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1、第1章 电路和电路元件,1.3 电动势、电位、电压、电功率 1.4 电压源和电流源,1-3、电动势、电位、电压、电功率 一、电动势： 1、概念： 在电源内部，电源力F0把单位正电荷从电源负极b沿某一路径l推移到正极a所做的功，称为电动势。即：,2、电动势的方向： 电动势的方向规定为由负极指向正极的方向，也即由低电位端指向高电位端（或电位升高的方向）。在直流电路中，电源的正、负极是已知的，所以电动势的方向不必假设。但在交流电路中，电源电动势的实际方向是随时间作周期性变化，所以电源上所标电动势的方向也是参考方向。在图中可用箭头表示，也可用“+”和“-”表示。 因为正电荷在电源内部被电源力从负极搬到
2、正极而获得了电位能，可以对外做功，所以电源供给电能（输出功率）时，真实电流方向是从电源正极流出，负极流入，即在电源内部电流真实方向与电动势方向一致。,如果电流在电源内部的真实方向与电动势方向相反，电流从电源的正极流入，负极流出，此时的电源是吸取电能（输入功率），处于负载状态。如蓄电池充电时就属于这种情况。,举例：,如图所示电路，其中E1是电源而R和E2同属于负载。 电动势的单位是伏特（V）。,二、电位： 1、概念： 单位正电荷在电场中某点a所具有的电力位能，称为该点的电位Va。 2、电位的相对性和单值性：应注意电位值是相对的，电位的高低是对某一个参考点而言的，某电路的参考点可以是接地点，也可以
3、是许多元件汇集的公共点，或者是为了计算方便而在电路中选择的某一点。参考点的电位为零，其它各点通过与该参考点比较，可定出各自的电位数值，而且在同一电路中，取不同的参考点，各电位就有不同的数值，所以没有参考点的电位数值是没有意义的。但若选定了一个参考点后，电路中某点电位就只有一个固定的数值，这就是电位的相对性和单值性。,举例：如图a)、b)所示的电路中，E=6V。,a)电路中以A点为参考点有： A点电位VA=0 B点电位VB=-6V。,b)电路中以B点为参考点有： B点电位VB=0 A点电位VA=6V。 3、电位的单位：是伏特（V）。 三、电压（电位差）： 1、概念： 电路中某两点之间电压的数值等
4、于这两点之间的电位之差。 电路中两点间的电压数值与参考点的选择无关，也与电路路径的选择无关。 举例：上例中，不论所选的参考点是A还是B点， UAB=UA-UB=6V,2、电压的方向： 电压的方向规定为由高电位端指向低电位端，即电位降低的方向。和电流一样，在实际分析计算电路时因不能事先判断某两电位的高低，所以电压也应假定一个方向作为它的参考方向，常用下列三种方法之一表示： （1）、用“+”、“-”符号表示所假定的高电位端和低电位端； （2）、用箭头指向表示电位下降的方向； （3）、用双下标字母表示。例如Uab表示a点为假定的高电位点，b点为假定的低电位点。 3、电压与电动势的区别： 它们的不同之
5、处是做功的力不同，电压是电场力做功，电动势是电源力做功。,相同点是它们的单位都是伏特，都表示移动单位正电荷所做的功。,四、电能和电功率： 1、电能： 电荷在流动过程中所放出的电能，是以电压和电荷的乘积表示： W=Uit 单位为焦（J），也常用“千瓦.时”（KW.h，即“度”）。 2、电功率： P=W/t=UI 单位为瓦（W）。 1-4、电压源和电流源 一、理想电压源和理想电流源：,1、理想电压源： 理想电压源也称为恒压源，它的电路符号如图所示。,理想电压源有如下特点： （1）、电源的端电压恒定，流过它的电流大小是由电压源本身及与它相连的外电路共同决定的。,（2）、对外电路来说，与理想电压源并联
6、的元件（电阻或电流源），并不影响理想电压源对外电路的作用（指外电路提供的端电压、电流及功率），它们对外电路的作用只等效为这理想电压源本身的作用，所以这些并联元件可以除去。但是，就理想电压源本身流过的电流，所发出的功率前后是不同的。 （3）、当电路中有多个理想电压源串联共同作用时，可以把它们合并为一个理想电压源，其电动势等于各个理想电压源电动势的代数和（要注意各电动势的正负极性）。 （4）、理想电压源不允许短路，因为短路时RL0，而使I。,2、理想电流源： 理想电流源也称为恒流源，它的电路符号如图所示。,理想电流源有如下特点： （1）、电流源输出的电流恒定，而电源的端电压大小是由电流源本身及与它
7、相连的外电路共同决定的，因此不能错误地认为理想电流源的端电压为零。,（2）、对外电路来说，与理想电流源串联的元件（电阻或电压源），并不影响理想电流源对外电路的作用，它们对外电路的作用只等效为这理想电流源本身的作用，所以这些串联元件可以除去。但是，就理想电流源本身的端电压和所发出的功率前后是不同的。 （3）、当电路中有多个理想电流源并联共同作用时，可以把它们合并为一个理想电流源，其电激流等于各理想电流源电激流的代数和（要注意电流的方向）。 （4）、理想电流源可以短路，此时U=0，即空载，但不允许开路，因为开路时R，电源端电压U。不过切不可因此就把实际常用的电源短路。 二、电压源和电流源： 1、电
8、压源：,用一个恒电动势为E的理想电压源和一个内电阻R串联来表示的电源称为电压源。 电压源的伏安特性如图所示。,2、电流源： 用一个恒定电流为I（电激流）的理想电流源和一个内电阻R并联的电路来表示的电源称为电流源。,电流源的伏安特性如图所示。,三、电压源与电流源的等效变换： 1、一个电路的电源可以用电压源的形式表示，也可以用电流源的形式表示。若电压源与电流源互为等效，则它们必须是对该电路所起的作用完全相同（指电压、电流的大小和方向、功率的大小完全相同）。,2、理想电压源与理想电流源之间不能等效变换。 3、电压源与电流源的等效变换实际上是用来分析计算电路的一种方法，因此可以把理想电压源E与一个电阻
9、R相串联的电路（此电阻R实际上并不是电源的内阻），变换为一个由电激流大小为IS=E/R的理想电流源与一个电阻R相并联的电路。 4、电压源与电流源的等效变换只是对外部电路等效，对电源内部并不等效。 举例：在图a中，五个元件分别代表电源或负载，电流和电压的参考方向如图所示，现测得I1=20A，I3=10A，I5=-10A，U1=120V，U2=-70V，U3=50V，U4=30V，U5=-80V。,（1）、试标出各电流及电压的实际方向； （2）、求b、f两点间的电压； （3）、判断哪些元件是电源？哪些是负载？,解：（1）：,（2）、Ubf=Uba+Uaf=U2+U1=-70+120=50V； Ufb=Ufa+Uab=-U2-U1=-（-70）-120=-50V。 （3）、电源：U和I的实际方向相反。所以电源为2和4； 负载：U和I的实际方向相同。所以负载为1、3、5。,