前言
这个系列的文章会用来讲电路分析的相关知识,但是和大学物理类似,我不可能讲的非常详细,再就是电路i图在电脑上真的非常非常难画,所以只会讲述最基础的东西。有时会涉及到我个人观点和看法,别杠,很忙。
一张图速通电路基础和基尔霍夫定律
首先来讲一下什么是基尔霍夫定律,说实话,概括起来就两个东西,一个是KCL,一个是KVL。
什么是KCL?首先假设我给了你一张电路图,如图所示
这是一个很简单的的电路图,图上我们可以看到两个结点 a 和 b ,那什么是结点,拥有三条或者三条支路以上的点我们叫做结点。讲人话就是,有三条或者三条以上的线的交点,懂?
KCL:这个概念指的是在电路中对于任一结点,在设定电流的参考方向下,且假设流进结点的电流取正,流出的电流取负号,那么流进的电流和流出的电流的代数和为零。
上面是KCL的基本定义,接下来我们讲人话。看这张图,图上我们能看到在结点a的三条支路有三个电流分别是 I1,I2,I3,然后 I3 = I1 +I2 ,同时也可以看成 I3 – I1 -I2 =0 。有的人可能会问,为什么I1 和I2 前面有负号啊。因为这是我们自己规定的,我们规定流进的电流为正,流出的电流为负,然后流出的电流和流进的电流相加等零。这就是KCL。而这个定理nb的就是,你在任一电路的任一结点,都可以使用这个定理。
好的接下来在讲KVL之前,我们先来了解一个很基础的东西,叫做电压。
现在给到了一个理想电压源,我们要学的重点就是,如何判断电压的正负,这是一个很重要的基础知识,如果你无法掌握,那你在后面的电路分析中将会非常混乱。
电压判断正负的方法很简单,就是看正负号。理想电压源在给出电压的时候,往往会给你三个东西,就是图像中电压上方的三个标志,一个 + 号;一个 – 号;还有一个电压值。我们都知道电压是由正到负的,如果你不知道,那就硬记。也就是说,假设你规定一个参考方向是从左到右,那上面这个电压源就是6V,如果你规定一个参考方向是从右到左,那电压源就是 -6V。
这种参考方向,也可以用在题目的问法里。比如题目问你Uab是多少啊?这个时候其实就是题目给你规定了一个参考方向,就是从a到b,那从正到负,电压就是正的,Uab=6V。那如果题目问你Uba呢?那就是规定参考方向从b到a,由负到正,Uba=-6V,就是那么简单。
接下来我们还可以从中学到另外一个东西,叫做关联和非关联。还是这张图,我们假设,有一个电流从a流向b,这个时候电流和电压都是有正到负,那我们就说,电流和电压是关联的;如果我规定了一个电流,从b点流到a点,那电流由负到正,可是电压在实际状态下是由正到负的,两个方向不一样,那他们就是非关联的。
然后我们再来讲一种思想,这种思想我其实在高中没有学到过,在大学学了电路分析后才会的一个东西,那就是独立电路的思想(嗯,这是我自己想的名词)。什么意思呢,在我们高中的时候,我们都是从电源出发,一路分析分析再分析,然后去求什么电流啊,电压啊,但是现在的电路分析,直接就是跟超级拼装一样,一个大回路,能拆出好几个小回路。
好的光说你可能有点听不懂,那我们还是用最上面的那张图为例子,你能拆出几个回路?三个吧
这玩意绝对是一个很牛逼的做题思想,记住就行了。
好的现在我们就可以了解一下什么是KVL了,所谓KVL就是在任意一个回路中(注意,是任意回路),在我们规定了一个参考方向以后,这个回路的电压和为零。
让我们看向回路三,请问UR1等于多少?
我们已知一个理想电压源为6V,并且我们规定参考方向为逆时针,这个时候会发生什么呢,在理想电压源的那一端,我们从上往下,从正到负,所以电压为正,然后为了满足KVL,也就是说,电阻的电压从下到上时,应该等于 -6V ,没毛病吧。但是仔细看我们的电压符号,他要的是从上到下,从正到负的电压,也就是说,我们求出来的,从下到上,从负到正的电压,与题目所要求我们求的电压是相反的,因此,UR1=6V。
例题分析
好的我们接下来来看课本里的一道例题,题目前面直接省略,我们只看已知条件,i1= -0.2A,求 i2,i0 和U。
看好,首先做这种基础题,先看条件给了啥,条件给了电流,那我们猜测多半会用到KCL公式。再看我们要求的东西,题目要我们求电流和电压,那这里百分百会用到KCL和KVL,完全不用怀疑。
首先求两个电流要用到KCL,用KCL的前提是,找到一个结点,很明显,我们找到了两个有用的结点,a 和 b;这个时候,先看结点a,我们自个规定,流进结点的电流为正,流出结点的电流为负。这个时候列出结点b的KCL公式,i1-11i1-i2=0;求出i2=2A。我们接着求i0,在结点b,参考方向同上,i2+i0-12i2=0,求出i0=22A。
最后我们来到求电压,很简单,直接拿一个回路出来,不要看一整个回路,我们要求的U在左边,那我们就掏出最左边的回路
然后不要忘记了选择参考方向,我们选择逆时针的参考方向。再求出各个电阻上的电压,记得标出正负电位,用于确定电压的正负
好的如上图所示,我们已经求出了所有的电压,接下来按照逆时针就好 -1.6-110+U=0,U=111.6V。我知道有一些傻蛋肯定又会异或,怎么回事怎么回事,这个110V的电位是怎么标出来的。首先我们知道,电流是由高电位流向低电位,而电压正方向也是由高电位向低电位,所以啊,当我们知道一个电流的方向时,我们就可以标出电阻当前电压的正负电位,然后就可以根据我们的参考方向去列公式了。
附加概念
电功率
当电流与电压关联时,p=ui,然后当p>0时,为吸收功率,当p<0时,为发出功率;当电流与电压非关联时,p=-ui,当p>0时,为吸收功率,当p<0时,为发出功率。
注意,这里的非关联时的 -ui 并不是说结果一定是负的,而是在你ui相乘以后,再添个负号罢了。
总结
没啥难度,包学包会。