中学里,我们学过欧姆定律,但它只能用来分析简单的电路,电路结构一旦复杂了,就不行了。
通过学习电路分析,我们知道基尔霍夫定律适用范围是建立在欧姆定律、电荷守恒定律及电压环路定理的基础之上的,基尔霍夫电流定律体现了电荷守恒,基尔霍夫电压定律体现了能量守恒。
下面我们看一下在电路分析中对实际电路的基本定义:
实际电路指的是由电阻器、电容器、线圈、变压器、晶体管、运算放大器、传输线、电池、发电机和信号发生器等电气器件和设备连接而成的电路 [1] 。
以电路电气器件的实际尺寸和工作信号的波长为标准划分,实际电路可分为分布参数电路和集总参数电路。
确切的讲,基尔霍夫定律只适用于集总参数电路。集总参数思想是电路理论的最基本也是最核心的思想 [2] 。所谓集总参数电路是指电路本身的最大线性尺寸远小于电路中电流或电压的波长的电路,反之则为分布参数电路。
具体讲:
1.基尔霍夫定律在稳恒电流条件下严格成立。当基尔霍夫电流定律、电流定律联合使用时,可正确计算出电路中各支路的电流值。
2.低频交流电路满足基尔霍夫定律。由于似稳电流(低频交流电) 电磁波波长远大于电路的尺度,所以它在电路中每一瞬间的电流与电压均能在足够好的程度上满足基尔霍夫定律。
3.基尔霍夫定律可以用于含有电子元件的非线性电路的分析。基尔霍夫定律仅与电路的连接方式有关,而与构成该电路的元器件具有什么样的性质无关。
4.分析通过含时电流的电路,在使用基尔霍夫定律的时候,可以考虑予以修正:
1)由于电路通过含时电流,所以通过闭合回路的磁通量也是时间的函数,根据法拉第电磁感应定律,会有电动势E出现于闭合回路。所以,电场沿着闭合回路的线积分不等于零,此时回路方程应写作:Σvk = E = - ΔΦ/Δt (磁场正方向与回路正方向相同时)。
这是因为电流会将能量传递给磁场;反之亦然,磁场亦会将能量传递给电流。
2)对于含有电感器的电路,由于含时电流的作用,电路的每一个电感器都会产生对应的电动势Ek。必需将这个电动势纳入基尔霍夫电压定律,才能得到正确的分析结果。
以上见解粗浅,欢迎朋友们指正、做深入讨论。
参考
- ^ 胡翔骏 黄金玉 .电路分析:高等教育出版社,2002-9
- ^ 集总参数电路与磁路、热路的关联性教学 .中国知网