- 电路的主要物理量

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电流的大小用电流强度来描述。

电流强度是指单位时间内通过某一导体横截面的电荷量，简称电流，用符号i 表示。

即
dt
dq i 1．电流的定义
电流是由电荷（带电粒子）有规则的定向运动形成的。

习惯上将正电荷的运动方向规定为电流的实际方向。

在国际单位制中，电荷量的单位为库仑(C)，时间的单位为秒(s)，电流的单位为安培(A)。

电流常用的单位还有千安（kA ）、毫安（mA ）、微安（μA ）等，它们之间的换算关系为
1kA=103A 、1A=103mA=106μA 。

如果电流的大小或者方向随时间变化，则称为交流电流（AC）。

如果电流的大小和方向均不随时间变化，则称为直流电流（DC），直流电流常用大写字母I表示。

2．电流的参考方向电流的实际方向是客观存在的。

但在分析较为复杂的电路时，往往事先难以判断某条支路中电流的实际方向。

尤其是交流电流，其方向随时间而变，也无法用一个箭头标出它的实际方向。

通常在分析电路时，先任意指定某一方向为电流的参考方向，用实线箭头或者双下标表示。

采用双下标时，例如I ab 表示电流的参考方向由a 指向b 。

a b I I a b
电流的参考方向与实际方向一致，
电流为正值。

I ab >0
电流的参考方向与实际方向相反，电流为负值。

I ba <0
2．电流的参考方向
对同一电流，参考方向选择不同，电流的大小相等，符号相反，即
i ab=-i ba
在指定的电流参考方向的情况下，电流值的正或负，就反映了电流的实际方向。

显然，在未指定电流参考方向的情况下，电流值的正或负是没有意义的。

例1-1 试分别指出如图所示各元件中电流的实际方向。

b
a
3A 3A a b a b -3A (a) (b) (c)
解（a ）图中电流值为正，表示电流实际方向与参考方向一致，所以电流实际方向为由a 流向b ；
（b ）图中电流值为负，表示电流实际方向与参考方向相反，所以电流实际方向为由b 流向a ；
（c ）图中因为未标明电流的参考方向，所以电流实际方向无法确定。

1．电压的定义
电压是用来描述电场力做功的物理量，电路中a 、b 两点之间的电压是指单位正电荷在电场力作用下由a 点移动到b 点时所减小的电位能，用u 表示。

即
规定电压的实际方向为正电荷所具有的电位能减小的方向。

如正电荷在a 点时所具有的电位能大于在b 点时所具有的电位能，则电压的实际方向为由a 指向b 。

dq
dw u 在国际单位制中，电压的单位是伏特，简称伏（V ）。

如果电压的大小和方向均不随时间变化，则称为直流电压，常用大写字母U 表示。

2．电压的参考方向
与电流一样，在复杂电路中，电压的实际方向很难看出来，为了分析电路方便，我们可以先任意选定一个方向为电压的参考方向。

电压的参考方向通常用实线箭头、双下标或“＋”“－”参考极性表示。

采用双下标时，如电压u ab表示电压的参考方向由a点指向b点；
采用“+”“-”参考极性表示时，电压的参考方向为由“+”极指向“-”极。

指定了某电压的参考方向后，若该电压的参考方向与实际方向一致，则电压为正值；若电压的参考方向与实际方向相反，则电压为负值。

在指定的电压参考方向下，电压值的正或负，就反映了电压的实际方向。

显然，在未指定电压参考方向的情况下，电压值的正或负是没有意义的。

3．关联参考方向
对于同一元件或同一支路，电流参考方向和电压参考方向可以相互独立地任意选取。

但为了方便起见，常选取电流与电压的参考方向一致，这称关联参考方向。

取关联参考方向时，电流的参考方向是从电压的“+”极流向“-”极。

+ u
-i
-u +i
电流与电压的参考方向如果不一致，则称非关联方向。

三、电位在电路中任取一点为参考点，电路中某一点到参考点的电压称为该点的电位。

电位用单下标表示，例如a 点的电位表示为Va 。

电位的单位与电压相同，为伏特（V ）。

若a 点电位高于b 点电位，即Va>Vb ，则Uab>0，这表明电压的实际方向与参考方向一致，即电压的实际方向为从a 指向b 。

也就是说，电压的实际方向是从高电位点指向低电位点，即电位降的方向，所以电压又称为电位降。

电路中任意两点间的电压等于这两点的电位差，即
U ab =V a -V b
参考点可以任意选取，通常选择大地、设备外壳或者接地点作为参考点。

在一个电路中只能选择一个参考点,参考点的电位为0。

例1-2 如下图所示已知U ab =5V ，U bc = 2V 。

（1）若选择c 点为参考点，各点电位为多少？电压U ac 为多少？（2）若选择b 点为参考点，各点电位又为多少？电压U ac 又为多少？
解（1）选取c 点为参考点a b
c
V
V U V
U U V V
U V V a ac bc ab a bc b c 772520
===+=+====（2）选取b 点为参考点V
U U U V
U U V V
U V V bc ab ac bc cb c ab a b 725250
=+=+=-=-=====选取不同的参考点，同一点的电位将随着
参考点变化而变化，即电位的大小与参考点的位
置有关。

但任意两点之间的电压则不随着参考点
变化而变化，即电压的大小与参考点的位置无关。

四、电动势
在电路中为了维持连续的电流，在电源中正电荷必须从低电位移动到高电位。

电动势就是衡量电源克服电场力把单位正电荷从电源的负极搬运到正极所做的功的物理量，电动势等于单位正电荷在非电场力作用下由电源负极经电源内部移动到正极时所增加的电位能，用e 表示，即电动势的实际方向与电压实际方向相反，规定为由负极指向正极，即电位升的方向。

电动势的单位与电压相同，为伏特（V ）。

对于一个实际电源来说，当没有电流流过，内部没有电能消耗时，其电动势和端电压的大小相等，方向相反。

dq
dw
e 在分析电路时，可任意取定一个方向为电动势的参考方向，电动势的参考方向通常用实线箭头、双下标或“+”“-”参考极性表示。

若实际方向与参考方向相同，则电动势为正值，若不同则为负值。

五、电功率电功率是指电能转换的速率，用p 表示，在关联参考方向下，元件吸收的功率为在直流情况下,选取关联参考方向,元件吸收的功率为
二端元件实际是吸收还是发出功率功率，由功率的正负来确定。

若算得的功率为正值，表示元件实际为吸收功率；若算得的功率为负值，表示元件实际为发出功率。

功率的单位为瓦特（W ）。

ui dt
dq dq dw dt dw p =⋅==当电流与电压为非关联参考方向时p=-ui P=-UI
P= UI 任一瞬间，在同一电路中，吸收电能的各元件的功率之和等于发出电能的各元件的功率之和，即各元件吸收功率的代数和为零，这一结论称为电路的功率平衡。

例1-3 求图中各个二端元件吸收的功率。

2A +
1V
-
2A
+
1V
-
2A
-
1V
+
(a) (b) (c)
解（a）图中U与I为关联参考方向
W
UI
P2
2
1=
⨯
=
=
∴(吸收功率)
（b）图中U与I为非关联参考方向
W
UI
P2
2
1-
=
⨯
-
=
-
=
∴(发出功率)
（c）图中U与I为关联参考方向
W
UI
P2
2
1=
⨯
=
=
∴(吸收功率)
例1-4 如图所示，I=1A ，U 1=10V ，U 2=6V ，U 3=4V 。

求各元件功率，指出各元件的性质，并分析电路的功率平衡关系。

解元件A ：非关参考联方向W
I U P 1010111-=⨯-=-=P 1<0，发出10W 功率，电源元件
I A
B C +
U － + U 3
－
+ U － 元件B ：关联参考方向W
I U P 66122=⨯==P 2>0，吸收6W 功率，负载元件
元件C ：关联参考方向W
I U P 44133=⨯==P 3>0，吸收4W 功率，负载元件
∵P 1+P 2+P 3=-10+6+4=0，∴功率平衡。

六、电能
在dt时间内元件吸收或发出的电能为dW=pdt=uidt
直流情况下,经过一段时间t,元件吸收或发出的电能为
W=PT=UIT
在国际单位制中，能量的单位为J(焦耳)。

在实际应用中还采用千瓦时（KWh），它是等效为功率为1KW的用电设备在1小时内所消耗的电能，简称为1度电。

1KWh=1×103W×3600s=3.6×106J。