1.2 两个重要定律
1.2.1 欧姆定律
欧姆定律表示了电压(V或U)与电流(I)及电阻(R)之间的关系。
不包含电源的一段电路称为部分电路,如图1-15所示。
图1-15 部分电路
在部分电路中,电流与加在电路两端的电压成正比,与电阻成反比,这个结论叫部分电路欧姆定律。在电压、电流的参考方向一致时。其公式为:
当I、U间为非关联参考方向时,欧姆定律应写成:,或U=-IR,式中“-”切不可漏掉。
式中,I为电流,单位为安(A);U为电压,电位为伏(V);R为电阻,单位为欧(Ω)。
1.2.2 基尔霍夫定律
对电路中的任一节点,在任一时刻,流入该节点的电流之和恒等于流出该节点的电流之和。这就是基尔霍夫第一定律(KCL定律),又叫节点电流定律。
如图1-16所示,I1、I2、I3流入节点a,I4、I5流出节点a。因为在电路中任一位置处不可能形成电荷的积累,所以流入节点a的电流之和必然等于流出节点a的电流之和,即
I1+I2+I3=I4+I5
图1-16 节点a处电流的流入与流出
用公式表示为
∑I入=∑I出或I1+I2+I3-I4-I5=0
也就是说,在任一时刻,通过电路中任一节点的电流的代数和恒等于零。这是基尔霍夫第一定律的另一种表达形式。
在任意一个闭合回路中,沿回路绕行一周,各段电压降的代数和恒等于零。这就是基尔霍夫第二定律(KVL定律),又叫回路电压定律。用公式表示为
∑U=0
图1-17为某复杂电路中的一个闭合回路,各支路电流方向如图所示。各段电压分别为:Uab=E1+I1R1,Ubc=-I4R4,Ucd=-E2-I2R2,Uda=I3R3
图1-17 某复杂电路中的一个闭合回路
代入上式得:E1+I1R1-I4R4-E2-I2R2+I3R3=0
注意
在列回路电压方程时,必须注意各电动势的方向,此时电动势的方向按电压的实际方向确定。
基尔霍夫第二定律适用于任何闭合回路,也可以推广应用于任意不闭合的假想回路。
图1-18为含有电源的某支路,表面看起来是断开的,但可以把它假想成回路,同样可以用基尔霍夫第二定律列出回路电压方程。
图1-18 含有电源的某支路
根据图1-18中所标的电压、电流方向及回路绕行方向,可得
-U+IR+E=0