图1-6 电容并联电路
图1-7 电容串联电路
1.4电路基本定律
1.4.1 欧姆定律
我们知道,在电阻(如电灯泡、电阻器)元件的两端加上电压U以后,其中一定会有电流I通过,那么电阻R和电压、电流之间存在什么样的数量关系呢?德国物理学家欧姆做了大量的实验,得出了一个基本规律——欧姆定律。导体中的电流I与导体两端的电压U成正比,与导体的电阻R成反比,即
I=U/R
这个规律叫做欧姆定律。如果知道电压、电流、电阻三个量中的两个,就可以根据欧姆定律求出第三个量,即
I=U/R
在交流电路中,欧姆定律同样成立,但电阻应该改成阻抗z,即
I=U/Z
由式可见,当所加电压U一定时,电阻尺(Z)越大,r则电流,越小。显然,电阻具有对电流起阻碍作用的物理性质。在国际单位制中,电阻的单位是欧姆(Q)。当电路两端的电压为1V,通过的电流为1A时,这段电路的电阻就为1Q。计量高电阻时,则以千欧(kQ)或兆欧(Mfl)为单位。 , 。
从电压和电流的定义知道,电阻中电流的方向与电压的方向一致,都是从高电位端指向低电位端。 .
欧姆定律不但适用于线性电阻元件,而且对于随时间变化的电压、电流也适用,也就是说,任何一个时刻的电流,也一定等于这一时刻的电压除以电阻尺。
电阻在电路中是消耗功率的。它消耗的功率为
P=IU (电功率的定义) (1.19)式(1.19)是用来计算电阻消耗功率的公式。可见,j对于电阻器来说,在它的电压、电流、功率和电阻这四个量中,只要知道任何两个量,就能确定出另外两个量。
例1 一个100W的电灯泡接在220V的电源上,求这个灯泡的电阻和电流。
解: I=P/U=100/220=0.4(A)
R=U/I=220/0.4=550(Q) 。’
1.4.2结点电流定律
在电路中,一定会有元器件与元器件连接的地方,我们把元器件相接的地方叫做结点。在图1.8中,有a、b、c、d、 e、f 6个结点,但习惯上把两个以上元件相接的地方(或者说电流汇集与分叉的地方)叫做结点。这样,图1.8中只有4个结点。
结点可以看做一条没有被元器件隔开的线。如在图1.8中,上面的结点是连接E的正极、C、R1和R2的线。
结点电流定律:流入结点的电流等于流出该结点的电流。例如,对上面结点有
图1.8
I=I1 I2
例2 电路中结点a示于图1.8中,I1=10A,I2=20A,求I? ‘
解:由结点电流定律,得
I=11 12 =10 20=30(A)
应该指出,结点电流定律对任一电路、任何一个结点、任意一个时刻都是成立的,对直流电成立,对交流电也成立。
1-4.3电压定律
在电路中,两个结点之间的电流通路称为支路。如图1.9所示,有4条支路:E和r是一条支路,C是一条支路,R1、R2是一条支路,R3是一条支路。 。 .,
结点电压定律:电路中任何两结点之间的电压(如a、。b之间的电压/Jab)等于从高电位沿着任何一条路径到低电位电压降落的代数和 。
图l-9电压定律电路
1.4.4叠加原理
叠加原理是分析线性电路时普遍应用的原理。由支路电流法列出的方程是线性代数方程。根据线性代数方程的叠加性可导出电路的叠加原理。其电路如图1.10所示。