第二节电流电压的参考方向及功率

电流、电压的参考方向及功率第二节电流、电压的参考方向及功率电流、电压、功率是表示电路状态及对电路进行定量分析的基本物理量。电流(a)电流定义：tqtidd)((b)方向：正电荷运动的方向(c)SI单位：安（培)A（Ampere）常用的电流单位为：千安（kA）、毫安（mA）、微安（A）1A=103mA1A=106A1kA=103A1.电流参考方向恒定电流:量值和方向均不随时间变化的电流，称为恒定电流，简称为直流(dc或DC)，一般用符号I表示。I=Q/t,Q为时间t内通过导体某一横截面的电荷量，单位为库[仑](C)。与电流有关的几个名词时变电流:量值和方向随时间变化的电流，称为时变电流，一般用符号i表示。时变电流在某一时刻t的值i(t)，称为瞬时值。交流电流:量值和方向作周期性变化且平均值为零的时变电流，称为交流电流，简称为交流(ac或AC)。参考方向：任意选定的一个方向作为电流的参考方向。IabUsR0RL-+I简单电路复杂电路IababIIbaI0I0实际方向实际方向I参考方向ABI参考方向AB任意选择一个电流参考方向，这个方向称为电流的正方向，这时会出现以下两种情况：（a）电流值为正值，参考方向与实际方向相同；（b）电流值为负值，参考方向与实际方向相反。注意：电流的数值是一个代数量，其正负可以反映电流的实际方向与参考方向的关系。2.电压的参考方向qwuabdd其中dq为由a点移动到b点的电荷量，单位为库[仑](C)，dW为电荷移动过程中所获得或失去的能量，其单位为焦[耳](J)，电压的单位为伏[特](V)。(b)实际电压方向：电位降低的方向，也就是由高电位指向低电位的方向。(c)单位：V(伏)、kV、mV、V1kV=103V1V=103mV1V=106V（a）电压定义：单位正电荷q从电路中a点移至b点时电场力做功（W）的大小。Uab电压方向的三种表示方法：（a）（b）（c）(a)用“+”、“-”标号表示电压的高电位端、低电位端（b）用箭头指向表示电压方向（c）用双下标法表示a,b两点间的电压方向是从a指向b注意：用以上其中一种方法来指定电压的参考方向（1）如果电压值为正值，参考方向与实际方向相同；（2）如果电压值为负值，参考方向与实际方向相反。电压的数值是一个代数量，其正负可以反映电压的实际方向与参考方向的关系。3.电压的参考方向和电流参考方向的选择有四种可能的方式：(a)、(b)关联参考方向(c)、(d)非关联参考方向注意：一般采用关联参考方向小结•分析电路前必须选定电压和电流的参考方向。•方向一参考经选定，必须在图中相应位置标注(包括方向和符号），在计算过程中不得任意改变。•关联参考方向和非关联参考方向。关联参考方向非关联参考方向uab＋－iuab＋－i•参考方向也称为假定正方向，以后讨论均在参考方向下进行，不考虑实际方向。4.电位（1）定义：在电路中任选一点O作为参考点，则该电路中A点到参考点O的电压就叫做A点的点位，也就是电场力把单位正电荷从A点移到参考点O点所做的功。（2）表示：用字母V加下标的方法表示，比如VA表示A点的电位。电路中任意两点之间的电位差就是该两点之间的电压。UAB=VA-VB（3）单位：电位单位与电压单位相同，都是伏特。注意：电位是相对性。因此，计算电路中各点电位之前，必须选中电路中的某一点作为电位参考点，它的电位称为参考电位，并设参考点位为零。（a）某点的电位比参考点位高，该点的电位值为正（b）某点的电位比参考点位低，该点的电位值为负一般情况下，选择零点作为电位参考点+-+-Us1Us2bcad140V90V564A6A10A例：在右图中，根据已知的电流值、电压值以及电阻值，分别以a点、b点为参考点，求a、b、c、d各点电位和任意两点之间的电压。解：（1）以a点作为参考点时，Va=0。则Vb=Uba=-6×10=-60VVc=Uca=4×20=80VVd=Uda=6×5=30V任意两点间电压为：Uab=6×10=60VUca=4×20=80VUda=5×6=30VUcb=Vc-Vb=140VUdb=Vd-Vb=90VVa=0。Vb=Uba=-6×10=-60VVc=Uca=4×20=80VVd=Uda=6×5=30V(2）以b点作为参考点时，Vb=0。则Va=Uab=6×10=60VVc=Ucb=Us1=140VVd=Udb=Us2=90V+-+-Us2cad140V90V564A6A10AbUs1(3）任意两点间电压为：Uab=6×10=60VUca=4×20=80VUda=5×6=30V总结：在同一电路中，若选择不同的参考点，则各点的电位将发生变化，但两点之间的电压值是不变的。Ucb=Us1=140VUdb=Us2=90V5.电功率d()()()dddwudqdqptuutitttt（1）定义：单位时间内电场力所做的功，简称功率，用符号p表示。（2）单位：瓦（特）W常用的单位有兆瓦（MW）、千瓦(kW)和毫瓦(mW)转换关系：1MW=106W1kW=103W1W=103mW（3）电路吸收或发出功率的判断u,i取关联参考方向P=ui表示元件吸收的功率P0吸收正功率(实际吸收)P0吸收负功率(实际发出)P=-ui表示元件吸收的功率P0吸收正功率(实际吸收)P0吸收负功率(实际发出)u,i取非关联参考方向+-iu+-iu（1）定义：电场力所做的功6.电能ptW（2）单位：焦耳，用符号J表示。还用千瓦小时（kW·h）作为电能的单位。1kW·h又称为一度电。1kW·h=103W×3600s=3.6×106J当功率p的单位是瓦时，能量单位是焦耳（J），它等于功率是1W的用电设备在1s内消耗的电能。解：对于元件A，电压、电流为关联参考方向，功率为：pA=U×I=-5×2=-10W,由于pA0,元件A实际为发出功率；对于元件B，电压、电流为非关联参考方向，功率为：pB=-U×I=-3×-5=15W,由于pB0,元件B实际为吸收功率；例：如图所示电路中，已知元件A的U=-5V，I=2A;元件B的U=3V,I=-5A，求元件A、B的功率各是多少？UAI+-B+-U总结：从该例题可以看出，判断元件的吸收或者发出功率与电流电压的参考方向方式的选取有关，一般选用关联参考方向。解：对于元件1，电压和电流为非关联参考方向，则p1=-U×I=U1×I1=4×(-2)=8W,由于p10,实际元件1为吸收功率；对于元件2，电压和电流为关联参考方向，则p2=U×I=U2×I2=-4×1=-4W,由于p20,实际元件2为发出功率；对于元件3，电压和电流为关联参考方向，则p3=U×I=U3×I3=7×(-1)=-7W,由于p30,实际元件3为发出功率；对于元件4，电压和电流为关联参考方向，则p4=U×I=U4×I3=-3×(-1)=3W,由于p40,实际元件4为吸收功率；例：如图所示的电路中，各元件的电压电流的参考方向如图所示。已知I1=-2A,I2=1A,I3=-1A,U1=4V,U2=-4V,U3=7V,U4=-3V，试求每个元件的功率，并判断是吸收还是发出功率。4I1I2I3U1U2U4U3++++----从该例题可以看出，对于一个完整电路，它发出的功率和吸收的功率总是相等的