第6章 储能元件
(完整版)电路原理课后习题答案
因此， 时，电路的初始条件为
t〉0后，电路的方程为
设 的解为
式中 为方程的特解，满足
根据特征方程的根
可知，电路处于衰减震荡过程，，因此，对应齐次方程的通解为
式中 。由初始条件可得
解得
故电容电压
电流
7-29RC电路中电容C原未充电，所加 的波形如题7—29图所示，其中 , 。求电容电压 ，并把 ：（1）用分段形式写出;（2）用一个表达式写出。
或为
第六章“储能元件”练习题
6—8求题6-8图所示电路中a、b端的等效电容与等效电感.
（a） （b)
题6—8图
6—9题6—9图中 ， ； 。现已知 ，求：（1）等效电容C及 表达式;（2）分别求 与 ，并核对KVL。
题6-9图
解（1）等效电容
uC（0）=uC1（0)+uC2（0)=－10V
（2）
6—10题6-10图中 ， ； ， ， ，求：（1）等效电感L及 的表达式;（2）分别求 与 ，并核对KCL。
应用规则2，有 ，代入以上方程中，整理得
故
又因为
当 时,
即电流 与负载电阻 无关，而知与电压 有关.
5—7求题5-7图所示电路的 和输入电压 、 之间的关系。
题5-7图
解:采用结点电压法分析。独立结点 和 的选取如图所示，列出结点电压方程，并注意到规则1，得（为分析方便，用电导表示电阻元件参数)
应用规则2 ，有 ，代入上式,解得 为
（f）理想电流源与外部电路无关，故i=—10×10—3A=—10—2A
1-5试求题1—5图中各电路中电压源、电流源及电阻的功率（须说明是吸收还是发出）。
(a） (b） （c）
题1-5图
解（a）由欧姆定律和基尔霍夫电压定律可知各元件的电压、电流如解1—5图（a）故电阻功率 （吸收20W）
电路原理第6章
储能元件
6.1 电容元件
6.2 电感元件
电容、 6.3 电容、电感元件的串并联
6.1 电容元件
如果一个二端元件在任一时刻， 如果一个二端元件在任一时刻，其电荷与电压之间 的关系由uq平面上一条曲线所确定 平面上一条曲线所确定， 的关系由 平面上一条曲线所确定 ， 则称此二端元件 为电容元件。 为电容元件。 q q 电容器 _
结 论
(1) 元件方程的形式是相似的； 元件方程的形式是相似的； (2) 若把 u-i，q-ψ ，C-L， i-u互换 可由电容元件 互换,可由电容元件 ， ， 互换 的方程得到电感元件的方程； 的方程得到电感元件的方程；
(3) C 和 L称为对偶元件 Ψ 、q等称为对偶元素。 称为对偶元件, 等称为对偶元素。 称为对偶元件 等称为对偶元素 * 显然，R、G也是一对对偶元素 显然， 、 也是一对对偶元素 也是一对对偶元素: U=RI ⇔ I=GU I=U/R ⇔ U=I/G
电感器
把金属导线绕在一骨架上构 成一实际电感器， 成一实际电感器，当电流通过 线圈时，将产生磁通， 线圈时，将产生磁通，是一种 储存磁能的部件
i (t)
+
u (t)
-
1）线性电感
韦安特性曲线是通过坐标原点 一条的直线的电感元件称为线性 一条的 直线的电感元件称为线性 电感元件， 电感元件 ， 否则称为非线性电感 元件。 元件。 线性时不变电感元件的特性曲线是一条通过原点不随时 间变化的直线， 间变化的直线，其数学表达式为
3）电感的储能 ） 在电压电流采用关联参考方向的情况下， 在电压电流采用关联参考方向的情况下，电感 的吸收功率为 di p (t ) = u (t )i(t ) = i(t ) L dt 当p>0时，电感吸收功率；当p<0时，电感发出功率。 时 电感吸收功率； 时 电感发出功率。 电感在从初始时刻t 到任意时刻t时间内得到的 电感在从初始时刻 0到任意时刻 时间内得到的 能量为
电路 第五版 邱关源 第6章(新版)
3.并联的等效电感 并联的等效电感
串联的等效电感等于各个电感之和； 串联的等效电感等于各个电感之和； 并联等效电感的倒数等于各个电感倒数之和
本章小结
• 电容和电感元件的性质，作用 电容和电感元件的性质， • 电容和电感元件特性（库伏特性和伏安特 电容和电感元件特性（ 性） • 电容和电感元件的功率及能量 • 电容和电感串并联的等效电容
• 关于电感元件的结论： 关于电感元件的结论：
（1）电感元件是一个无源元件，动态元件，具有 ）电感元件是一个无源元件，动态元件， 记忆”功能的元件， “记忆”功能的元件， 短路直流的作用 （2）能储存和释放能量。具有短路直流的作用 ）能储存和释放能量。具有短路直流
（ ） 注: 1）实际的电感线圈的模型可用线性电感元件和电阻元 件串联组合。 件串联组合。 （2）非线性电感元件韦安特性不是直线 ）非线性电感元件韦安特性不是直线, 电感元件 （3）L ） 元件的参数
第六章： 第六章：储能元件
• 本章的重点： 1.电容和电感元件的特性和伏安关系 2.电容和电感的串并联的等效参数 • 本章难点： 对电容和电感元件特性的理解
§6-1 电容元件
一、电容元件符号： 电容元件符号： 二、电容元件特性（库伏特性） 电容元件特性（库伏特性）
任何时刻， 任何时刻 ， 当电压的参考方向 与电容元件极板上存储电荷的方向 一致时，电荷q与电压 成正比。 一致时，电荷 与电压 u 成正比。 C
分部电容，三极管极间存在的杂散电容。 分部电容，三极管极间存在的杂散电容。 (2)实际电容元件的模型是电容和电阻元件的并联组合。 实际电容元件的模型是电容和电阻元件的并联组合。 实际电容元件的模型是电容和电阻元件的并联组合
(3)非线性电容元件库伏特性不是直线，如变容 非线性电容元件库伏特性不是直线，
电路原理课后习题答案
第五版《电路原理》课后作业第一章“电路模型和电路定律”练习题1-1说明题1-1图（a）、（b）中：（1）u、i的参考方向是否关联？（2）ui乘积表示什么功率？（3）如果在图（a）中u>0、i<0；图（b）中u>0、i>0，元件实际发出还是吸收功率？（a）（b）题1-1图解（1）u、i的参考方向是否关联？答：(a) 关联——同一元件上的电压、电流的参考方向一致，称为关联参考方向；(b) 非关联——同一元件上的电压、电流的参考方向相反，称为非关联参考方向。
（2）ui乘积表示什么功率？答：(a) 吸收功率——关联方向下，乘积p = ui > 0表示吸收功率；(b) 发出功率——非关联方向，调换电流i的参考方向之后，乘积p = ui < 0，表示元件发出功率。
（3）如果在图 (a) 中u>0，i<0，元件实际发出还是吸收功率？答：(a) 发出功率——关联方向下，u > 0，i < 0，功率p为负值下，元件实际发出功率；(b) 吸收功率——非关联方向下，调换电流i的参考方向之后，u > 0，i > 0，功率p为正值下，元件实际吸收功率；1-4 在指定的电压u和电流i的参考方向下，写出题1-4图所示各元件的u和i的约束方程（即VCR）。
（a）（b）（c）（d）（e）（f）题1-4图解（a）电阻元件，u、i为关联参考方向。
由欧姆定律u = R i = 104 i（b）电阻元件，u、i为非关联参考方向由欧姆定律u = - R i = -10 i（c）理想电压源与外部电路无关，故u = 10V（d）理想电压源与外部电路无关，故u = -5V(e) 理想电流源与外部电路无关，故i=10×10-3A=10-2A（f）理想电流源与外部电路无关，故i=-10×10-3A=-10-2A1-5 试求题1-5图中各电路中电压源、电流源及电阻的功率（须说明是吸收还是发出）。
电路分析第06章-储能元件
*电感可储能，不耗能，是无源元件。其储能公式为
1 2 wL (t ) L i (t ) 2
14
例：已知电感两端电压波形
如图所示，i(0)=01mH
u(t) -
解：
1 t i (t ) i (0) u( )d L 0
p (t ) i (t ) u (t )
15
方法1：分段积分求表达式 。
1 0 t 1m s 0 1m s t 3m s u (t ) 1 3m s t 5m s 0 5m s t 7m s 1 7m s t 8m s
16
i (t ) i (0) 10
3
u(t) -
0.5
wC ( J )
1 3 5 7 9
t (ms)
7
解：
d u(t ) i (t ) C dt
p (t ) i (t ) u (t )
1 wC (t ) C u 2 (t ) 2
8
6-2 电感元件（inductance）
实际电感元件
L,L
A i ＋
用导线绕成的线圈
当i 增加时，WL>0，元件吸收能量；反之，元件释放能量。 可见，电感元件不把吸收的能量消耗掉，而是以磁场能量的 形式存储在磁场中。所以电感元件是一种储能元件。同时， 它也不会释放出多于它吸收或存储的能量，因此它又是一种 无源元件。 注意：今后，理想电感元件
电感元件
电感
L
L
R
12
实际电感元件的线圈导线电阻的损耗不可 忽略时，其电路模型由L、R串连组成。
C
5
*电容电压具有记忆性和连续性。
1 u ( t ) u ( t0 ) C
电容电感的VCR
+ + -
u1 u2
+
等效
i L
u
-
-
di di u u1 u2 ( L1 L2 ) L dt dt
等效电感
L L1 L2
4. 电感的并联
1 i1 L1
t
+ i i1
u (ξ )dξ
i2
L2
+
等效
i L
∞
u
L1
u
1 i2 L2
t
∞
u (ξ )dξ
-
-
1 1 t 1 t i i1 i2 u (ξ )dξ ∞u (ξ )dξ ∞ L L L 1 2
电容、电感的VCR （u、i关联）
du 电容： i C dt di 电感： u L dt
电容、电感 的特性
①直流稳定时电容相当于开路， 电感相当于短路。 ②电容和电感都是动态元件、储能 元件、记忆元件、无源元件。
6-3 电容、电感元件的串联与并联
内容
电容的串联 电容的并联
电感的串联
电感的并联
1. 电感定义
储存磁场能的两端元件。任何时刻，其特性可用 - i 平面上的一条曲线来描述。
f (,i) = 0
o
2. 线性时不变电感元件
任何时刻，通过电感元件的电流 i 与其磁 通链 成正比。 - i 特性为过原点的直线。
自感系数或 电感
L i
常用毫亨 mH
o
i
L 的单位名称：亨[利] 符号：H
(t ) Li(t )
电路符号:
3.线性电感的电压电流关系（VCR）
《储能技术》 第6章习题答案[5页]
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第6章习题答案6-1 根据物理原理的不同，储热技术可以分为哪几类？答：根据物理原理的不同，储热技术可分为显热储热、潜热储热和热化学储热三种。
6-2 与显热储热技术相比，潜热储热技术最大的优势是什么？答：相较于显热储热，潜热储热的主要优势有两点，一是储热密度高于显热储热，二是可提供恒温的热能。
6-3 当液体显热储热材料静置于储罐中时，会出现温度分层现象，试简要说明温度分层产生的原因及其用于储热系统时的优点。
答：以水为例，在实际工程中，当水静置于水箱中时，由于散热会使得密度大的冷流体在重力作用下居于水箱底层，而密度小的高温流体居于水箱上层。
从提高系统性能的角度，水箱内的温度分层有两个优点：一是避免了冷热流体的掺混，当负载工质从水箱上层吸收热能时提高了热能利用的品位；二是由于集热器进口温度和效率呈负相关，所以集热器进口与水箱下层低温处相连可提高整个系统效率。
6-4 晶体生长率低、过冷度大会使得储存于相变材料的潜热难以充分利用，简要说明其原理。
答：过冷是指液体低于熔点而没有凝固的现象。
由于匀相核化结晶活化能的存在，纯液体的结晶一般会在略低于熔点时开始。
晶核形成的同时，新相和液体之间的相界面也会形成，此过程会消耗能量，所消耗能量的大小依其表面能而定。
假如要形成的晶核太小，形成晶核产生的能量无法形成界面，就不会开始成核。
因此必须要温度够低，可以产生稳定的晶核，相变材料才会开始凝固。
因此，晶体生长率低、过冷度大，会导致相变材料无法在理论的凝固点附近凝固，不仅造成潜热难以充分利用，且导致放热过程难以保持在恒温工况，因此对于某些过冷度大的相变材料，如、水合盐，可使用成核剂使其过冷点接近于熔点。
6-5 在相变材料的封装过程中，要求气隙空间产生于远离热源的位置，试分析其原因。
答：相变前后显著的密度差异将导致材料在固相时会形成一个气隙空间，如果封装技术设计不当，这个气隙空间将会大大阻碍传热速率，由于空气的导热率比任何相变材料都要低几个数量级，因此当气隙空间产生于不合适的位置时，将成为相变材料吸热熔化时巨大的热阻。
电路原理课后习题答案
第五版《电路原理》课后作业之宇文皓月创作第一章“电路模型和电路定律”练习题1-1说明题1-1图（a）、（b）中：（1）u、i的参考方向是否关联？（2）ui乘积暗示什么功率？（3）如果在图（a）中u>0、i<0；图（b）中u>0、i>0，元件实际发出还是吸收功率？（a）（b）题1-1图解（1）u、i的参考方向是否关联？答：(a) 关联——同一元件上的电压、电流的参考方向一致，称为关联参考方向；(b) 非关联——同一元件上的电压、电流的参考方向相反，称为非关联参考方向。
（2）ui乘积暗示什么功率？答：(a) 吸收功率——关联方向下，乘积p = ui > 0暗示吸收功率；(b) 发出功率——非关联方向，调换电流i的参考方向之后，乘积p = ui < 0，暗示元件发出功率。
（3）如果在图 (a) 中u>0，i<0，元件实际发出还是吸收功率？答：(a) 发出功率——关联方向下，u > 0，i < 0，功率p为负值下，元件实际发出功率；(b) 吸收功率——非关联方向下，调换电流i的参考方向之后，u > 0，i > 0，功率p为正值下，元件实际吸收功率；1-4 在指定的电压u和电流i的参考方向下，写出题1-4图所示各元件的u和i的约束方程（即VCR）。
（a）（b）（c）（d）（e）（f）题1-4图解（a）电阻元件，u、i为关联参考方向。
由欧姆定律u = R i = 104 i（b）电阻元件，u、i为非关联参考方向由欧姆定律u = - R i = -10 i（c）理想电压源与外部电路无关，故u = 10V （d）理想电压源与外部电路无关，故u = -5V(e) 理想电流源与外部电路无关，故i=10×10-3A=10-2A （f）理想电流源与外部电路无关，故i=-10×10-3A=-10-2A1-5 试求题1-5图中各电路中电压源、电流源及电阻的功率（须说明是吸收还是发出）。
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教案
课程: 电路分析基础
内容: 第六章储能元件
课时:3学时
教师：刘岚
教学环节教学过程
复习
引入新课
讲述新课简单回顾上次课的知识点。
在第一章中我们已经学习了电阻、独立电源和受控电源这几种常见的电路元件。
在这一章我们将学习电容和电感元件。
电容和电感是电路中的重要元件，应用十分广泛。
在这一章，我们将深入学习这两种元件的特性，为后续章节的应用学习打好基础。
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第六章储能元件
一、设置悬念、激发探究
大家知道最早的电容是怎么样的么？莱顿瓶是由荷兰物理学家马森布洛克(1696－1761)在1745－1746年间发明的。
马森布洛克是荷兰莱顿人，故莱顿瓶因此而得名。
那个“瓶子”就是一个电容。
在那时候经常出现这种现象，即好不容易起得的电往往在空气中逐渐消失。
为了寻找一种保存电的方法，马森布洛克试图使电能贮藏在瓶子中。
把玻璃瓶的内壁与外壁都用金属箔贴上。
在莱顿瓶顶盖上插一根金属棒，它的上端连接一个金属球，它的下端通过金属链与内壁相连。
这样莱顿瓶实际上是一个普通的电容器。
若把它的外壁接地，而金属球连接到电荷源上，则在莱顿瓶的内壁与外壁之间会积聚起相当多的电荷。
当莱顿瓶放电时可以通过相当大的电流。
莱顿瓶的发明，为科学界提供了一种贮存电的有效方法，为进一步深入研究电现象提供了一种新的强有力的手段，对电知识的传播与发展起了重要作用。
我们在这一章就将详细学习的电容和电感这两种储能元件。
二、电容元件
多媒体课件展示：6.1 电容元件。