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电学基本定律.doc

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3 231 电流在一段只有电阻元件的电路上所做的功等于电流通过这段电路时的所 产生的热量Q。焦耳通过实验得到结论：如果通过一段只有电阻元件的电路的电 流为I，这段电路的电阻为R，通电时间为t，则 RtIQ 2 ? 这就是焦耳定律，我们还可推出这段电路中电流的发热功率为RIP 2 ?。 电流做功的过程，就是电能转化为其他形式的能的过程。一般来讲，人们用 电的目的往往不是为了发热。如使用电动机是为了将电能转化为机械能，使用电 解槽是为了将电能转化为化学能等等。发热只是副效应，因此，一般说来电热只 是电功的一部分，热功率是电功的一部分。 232 ①部分电路欧姆定律：导体中的电流强度I跟它两端所加的电压U成正比， 跟它的电阻R成反比，即 R U I? 上式适用于金属导电和电解液导电的情况。对非线线元件（如灯丝、二极管） 和气体导电等情况不适用。 ②一段含源电路欧姆定律：电路中任意两点间的电势差等于连接这两点的支 路上各电路元件上电势降落的代数和，其中电势降落的正、负符号规定如下： a.当从电路中的一点到另一点的走向确定后，如果支路上的电流流向和走向 一致，该支路电阻元件上的电势降取正号，反之取负号。 b.支路上电源电动势的方向和走向一致时， 电源的电势降为电源电动势的负值（电源内阻视 为支路电阻）。反之，取正值。 如图2-3-1所示，对某电路的一部分，由一 段含源电路欧姆定律可求得： 3232222211111 RIRIrIrIRIUU BA ???????????? ③闭合电路欧姆定律和电源输出功率 〈1〉闭合电路欧姆定律 闭合电路欧姆定律公式： rR I ? ? ? 路端电压 IrU???? ?? ? ? rR R U 对于确定电源 ? 、r一定，则 IU? 图线和 RU? 图线如图2-3-2和2-3-3 所示。其中r I m ? ? ，为电源短路电流。 〈2〉电源输出功率 电源的功率 ??rR IP ? ?? 2 ? ? 源 2 R 1 R 2 R 1 I 2 I 1 r 2 r 3 r 3 ? 2 ? 1 ? BA 图2-3-1 U ? O I m I U ? O R 图2-3-2图2-3-3 电源输出功率 ???? r R rR R rR IUP 4 2 22 ? ? ?? ? ?? ?? 出 当rR?时电源输出功率为最大 r P 4 2 ? ? 最大 此时电源效率 50?? % 电源输出功率P随外电阻R变化如图2-3-4所 示，若电源外电阻分别为1 R 、2 R 时，输出功率相 等，则必有 21 2 RRr?? 例2、如图2-3-5所示电路，设电源电压不变，问：（1）2 R 在什么范围内变 化时，2 R 上消耗的电功率随2 R 的增大而增大？（2）2 R 在什么范围内变化时， 2 R 上消耗的电功率随2 R 增大而减小？（3）2 R 为何值时，2 R 上消耗的电功率 为最大？ 先求出2 P 随2 R 变化的表达式。 ?? ?? 342 342 RRR RRR R AB ?? ? ? ?? ?? 342 342 1 1 RRR RRR R I ?? ?? ? ? ? ?? 4332314121 342 1 RRRRRRRRRR RRR I ???? ?? ? ? P R 2 R 1 R rO 最大 P 图2-3-4 A B 1 R 2 R 4 R 3 R 2 I 3 I 1 I ? 图2-3-5 ?? 4332314121 342 1 RRRRRRRRRR RRR RIU ABAB ???? ?? ?? ? 2 2 42 2 2 22 R RR U RIP AB ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ?? 2 4332314121 2 22 3 RRRRRRRRRR RR ???? ? ? ???? 2 312433141 2 22 3 ][RRRRRRRRR RR ???? ? ? 令： ARRRRRR??? 433141 ?? CR BRR