电路的基本物理量.docx

一、电流及电流的参考方向     电荷有规则的定向移动形成传导电流。我们把每单位时间内通过导体横截面的电量定义为电流强度，用以衡量电流的强弱。电流强度常简称为电流，用符号i(t)表示，习惯上常规定正电荷运动的方向为电流方向（即电流的实际方向）。   如果电流的大小恒定和方向不变，称为恒定电流，或直流电流（DC），用I表示。如果电流的大小和方向均随时间变化，称为交流电流（AC），用i表示。     在国际单位制中，电流的单位为安培(中文代号为安，国际代号为A)。表示微小电流时以毫安（mA，10-3），微安（μA，10-6）为单位。     电路理论中规定正电荷运动的方向为电流的实际方向，但实际问题中电流的真实方向有时难以判定。对交流电路，电流的实际方向还随时间在变化。这时可引进正方向（参考方向）这一概念。电流参考方向可以任意选定，电路图中用箭头表示。我们规定：如果电流的实际方向与参考方向一致，电流取正值；如果两者相反，电流取负值。在分析电路时，可以任意假定电流的参考方向，并以此为准去进行分析、计算，从求得答案的正、负值来确定电流的实际方向。显然，在未假定参考方向的情况下 ，电流的正负是无任何实际意义的。对直流电路，电路结构和参数一旦确定，电流的实际方向就确定，不受参考方向的影响。     今后，电路图中所标的电流方向箭头都是参考方向，不一定就是电流的实际方向。在任一时刻从任一元件一端流入的电流等于从它另一端流出的电流，流经元件的电流是一个可确定的量。具体使用中要结合电流的参考方向和具体数值，判断某一支路上电流的大小和方向。 二、电压及电压参考方向     为分析方便，电路理论中引入“电压”这一物理量（也称“电位差”）用u表示。电路中的a、b两点间的电压，表明了单位正电荷由a点转移到b点时电场力所做的功，即其中dq为由a点转移到b点的电量，单位为库仑(C)；dW为转移过程中，电荷dq电场力所做的功（所获得或失去的能量），单位为焦耳(J)。电压的单位为伏特(V)。     如果电压的大小和极性都不随时间而变化，这样的电压称为恒定电压或直流电压，用U表示。如果电压的大小和极性都随时间变化，则称其为交变电压或交流电压，用u表示。     对于电压，须规定参考方向(参考极性)。电压的参考极性有别于电流参考方向的表示，在元件的两端用“+”、“ -”符号表示。通常“+”表示高电位端，“-”表示低电位端。或用双下标，如Uab 表示a、b两点间的电压。电路中元件电压参考极性也可以任意选定，把计算所得电压的正值或负值与图中的参考极性结合，才能判定元件电压的实际方向。 三、电动势及其参考方向     在前述的手电筒电路中，干电池要向电路中的用电器件提供能量，它所提供的电能实质是由其内部的化学能转换而来的。在化学能的作用下把正电荷从负极经电源内部搬回到正极，使电路中的电流能周而复始地流动。     电动势为单位正电荷从负极经电源内部转移到正极非电场力所做的功。实质上电路中的电动势概念与电压密切相关，如设某一元件的电压降为u，元件的电动势为e，则u= -e。电动势的参考方向规定为由负极经电源内部指向正极，其单位与电压相同。     综上所述，在分析电路时，我们要为元件的电流假设参考方向，也要为元件的端电压假设参考极性，这两者彼此本可相互独立无关地设定。但为了方便和统一，我们常把元件的电压参考极性和流过元件的电流参考方向设为关联方向，即电流参考方向与电压参考“+”极到“-”极的方向一致，电流方向与电压降方向一致。这样，在电路图中就只需标出电流参考方向或电压参考极性即可。     当电流、电压的真实方向难以判定时，应选定电路中的电流、电压的参考方向，参考方向是分析电路的重要工具，使用时应注意： （1）参考方向一旦选定，电流、电压均为代数量，解题时要把待求量的参考方向在电路中标出，否则计算结果无意义。 （2）在单独分析电流之间或电压之间的关系时，参考方向可以任意选定；而在分析某元件的电压与电流关系时，应考虑参考方向关联问题。 （3）许多公式和定律 、定理（如欧姆定律）是在规定的参考方向下得到的，当参考方向改变时，公式应作相应调整。