W,电荷量是q。
电场力推着电荷跑,需要做功,消耗能量,用电压这个物理量表示,电场力做正功,电压会降低,因为消耗能量了。
2.2 参考方向
电流实际方向,是正电荷移动的方向,电压也一样,是电场力移动正电荷做功的方向,也就是电压降低的方向。
电场力将正电荷,从A搬运到B,需要做正功,电压下降。
很好理解,你搬了东西,力气减少了。
参考方向
实际情况也是复杂的,我们需要设计电压的参考方向,减轻分析压力。
电流取的是正电荷移动方向,电压也一样,取电压降低的方向,也就是正电荷移动的方向。
如果与之相反,就是负号,正负表示电压的方向,与电流完全一样。
2.3 表示方法
- 箭头
- 双下标
- 与电流不一样:+ -,用正负极表示
小结
必须要先规定电流电压的参考方向,否则没法分析
3 电位
电位指的是任意一点到参考点之间的电压,一般参考点接地,UO = 0 V
则UAO = UA。
按照我们刚才对电压的描述,我们定义A->O是正方向,则电压可以表示为UAO,电位可以表示为UA和UO,而UO = 0,则UA = UAO。
电压与电位总是相伴而生。
例如UAB = UA - UB,A的电位高,B的电位低。电压就是电位差,且与参考点无关,一般都是选大地为参考点。
注意,参考点只有一个。
实际上,UAB = UAO - UBO = UA - UB
4 电流与电压的关联
电压与电流参考方向的设置,是相互独立的,因此可能一样,也可能相反。
实际应用的时候注意看看区别就行了。
5 电动势E–电源
我们要给电路提供能量,需要供能,也就需要非电场力做功,需要外力,比如电池什么的。
这个时候,正电荷就需要被从低电位强力搬运到高电位,就像是逆流而上,而在电场力的时候是顺流而下。
顺流而下,就是电压,逆流而上,就是电动势,对于同样的两个点a和b,它们大小相同,方向相反。
6 功率
- 大写P:直流回路
- 小写p:交流回路
6.1 含义
表示电器元件吸收或发出能量的速率。
6.2 正负
- 吸收功率 – 消耗电能
- 发出功率 – 产生电能
小结
本次课我们掌握了电路模型的基本变量
- 电流
- 电压
- 电位
- 电动势
- 功率
以及一些注意事项
- 参考方向
- 关联参考方向
并且知道了一些计算公式和表达方法!