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電路分析中常用的幾大基本定律

2024/05/06
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歐姆定律

歐姆定律是指在同一電路中,通過某段導體的電流跟這段導體兩端的電壓成正比,跟這段導體的電阻成反比。

I是電流(單位:安培A) V是電壓(單位:伏特V) R是電阻(單位:歐姆Ω)

歐姆定律揭示了電路中電流、電壓和電阻之間的定量關系,是分析和計算電路問題的基本工具。通過歐姆定律,我們可以根據(jù)已知的電壓和電阻來計算電流,或者根據(jù)已知的電流和電阻來計算電壓。

安倍定律

安培定則,也叫右手螺旋定則,是表示電流和電流激發(fā)磁場的磁感線方向間關系的定則。通電直導線中的安培定則(安培定則一):用右手握住通電直導線,讓大拇指指向電流的方向,那么四指指向就是磁感線的環(huán)繞方向;通電螺線管中的安培定則(安培定則二):用右手握住通電螺線管,讓四指指向電流的方向,那么大拇指所指的那一端是通電螺線管的N極。

右手螺旋定則可以用來找到兩個矢量叉積的方向。由于這用途,在物理學里,每當叉積出現(xiàn)時,就可以使用右手螺旋定則。以下列出一些物理量,它們的方向可以用右手螺旋定則找出:

一個正在進行轉(zhuǎn)動運動的物體,其角速度和此物體內(nèi)部任何一點的轉(zhuǎn)動速度。

施加作用力于某位置所造成的力矩。

載流導線在四周所產(chǎn)生的磁場。

隨著時間的演進而變化的電通量也會生成磁場。

移動于磁場的帶電粒子所感受到的洛倫茲力。

移動于磁場的導體,因為動生電動勢而產(chǎn)生的感應電。

流體在任意位置的渦度

楞次定律

楞次定律是一條電磁學的定律,可以用來判斷由電磁感應而產(chǎn)生的電動勢的方向。

楞次定律:感應電流具有這樣的方向,即感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化。

楞次定律還可表述為:感應電流的效果總是反抗引起感應電流的原因。

判斷原則:

明確原磁場的方向及磁通量的變化情況(增加或減少)

確定感應電流的磁場方向,依“增反減同”確定

安培定則確定感應電流的方向。

感應磁場與原磁場磁通量變化之間阻礙與被阻礙的關系:原磁場磁通量的變化是因,感應電流的產(chǎn)生是果,原因引起結果,結果又反作用于原因,二者在其發(fā)展過程中相互作用,互為因果。

電磁感應定律

電磁感應定律也叫法拉第電磁感應定律,電磁感應現(xiàn)象是指因磁通量變化產(chǎn)生感應電動勢的現(xiàn)象,例如,閉合電路的一部分導體在磁場里做切割磁感線的運動時,導體中就會產(chǎn)生電流,產(chǎn)生的電流稱為感應電流,產(chǎn)生的電動勢(電壓)稱為感應電動勢。

磁通量為φ?磁感應強度為B 平面的面積為S

閉合電路中的一部分導體與磁場發(fā)生相對運動時,是導體中的自由電子隨導體一起運動,受到的洛倫茲力的一個分力使自由電子發(fā)生定向移動形成電流,這種情況產(chǎn)生的電流有時稱為動生電流。

穿過閉合電路的磁場發(fā)生變化時,根據(jù)電磁場理論,變化的磁場周圍產(chǎn)生電場,電場使導體中的自由電子定向移動形成電流,這種情況產(chǎn)生的電流稱為感應電流或感生電流。

基爾霍夫定律

基爾霍夫(電路)定律?是電路中電壓和電流所遵循的基本規(guī)律,是分析和計算較為復雜電路的基礎,基爾霍夫電學定律既可以用于直流電路的分析,也可以用于交流電路的分析,甚至還可以用于含有電子元件的非線性電路的分析。這些定律在電路分析和設計中有著廣泛的應用,是硬件工程師必須掌握的基本知識。

KCL(基爾霍夫第一定律

基爾霍夫第一定律又稱基爾霍夫電流定律,簡記為KCL,是電流的連續(xù)性在集總參數(shù)電路上的體現(xiàn),其物理背景是電荷守恒公理?;鶢柣舴螂娏鞫墒谴_定電路中任意節(jié)點處各支路電流之間關系的定律,因此又稱為節(jié)點電流定律。

定義:基爾霍夫電流定律又稱節(jié)點電流定律,它表明在電路中任意一個節(jié)點(支路的連接點),流入該節(jié)點的電流之和等于流出該節(jié)點的電流之和。

表達式:

應用:基爾霍夫電流定律在電路分析中非常有用,特別是在處理具有多個支路和節(jié)點的復雜電路時。

KVL基爾霍夫第二定律

基爾霍夫第二定律又稱基爾霍夫電壓定律,簡記為KVL,是電場為位場時電位的單值性在集總參數(shù)電路上的體現(xiàn),其物理背景是能量守恒?;鶢柣舴螂妷憾墒谴_定電路中任意回路內(nèi)各電壓之間關系的定律,因此又稱為回路電壓定律。

定義:基爾霍夫電壓定律又稱回路電壓定律,它表明在電路中的任意一個閉合回路(即網(wǎng)孔),沿該回路所有元件兩端的電勢降之和等于零。

表達式:

應用:基爾霍夫電壓定律也是電路分析的重要工具,特別是在確定電路中各元件的電壓分布時。

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資深硬件工程師,《嵌入式硬件設計36講》作者,致力于硬件設計實戰(zhàn)項目分享,加強在校學生和硬件工程師從業(yè)人員的基礎技能提升,幫助在校生掌握企業(yè)所需要的核心開發(fā)技能。