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电路基本分析之模型化
  • 电是一种看不见的物质,但是通过百十年来人们进行的无数次的试验、制造的无数件机电设备可以证实它的存在和充分利用它的一些性质为人类服务,成为人类改造大自然的重要武器;电压、电流、电量、电阻、电容、电感等物理量、术语又是抽象的概念,不像我们能够看得见的日月星辰那么直观形象,为了很好的理解、分析电路应该建立形象的模型,将复杂的概念简单化,抽象的东西具体化,高深的理论通俗化。
  • 1.电能作为一种

    能源

    ,具有能源的一些性质,比如可以互相转换,遵循

    能量守恒定律

    ;电流是大量的

    电荷定向移动

    形成的,因此它具有

    流体

    的一些性质,比如有大小、流向、能够做功等;我们常见的能源如水能、风能、液压能等流体,这些流体我们都有非常直观的认识,它们具有流动性、能量、大小等,需要一定的通道、机构予以约束、控制,使其按照人们的意志发挥作用;电又是

    物质

    的,遵循

    物质守恒定律

    ;综上所述,电不是超物质的,我们可以通过类比法学习、分析、认识电能这种特殊的能源、流体(电流)、物质。

水路和电路

  • 2.电路

    :电路就是电流的通路,相当于管路,无路不通,电流在电路当中流动,就像水流在水管当中流动一样,电路由电源、控制部分、负载组成,就像液压系统的液压泵、控制阀、马达一样;电阻、电容、电感等电子元件通过并联、串联等不同的连接方式组合在一起,形成一个完整的能量转换系统或信息处理系统,就像供水系统各种管径的管路、阀门和压阀控制等装置构成复杂的供水管网系统,将水分配到各个用水地点,只要参数一定,水量、水速、流向就一定;电路根据用途分供电电路、信息转换和处理电路两种;
  • 3.电源E

    :就是为负载提供能量的源泉,使电路各部分能够正常工作;就像水塔一样通过水泵将地下水提升到水塔里面,使其具有一定的势能,才能为管网输水。电源就是通过电源力将负极的正电荷移动到正极,使其具有电势能,这种电源力有化学能有动能等提供;电源有能够提供稳恒电流的蓄电池和发电机,还有一次电源、二次电源之分;

电源

  • 4.电量Q

    :电荷的多少就是

    电量

    ;电荷是由正电荷、负电荷构成的,电荷是

    物质

    的,如电子带负电,原子核带正电;电荷具有数量性,一个电子带一个负电荷,这就是电量,电子越多,电量越大;就像水分子越多水量越大一样;电子虽然我们看不见,但是可以通过试验证实它的存在,比如电子管,能够形成单向电流就是电子的定向移动形成的。

原子核与自由电子

  • 5.电压U

    :相当于水压,没有水压就没有水流,只要管路两端存在高差,就会具备水流的条件,只要两点存在电势差就会形成电压;高差大水压大,电位差大,电压大;电压具有方向性,就像水压一样,由高压流向低压;电压的方向是由高电位指向低电位。水库的水位的基准点不同,其值不同,但水头高度是一定的;电位的基准点不同,其值不同,但电压是一定的;水压有高低,电压有高低,平静的水面就像是直流电,波动的水面就像是直流电。

水库水位标志

  • 6.电流I

    :相当于水流,水流大小取决于管道的粗细、阻力、水压;就像水压一样,人往高处走,水往低处流;电流同水流一样有大小,有方向;

定向移动的水流

  • 7.电阻R

    :就是对电荷的阻力,相当于管道对水的阻力,管道内壁光滑度、管径、拐点、管路长度等因素对水的阻力不同;电路的长度、材料、直径影响电阻的大小;因为电流要通过电路,电路性质不同,对电荷的阻力不同,就像高速公路和山路一样,对汽车的阻力不同;

高速公路

  • 8.开关K

    :控制电路的通、断;就像阀门一样;任何一个电路必备元件之一;可以是手动,可以是自动控制;
  • 9.二极管VD

    :单向导电作用,就像让水流向一个方向流动一样;或者理解为单向打开的大门;

单向门

  • 10.三极管VT

    :四两拨千斤的功能,就像是杠杆,很小的力量就可以撬动很重的物体;三极管就是用基极b小电压、小电流控制集电极c的大电压、大电流,从而将信号放大;

杠杆原理

  • 11.电容C

    :就像水杯一样,能够储存水量,水量的变化需要过程;电容能够储存电量,电量的增加或减少需要时间,表现在电压不能突变;储存的电量就是电能;水杯有大小,电容有大小;电容的单位为法(F),C=Q/U,就像是水杯里面放了个鸡蛋;

储水的水杯

水杯里的鸡蛋

  • 11.电感L

    :电感有一个非常重要的性质就是阻碍电流的变化,当通过其中的电流增加时,则自感电动势就阻碍其增加,方向与电流方向相反;当电流减小时就阻碍其减小,自感电动势方向和电流方向一致;就像弹簧一样,能够储存能量,你压它的时候它会往外弹,你拉它的时候,它会往里拉,总是和你对着干,并将你施加的能量储存起来;储存的电量就是电能;

能够伸缩的弹簧

  • 我们不必计较以上概括的准确与否,只要能够形象的理解概念,熟练掌握电路即可。
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