A. 电路的基本概念和基本定律
电路的基本概念和基本定律如下:
电路就是一个为了完成某种功能而由一系列电气器件和导线按一定方式连接起来的电流通路。这些功能比如:电能的传输、分配与转换;电信号的传输、分配与转换等。
电路规模的大小,可以相差很大,小到硅片上的集成电路,大到高低压输电网。根据所处理信号的不同,电子电路可以分为模拟电路和数字电路。
内容是,在任何一个闭合回路中,各元件上的电压降的代数和等于电动势的代数和,即从一点出发绕回路一周回到该点时,各段电压的代数和恒等于零,即∑U=0
KCL基尔霍夫(电路)定律是求解复杂电路的电学基本定律。在19世纪40年代,由于电气技术发展的十分迅速,电路变得愈来愈复杂。某些电路呈现出网络形状,并且网络中还存在一些由3条或3条以上支路形成的交点(节点)。
这种复杂电路不是串、并联电路的公式所能解决的,刚从德国哥尼斯堡大学毕业,年仅21岁的基尔霍夫(GustavRobertKirchhoff,1824~1887),1845年,在他的第1篇论文中提出了适用于这种网络状电路计算的两个定律,即著名的基尔霍夫定律。该定律能够迅速地求解任何复杂电路,从而成功地解决了这个阻碍电气技术发展的难题。
B. 常见电路定律
一、叠加原理
1.叠加原理内容
在线性电路中,当有两个或两个以上电源作用时,任一支路的电流或电压,等于各个电源单独作用时在该支路中产生的电流或电压的代数和。
2.叠加原理的使用说明
1)叠加原理只适用于线性电路,不能用于非线性电路。
2)应用叠加原理分析计算电路时,应保持电路的结构不变。当某一电源单独作用时,要将不作用的电源中的恒压源短接,恒流源开路。
3)最后进行叠加时,要注意各电流或电压分量的方向,与所有电源共同作用的支路电流或电压方向一致的电流分量或电压分量取正号,反之取负号。
4)在线性电路中,叠加原理只能计算电压和电流,不能用来计算功率。
二、戴维南定理
图 二端网络
1.戴维南定理的内容
戴维南定理指出:任何一个线性有源二端网络如上图(a),对外电路来说,都可以用一个电压源来代替,如下图(a),(b)所示。该电压源的电动势E等于二端网络的开路电压,如图(c)所示。其内阻 等于将有源二端网络转换成无源二端网络后(将有源二端网络中的恒压源短路,恒流源开路),网络两端的等效电阻,如图(d)所示。
图 戴维南定理
应用戴维南定理的解题步骤:
1)将待求支路断开,剩余部分是一有源二端网络,将其等效为一电压源。
2)求出该有源二端网络的开路电压,即为电源电动势E。
3)求出将有源二端网络转换成无源二端网络后(将有源二端网络中的恒压源短路,恒流源开路)网络两端的电阻,即为RO。
4)在由一个电压源和待求支路构成的电路中,求出待求量。
C. 电工技术实验电路的基本定律和定理
基本定律
电子所带的电荷量最小,故称为元电荷。
【电荷守恒定律】:电荷既不会消失也不会产生,只能从一个物体转移到另一个物体。这个定律主要说明了电荷是一种属性,而不是一种物体。由这个定理,我们可以想象能量守恒,电荷转移是需要电势能的作用,因此我们的热发电场所做的就是将热能转化为机械能,再转化为电能,产生电势能之后推动导体内部的自由电子运动产生电流了,这样我们的点灯就亮了,当然这其中还有很多细节问题,比如升压降压,整流,耦合等等。
【欧姆定律】:一段导体内的电流,跟加在这段导体的电压呈正比,跟这段导体的电阻成反比。这个定律仅仅说明电流与电压、电阻的关系,而电压和电阻是没有关系的,电阻是导体的根本属性,他的大小与电压电流没有半毛钱的关系。这个要区分清楚,通俗的说,电阻就是导体对电流的阻碍作用,这个阻碍作用是主要看导体的阻碍能力,后面我们再分析电阻的有关特性。
【库伦定律】:真空中的两个点电荷之间的相互作用力,与他们的电荷量的乘积呈正比,与他们的距离的二次方呈反比。这个定律与万有引力定律很类似,一个是宏观宇宙,一个是微观粒子,所谓一花一世界就是这个道理吧。库伦定律所阐述的这种作用力叫静电力。这个定理是说明白如何产生电场的关键所在。
【电场】:电荷周围存在电场,迅速运动的电荷会产生电磁场,静止的电荷产生电场,称静电场。这个观点和导体内部有电流通过时,导线外部产生电磁场的现象是一致的。
【焦耳定律】:电流通过导体产生的热量跟电流的二次方呈正比,跟导体的电阻及通电时间呈正比。以后在工程中,我们经常要考虑一个芯片的功耗,就是利用的电功率:单位时间内电流所做的功(P=UI)。因此我们要加散热片,或者风扇。
【法拉第电磁感应定律】:电磁感应定律也叫法拉第电磁感应定律,电磁感应现象是指因磁通量变化产生感应电动势的现象。例如,闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线的运动时,导体中就会产生电流,产生的电流称为感应电流,产生的电动势(电压)称为感应电动势。这个定理是电路分析基础的关键,也是今后学习电子技术的基本定律。
D. 电路有哪些基本定律
基尔霍夫电路定律(Kirchhoff Circuit Laws)简称为基尔霍夫定律,指的是两条电路学定律,基尔霍夫电流定律与基尔霍夫电压定律。它们涉及了电荷的守恒及电势的保守性。1845年,古斯塔夫·基尔霍夫首先提出基尔霍夫电路定律。现在,这定律被广泛地应用于电气工程学。
基尔霍夫电路定律
基尔霍夫电路定律是集总电路的基本定律,它包括电流定律和电压定律.
基尔霍夫电流定律(KCL)指出:在集总电路中,任何时刻,对任一节点,所有流出节点的支路电流的代数和恒等于零.
代数和是根据流入还是流出节点判断的.流出为+,流入为-.对节点,I1+I2+...+In=0.
基尔霍夫电压定律(KVL)指出:在集总电路中,任何时刻,对任一回路,所有支路电压的代数和恒等于零.
上式计算是要指定一个回路绕行方向,支路电压参考方向与回路绕行方向一致,取+.反之,取-.
U1+U2+...+Un=0
应用
当电路中各电动势[1]及电阻给定时,可任意标定电流方向,根据基尔霍夫方程组即可唯一地解出各支路的电流值。基尔霍夫定律是电路计算的理论基础。根据基尔霍夫定律可导出其他一些有用的定理,它们在电路计算中非常有效和简便。
基尔霍夫定律在稳恒条件下严格成立;在准稳条件下,即整个电路的尺度远远小于电路工作频率下的电磁波长时,基尔霍夫定律也符合得相当好。基尔霍夫定律在交流电路中也可应用
E. 电路的基本定律包括哪些
包括三个。
欧姆定律
基尔霍夫电流定律(节点电流)
基尔霍夫电压定律(环路电压)
F. 电路中的定律
.两种电荷、电荷守恒定律、元电荷:(e=1.60×10-19C);带电体电荷量等于元电荷的整数倍
2.库仑定律:F=kQ1Q2/r2(在真空中){F:点电荷间的作用力(N),k:静电力常量k=9.0×109N•m2/C2,Q1、Q2:两点电荷的电量(C),r:两点电荷间的距离(m),方向在它们的连线上,作用力与反作用力,同种电荷互相排斥,异种电荷互相吸引}
3.电场强度:E=F/q(定义式、计算式){E:电场强度(N/C),是矢量(电场的叠加原理),q:检验电荷的电量(C)}
4.真空点(源)电荷形成的电场E=kQ/r2 {r:源电荷到该位置的距离(m),Q:源电荷的电量}
5.匀强电场的场强E=UAB/d {UAB:AB两点间的电压(V),d:AB两点在场强方向的距离(m)}
6.电场力:F=qE {F:电场力(N),q:受到电场力的电荷的电量(C),E:电场强度(N/C)}
7.电势与电势差:UAB=φA-φB,UAB=WAB/q=-ΔEAB/q
8.电场力做功:WAB=qUAB=Eqd{WAB:带电体由A到B时电场力所做的功(J),q:带电量(C),UAB:电场中A、B两点间的电势差(V)(电场力做功与路径无关),E:匀强电场强度,d:两点沿场强方向的距离(m)}
9.电势能:EA=qφA {EA:带电体在A点的电势能(J),q:电量(C),φA:A点的电势(V)}
10.电势能的变化ΔEAB=EB-EA {带电体在电场中从A位置到B位置时电势能的差值}
11.电场力做功与电势能变化ΔEAB=-WAB=-qUAB (电势能的增量等于电场力做功的负值)
12.电容C=Q/U(定义式,计算式) {C:电容(F),Q:电量(C),U:电压(两极板电势差)(V)}
13.平行板电容器的电容C=εS/4πkd(S:两极板正对面积,d:两极板间的垂直距离,ω:介电常数)
常见电容器〔见第二册P111〕
14.带电粒子在电场中的加速(Vo=0):W=ΔEK或qU=mVt2/2,Vt=(2qU/m)1/2
15.带电粒子沿垂直电场方向以速度Vo进入匀强电场时的偏转(不考虑重力作用的情况下)
类平 垂直电场方向:匀速直线运动L=Vot(在带等量异种电荷的平行极板中:E=U/d)
抛运动 平行电场方向:初速度为零的匀加速直线运动d=at2/2,a=F/m=qE/m
注:
(1)两个完全相同的带电金属小球接触时,电量分配规律:原带异种电荷的先中和后平分,原带同种电荷的总量平分;
(2)电场线从正电荷出发终止于负电荷,电场线不相交,切线方向为场强方向,电场线密处场强大,顺着电场线电势越来越低,电场线与等势线垂直;
(3)常见电场的电场线分布要求熟记〔见图[第二册P98];
(4)电场强度(矢量)与电势(标量)均由电场本身决定,而电场力与电势能还与带电体带的电量多少和电荷正负有关;
(5)处于静电平衡导体是个等势体,表面是个等势面,导体外表面附近的电场线垂直于导体表面,导体内部合场强为零,导体内部没有净电荷,净电荷只分布于导体外表面;
(6)电容单位换算:1F=106μF=1012PF;
(7)电子伏(eV)是能量的单位,1eV=1.60×10-19J;
(8)其它相关内容:静电屏蔽〔见第二册P101〕/示波管、示波器及其应用〔见第二册P114〕等势面〔见第二册P105〕。
G. 电路分析过程中主要应用的定理有哪些
电路分析中,主要应用到的定律、定理和分析方法有以下内容:
1、最基本的基尔霍夫电流定律(KCL)、电压定律(KVL);
2、节点电压分析法;
3、回路电流法;
4、支路电流法;
5、戴维南(诺顿)定理;
6、替代定理;
7、叠加定理;
8、电源等效变换法;
9、最大功率传输定理;
10、电阻(阻抗)的Y-△变换;
11、网孔电流法;
另外选学内容还包括:
12、特勒根定理;
13、互易定理;
14、对偶定理。等等。
H. 电路的基本定律是什么
在换路前后电容电压和电感电流为有限值的条件下,换路前后瞬间电容电压和电感电流不能跃变。
由于电容通过电场储能,所以在0+和0-这两个时间点的U必然是相等的,也即U不能突变(能量不能突变)。同理,电感通过磁场储能,所以在0+和0-这两个时间点的I必然是相等的,也即I不能突变(能量不能突变)。对于电容,U(0+)=U(0-),对于电感,I(0+)=I(0-)。就是换路定理的核心。
换路定则:
在模拟电路中对动态电路进行时域分析时,一般采用三要素法求解电感中电流或电容上的电压,此时在分析电路时设t=0为换路瞬间,以t=0-表示换路前的终了瞬间,t=0+表示换路后的初始瞬间。0+和0-在数值上都等于0,但是前者是指从负值趋于0,后者是指从正值趋于0。
从t=0-到t=0+瞬间,由电容元件和电感元件的性质可知,电容元件上电压不能跃变,电感元件上电流不能跃变,这就是换路原则。
I. 电路的基本概念和基本定律
电流流过的回路叫做电路,又称导电回路。最简单的电路,是由电源,用电器(负载),导线,开关等元器件组成。电路重要定律:欧姆定律、诺顿定理、戴维宁定理。
由金属导线和电气、电子部件组成的导电回路,称为电路。在电路输入端加上电源使输入端产生电势差,电路连通时即可工作。电流的存在可以通过一些仪器测试出来,如电压表或电流表偏转、灯泡发光等;按照流过的电流性质,一般把它分为两种:直流电通过的电路称为“直流电路”,交流电通过的电路称为“交流电路”。
欧姆定律:在同一电路中,导体中的电流跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻阻值成反比,基本公式是I=U/R(电流=电压/电阻)
诺顿定理:任何由电压源与电阻构成的两端网络, 总可以等效为一个理想电流源与一个电阻的并联网络。
戴维宁定理:任何由电压源与电阻构成的两端网络, 总可以等效为一个理想电压源与一个电阻的串联网络。
1、理想元件和电路模型;
2、电路基本变量(电流、电压)及其参考方向,同时关注关联参考方向;功率
3、元件的伏安关系;
4、基尔霍夫定律(含电压定律和电流定律)
J. 计算复杂电路的基本定律有哪些
基尔霍夫电流定律:流入一个节点的电流总和,等于流出节点的电流总合。
基尔霍夫电压定律:环路电压的总合为零。
欧姆定律:线性组件(如电阻)两端的电压,等于组件的阻值和流过组件的电流的乘积。
诺顿定理:任何由电压源与电阻构成的两端网络,总可以等效为一个理想电流源与一个电阻的并联网络。
戴维南定理:任何由电压源与电阻构成的两端网络,总可以等效为一个理想电压源与一个电阻的串联网络。
分析包含非线性器件的电路,则需要一些更复杂的定律。实际电路设计中,电路分析更多的通过计算机分析模拟来完成。
欧姆定律,电动势e=u-ir,此式为全电路欧姆定律。
焦耳定律,即q=i方rt,
基尔霍夫定律,分为两条,第一条:节点电流定律:即通过任意一节点的电流,流入为正,流出为负,它们的代数和一定为00第二条:回路电压定律:即从任意一点出发,经过一个回路再回到该点后,电压的升降一定相同。像经过电源时,电压就会变化,经过电阻或用电器时电压会降低。这两条定律看似很明显,但却是解决一切电路问题的核心定律,几乎大部分方程都是围绕着这两个定律建立的。