[电路基础第一章]基本概念

引言

在电力工程中，我们经常需要研究从一个点到另一个点的通信和能量传输，而实现这种功能需要把若干电气元件结合起来。

这种由电气元件相互连接而成的整体称为电路，而电路中的每个组成部分称为元件。

“电路是由电气元件相互连接而成的整体。”

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主要内容

电荷与电流

物体是由原子组成的，而原子中最具有电气特性的就是电荷，关于电荷：

• 对于电荷而言，库伦“C”是一个很大的单位
• 实际的电荷只能是电子电荷q=1.602e-19的整数倍
• 遵循电荷守恒定律
• 实际中体现原子电气特性的通常是负电荷，即电子

当电荷（通常是电子）由于某种“力量”（欲知这种“神秘的力量”请看后文）向一个方向移动时，就会产生电流，而这个过程往往伴随着能量的转化。

电流大小的计算公式：
$$i\triangleq \frac{dq}{dt},1A=1C/s$$
即单位时间内通过的电荷量。因此可以得到某一段时间内的电荷量：
$$Q\triangleq {\int }_{t_0}^{t}idt$$
根据公式我们可以看出来电流可能是一个不断变化的量，据此我们将电流分为：

• 直流电流，即不随时间变化的恒定电流
• 时变电流，即随时间变化的电流
  • 在时变电流中常见且重要的一种是交流电流，即随时间按正弦规律变化的电流。

电压

上文中我们提到了驱使电荷移动的力量，这种力量就是电压，它也叫“电动势”或“电位差”，我们也可以定义电压：
$$v\triangleq \frac{dw}{dq},1V=1J/C$$
即移动单位电荷所作的功。

功率与能量

功率是消耗或吸收能量的时间变化率，单位是瓦特（W）。

$$p\triangleq \frac{dw}{dt}$$

延伸为：
$$p\triangleq \frac{dw}{dt}=\frac{dw}{dq}\cdot \frac{dq}{dt}=v\cdot i$$
根据功率的正负我们定义了：

• 关联参考方向，即电压与电流同向，此时元件吸收功率
• 非关联参考方向，即电压与电流不同向，此时元件发出功率

注意：

• 功率守恒定律，这意味着电路内部发出的功率与吸收的功率相等。

• $$1W\cdot h=3600J$$

电路元件

根据能否发出能量，将电路中的元件分为：

• 有源元件，即可以发出能量的元件
  • 比较特殊的是电流源与电压源
    • 理想电源，这意味着无论外部电路如何变化，两端电压/电流始终保持特性的电源，这也意味着在理论上理想电源能够提供无限大的能量。
    • 非理想电源
    • 或者分类为：
    • 独立电源
    • 受控电源
• 无源元件，即无法发出能量的元件，常见的有电阻，电感，电容等。