电路中的物理量

电路中的物理量

电路理论是电子工程领域的基础，涵盖了电路的组成、电路模型、基本物理量（如电流、电压、电位和电动势）以及电功和电功率等核心概念。本文将系统地介绍这些基础知识，帮助读者建立扎实的电路理论基础。

一、电路的组成及功能

电力系统中可将其他形式的能量转换成电能、向电路提供电能的装置。可将电能转换成其他形式的能量、在电路中接收电能的设备。中间环节：电源和负载之间不可缺少的连接、控制和保护部件统称为中间环节，如导线、开关及各种继电器等。电路的功能电子技术中的电路可对电信号进行传递、变换、储存和处理。的电路可对电能进行传输、分配和转换。负载：电路——由实际元器件构成的电流的通路。电路组成电源：一、电路的组成及功能

在电路分析中，为了方便于对实际电气装置的分析研究，通常在一定条件下需要对实际电路采用模型化处理，即用抽象的理想电路元件及其组合近似地代替实际的器件，从而构成了与实际电路相对应的电路模型。电源负载电源IUS+_R0中间环节手电筒的实体电路RL+
U–导线手电筒的电路模型二、电路模型如i白炽灯电路R
L消耗电能的电特性可用电阻元件表征产生磁场的电特性可用电感元件表征白炽灯的电路模型可表示为：R
由于白炽灯中耗能的因素大大于产生磁场的因素，因此L可以忽略。理想电路元件是实际电路器件的理想化和近似，其电特性惟一、精确，可定量分析和计算。二、电路模型1.主要针对由理想电路元件构成的集总参数电路，其中电磁现象可以用数学方式来精确地分析和计算；2.研究与实际电路相对应的电路模型，实质上就是探讨各种实际电路共同遵循的基本规律。利用电路模型研究问题的特点集总参数电路元件的特征元件中所发生的电磁过程都集中在元件内部进行；其次要因素可以忽略的理想电路元件；任何时刻从元件两端流入和流出的电流恒等且元件端电压值确定。二、电路模型U、I非关联方向时，假定元件是电源。元件I+U–元件I–U+U、I关联方向时，假定元件是负载。电路图上的电压、电流方向称为参考方向，原则上可以任意假定元件究竟是电源还是负载应由元件上电压、电流的实际方向决定实际方向关联时，元件是负载实际方向非关联时，元件是电源电源和负载的区分电流(强度)—单位时间内通过导体横截面的电量电流的大小：稳恒直流情况下：idqdt=电流的单位及换算：安培(A)=库仑(C)/秒(s)1A=103mA=106μA=109nAIqt=电流是一个有方向的物理量，仅指出大小是不够的，规定以正电荷移动的方向为电流的真实方向。参考方向与实际方向的关系在规定参考方向下：若计算结果I>0电流的参考方向与实际方向一致I<0电流的参考方向与实际方向相反电路的基本物理量—电流I
电位V是相对于参考点的电压。参考点的电位:Vb=0；a点电位：Va=E-IR0=IRERL+_R0S
电动势E只存在于电源内部，其大小反映了电源力作功的本领。其方向规定由电源“负极”指向电源“正极”
电压U是反映电场力作功本领的物理量，是产生电流的根本原因。电压的正方向规定由“高”电位指向“低”电位。a电路的基本物理量电压、电位和电动势电压的定义式为：Uab=Wa－Wbq电位的定义式为：Va=Wa－W0q电动势的定义式为：E=W源q三者定义式的形式相同因此它们的单位相同单位换算：1V=10-3KV=103mV
电压和电流一样，也是一个有方向的物理量。
（1）实际正方向：规定为从高电位指向低电位。（2）参考正方向：任意假定的方向。
注意：必须指定电压参考方向，这样电压的正值或负值才有意义。电路的基本物理量电压、电位和电动势电位是一种由电路中的位置所确定的势能，具有明显的相对性——其高低正负取决于电路参考点。接地装置相连的机壳作为电路参考点；电子技术中为方便于问题的分析和研究，还常常把电子设备的公共连接点作为电路参考点某点电位在数值上等于该点与参考点之间的电压。当电路参考点改变时，该电位随参考点发生变化。但它与原来参考点之间的差值不会发生改变。电压和电位的关系：Uab=Va－Vb电路的基本物理量电压、电位和电动势电路中某一点的电位是指由这一点到参考点的电压电路的参考点可以任意选取通常认为参考点的电位为零Va=US1Vb=I3R3若以d为参考点，则:+US1–US2简化电路+_R1US1+_US2R2R3I3abcddabcR1R2R3电路中各点电位的计算
电流能使电动机转动、电炉发热、电灯发光，说明电流具有做功的本领。电流做的功称为电功。电流做功的同时伴随着能量的转换，因此电功的大小可以用能量来量度。即：W=UIt式中单位：U【V】；I【A】；t【s】时，电功W为焦耳【J】若U【KV】；I【A】；t【h】时，电功W为度【KW·h】。1度电的概念1000W
的电炉加热1小时；100W的灯泡照明10小时；40W的灯泡照明25小时。
日常生活中，家用电度表就是用来测量电功的装置。只要用电器工作，电度表就会转动并且显示电流作功的多少，即电功的大小不仅与电压、电流的大小有关，还取决于用电时间的长短。电功和电功率单位时间内电流做的功称为电功率，用“P”表示：国际单位制：U【V】，I【A】，电功率P用瓦特【W】P=Wt=UItt=UI
用电器铭牌数据上的电压、电流值称额定值，所谓额定值是指用电器长期、安全工作条件下的最高限值，其中额定电功率反映了用电器在额定条件下能量转换的本领。例如额定值为“220V、1000W”的电动机，是指该电动机运行在220V电压时、1秒钟内可将1000焦耳的电能转换成机械能和热能；“220V、40W”的电灯，说明在它两端加220V电压时，1秒钟内它可将40焦耳的电能转换成光能和热能。电功和电功率p吸
=uip吸<0，说明元件实际发出功率5W。+–iu+–iu例U=5V，I=-1AP吸=UI=5×(-1)=-5W功率的计算1.u、i取关联参考方向2.u、i取非关联参考方向p吸
=－ui例U=5V，I=-1AP吸=－UI=－5×(-1)=5Wp吸>0，说明元件实际吸收功率5W。电路中功率的计算(1)分析电路前应选定电压电流的参考方向，并标在图中；(2)参考方向一经选定，在计算过程中不得任意改变。参考方向是列写方程式的需要，是待求值的假定方向而不是真实方向，因此不必追求它们的物理实质是否合理。(4)参考方向也称为假定正方向，以后讨论均在参考方向