直流電路的相關定律及常用術語

時間:2022-03-10 12:35 來源:未知

1、歐姆定律

歐姆定律是分析和計算電路的最基本定律。

1）部分電路歐姆定律

部分電路歐姆定律是研究不包括電源的一段電路中的電流與兩端的電壓及電阻三者的關係。其內容是：流過導體的電流強度與這段導體兩端的電壓成正比，與這段導體的電阻成反比。 I=U/R

2）全電路歐姆定律

全電路是指含有電源的閉合電路。如下圖所示，虛線框中的E代表電源電動勢，r代表電源內電阻。電源內部的電路稱為內電路，電源外部的電路稱為外電路。

由上式可得 E=ⅠR+Ⅰr=U外+U內

故全電路歐姆定律又可敘述為：電源電動勢在數值上等於閉合電路中的各部分電壓之和。

外電路電壓（U外）是指電路接通時電源兩端的電壓，又稱端電壓。

根據全電路歐姆定律分析電路，應有以下三種狀態：

（1）通路

合上電路開關，使電源與負載接通，此時的電路稱為通路，又叫閉合電路。電路中有電流通過負載，電路處於工作狀態即負載狀態。

（2）開路

電路的電源斷開或保險絲熔斷時，電路就處於開路狀態即空載狀態。此時外電路電阻無窮大，電路中沒有電流，電源的端電壓等於電動勢，電源不輸出電能，電路不工作。

I=0 U內=0 U外=E

（3）短路

短路是指電路中不同電位的兩點直接接通，即電源未經過負載而直接由導體接通的現象，接通處的電阻極低，一般可視為零，短路狀態可能發生在電路的任何地方，但最嚴重的是電源短路。

U外=0 U內=E

2、基爾霍夫定律

基爾霍夫定律是複雜電路分析計算的基本定律。下圖所示是一個比較複雜的直流電路，雖然它的結構看起來簡單，元件數很少，但由於R?、R?、R?之間既不是串聯關係，也不是並聯關係，無法用串、並聯進行簡化。

1）複雜電路常用術語

（1）支路

由一個或幾個元件串聯組成的無分支電路稱為支路。同一支路中各元件上流過的電流相等。上圖中R?和E?構成一條支路，R?單獨構成一條支路。

（2）節點

三條或三條以上的支路的交彙點稱為節點。如上圖中的A點和B點。

（3）回路

電路中任一閉合路徑稱為回路。如上圖中A-R?-E?-B-R?-A構成一個回路。

（4）網孔

不能再分的最簡單的回路稱為網孔。如上圖中A-R?-E?-B-R?-A構成最簡單不能再分的一個回路，稱為網孔。

2）基爾霍夫第一定律（KCL定律）

又稱節點電流定律。基爾霍夫第一定律是關於節點電流的，其內容是：電路中流進任一節點的電流之和恒等於流出該節點的電流之和。又可敘述為：電路中任一節點處電流的代數和恒為零。

基爾霍夫第一定律表明電路中電流的連續性，電荷在任一節點上既不能積累也不能消失。

3）基爾霍夫第二定律（KVL定律）

又稱回路電壓定律。基爾霍夫第二定律是關於回路電壓的，其內容是：任一回路中電動勢的代數和恒等於各電阻上的電壓降的代數和。如下圖：

上式可寫成：

I?R?- I?R? - I?R? + I?R? - E? + E?=0

故基爾霍夫第二定律又可敘述為：任一回路中各元件上的電壓降之代數和恒為零。

基爾霍夫第二定律對不完全由實際元件構成的假想回路仍然適用，如下圖：

3、支路電流法

支路電流法是求解複雜電路最基本的方法。解題思路是：以各支路電流為未知量，根據基爾霍夫定律，列出節點電流方程、回路電壓方程，解方程組得到各支路電流。一般步驟如下：

1）假設各支路電流參考方向和選定回路繞行方向；

2）根據基爾霍夫第一定律列出獨立的節點電流方程；

3）根據基爾霍夫第二定律列出獨立的回路電壓方程；

4）聯合獨立的節點電流方程和獨立的回路電壓方程，然後代入數據解方程組。

4、戴維南定理

比較複雜的電路稱為網絡，若電路具有兩個輸出端，則稱為二端網絡。網絡內有電源的稱為有源二端網。如下圖：

1）用戴維南定理求解某一支路電流的一般步驟如下：

（1）將原電路劃分為待求支路和有源二端網絡兩部分；

（2）斷開待求支路，求出有源二端網絡的開路電壓；

（3）將網絡中的各電動勢短路，內電阻保留，求出無源二端網絡的等效電阻；

（4）畫出等效電源，接入待求支路，根據全電路歐姆定律，求出該支路的電流。

2）運用戴維南定理需要注意以下幾點：

（1）戴維南定理隻適用於線性電路；

（2）根據戴維南定理求出的等效電源隻是對外電路等效；

（3）將有源二端網絡化為無源二端網絡時，網絡內的電動勢短路，但內阻不能短路；

（4）畫等效電源時，電動勢的方向必須根據開路電壓的正負來確定。

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