22
11
17
热学》
?同一物体中，温度梯度及热流密度与坐标系无关。
18
《高等传热学》
?t
20
《高等传热学》?在直角坐标系2
1,x x
电路理论基础第四版教材勘误表 1 28页， 习题1.18 图中受控电压源应改为“受控电流源”，正确图如下: 2 37页第 12行原为： 电流源与电阻并联的等效电路 改为：电流源与电导并联的等效电路 3 108页第8行和第9行原为： 并联电容后的电源视在功率 2387.26S '=VA 电源电流 /10.85I S U ''=≈ A 改为 并联电容后的电源视在功率 2315.79S '=≈VA 电源电流 /10.53I S U ''=≈ A 3-2 117页 例题4.18根据式（4.108）……，应为式（4.93） 3-3 128页，习题4.4图(c)中电感值j 15-Ω应改为j 15Ω 正确图如下: (c) 4 128页，习题4.6中10C X =Ω，应该为10C X =-Ω； 5 129页 图题4.9原为 改为 6 130页 题图4.15 原为
R i U +- o U +-改为 R i U +- o U +-7 132页，习题4.38中S 20V U =&，100rad/s ω= 改为S 200V U =∠?&，10rad/s ω=； 7-1 141页 例题 第三个公式应为A C U '' 8 170页，习题6.2中用到了谐振的概念来解题，在本章不合适，另换一个题。将原来的 题改为： 6.2 图示RLC 串联电路的端口电压V )]303cos(50cos 100[11ο-+=t t u ωω，端口电流A )]3cos(755.1cos 10[1i t t i ψωω-+=，角频率3141=ωrad/s ，求R 、L 、C 及i ψ的值。 u + - 图题6.2 9 194页 7.6 RLC 串联电路的谐振频率为876Hz ，通频带为750Hz 到1kHz 改为 7.6 RLC 串联电路的谐振频率为875Hz ，通频带宽度为250Hz ， 10 255页，图9.2（c ）中的附加电源错，正确图如下： (c) - + )( s U C 11 273页，习题9.18中 211R =Ω改为 210R =Ω 12 346页第六行公式有错，书中为 00(d )d (d )d (d )i u i i x G x u x C x u x x x t x ???? -+ =+++????
答案1.1 解：图示电路电流的参考方向是从a 指向b 。当时间t <2s 时电流从a 流向b,与参考方向相同，电流为正值；当t >2s 时电流从b 流向a ，与参考方向相反，电流为负值。所以电流i 的数学表达式为 2A 2s -3A 2s t i t ? 答案1.2 解：当0=t 时 0(0)(59e )V 4V u =-=-<0 其真实极性与参考方向相反，即b 为高电位端，a 为低电位端； 当∞→t 时 ()(59e )V 5V u -∞∞=-=>0 其真实极性与参考方向相同， 即a 为高电位端，b 为低电位端。 答案1.3 解：(a)元件A 电压和电流为关联参考方向。元件A 消耗的功率为 A A A p u i = 则 A A A 10W 5V 2A p u i === 真实方向与参考方向相同。 (b) 元件B 电压和电流为关联参考方向。元件B 消耗的功率为 B B B p u i = 则 B B B 10W 1A 10V p i u -===- 真实方向与参考方向相反。 (c) 元件C 电压和电流为非关联参考方向。元件C 发出的功率为 C C C p u i = 则 C C C 10W 10V 1A p u i -===-
真实方向与参考方向相反。 答案1.4 解：对节点列KCL 方程 节点③: 42A 3A 0i --=，得42A 3A=5A i =+ 节点④: 348A 0i i --+=，得348A 3A i i =-+= 节点①: 231A 0i i -++=，得231A 4A i i =+= 节点⑤: 123A 8A 0i i -++-=，得123A 8A 1A i i =+-=- 若只求2i ，可做闭合面如图(b)所示，对其列KCL 方程，得 28A-3A+1A-2A 0i -+= 解得 28A 3A 1A 2A 4A i =-+-= 答案1.5 解：如下图所示 (1)由KCL 方程得 节点①： 12A 1A 3A i =--=- 节点②： 411A 2A i i =+=- 节点③： 341A 1A i i =+=- 节点④： 231A 0i i =--= 若已知电流减少一个，不能求出全部未知电流。 (2)由KVL 方程得
第二章 导热基本定律及稳态导热 1、重点内容：① 傅立叶定律及其应用； ② 导热系数及其影响因素； ③ 导热问题的数学模型。 2、掌握内容：一维稳态导热问题的分析解法 3、了解内容：多维导热问题 第一章介绍传热学中热量传递的三种基本方式：导热、对流、热辐射。根据这三个基本方式，以后各章节深入讨论其热量传递的规律，理解研究其物理过程机理，从而达到以下工程应用上目的： 基本概念、基本定律:傅立叶定律,牛顿冷却定律,斯忒藩—玻耳兹曼定律。 ① 能准确的计算研究传热问题中传递的热流量 ② 能准确的预测研究系统中的温度分布 导热是一种比较简单的热量传递方式,对传热学的深入学习必须从导热开始，着重讨论稳态导热。 首先，引出导热的基本定律，导热问题的数学模型，导热微分方程； 其次，介绍工程中常见的三种典型（所有导热物体温度变化均满足）几何形状物体的热流量及物体内温度分布的计算方法。 最后，对多维导热及有内热源的导热进行讨论。 §2—1 导热基本定律 一 、温度场 1、概念 温度场是指在各个时刻物体内各点温度分布的总称。 由傅立叶定律知：物体导热热流量与温度变化率有关，所以研究物体导热必涉及到物体的温度分布。一般地，物体的温度分布是坐标和时间的函数。 即：),,,(τz y x f t = 其中z y x ,,为空间坐标，τ为时间坐标。 2、温度场分类 1）稳态温度场（定常温度场）：是指在稳态条件下物体各点的温度分布不随时间的改变而变化的温度场称稳态温度场，其表达式),,,(z y x f t =。 2）稳态温度场（非定常温度场）：是指在变动工作条件下，物体中各点的温度分布随时间而变化的温度场称非稳态温度场，其表达式),,,(τz y x f t =。 若物体温度仅一个方向有变化，这种情况下的温度场称一维温度场。 3、等温面及等温线 1）等温面：对于三维温度场中同一瞬间同温度各点连成的面称为等温面。 2）等温线 （1）定义：在任何一个二维的截面上等温面表现为等温线。一般情况下，温度场用等温面图和等温线图表示。 （2）等温线的特点：物体中的任何一条等温线要么形成一个封闭的曲线，要么终止在
第2讲第一章导热理论基础(2学时) 上节回顾复习5min 简单回答上节课提出的自然生活实例，强调重点，全书四部分，每部分从基础到应用 引出传热过程 本章主要内容： 0.3 传热过程10min 例题0-1，0-2 5min 第一章导热理论基础 引言 本章主要内容：5min （1）与导热有关的基本概念； （2）导热的基本定律； （3）导热现象的数学描述方法。 第一节基本概念及傅里叶定律 1.1 基本概念： 一.温度场：定义、分类（维的问题）5min 二．等温面与等温线：定义、特征5min 三．温度梯度：方向导数与梯度、温度梯度（分析）10min 四．热流密度及热流矢量（分析）5min 1.2 傅立叶定律：10min 一．文字表述、物理意义、分析 二．q的分量 第二节导热系数5min 2.1 定义、物理意义 2.2 温度对导热系数的影响10min 一．概述 二．各物质导热系数：气体、液体、金属 2.3 多孔材料的导热系数：机理、保温材料、保温材料导热系数的影响因素（4点）10min 小结5min
0.3 传热过程（第10章） 1.定义：热量从固体壁面一侧的流体通过固体壁面传递到另一侧流 体的过程。 2.求解一维稳态传热过程中的热量传递（分步法；热阻法） 分步法： 由三个相互串联的环节组成： （冬季外墙为例）。 通过平壁的稳态传热过程：2 12111)(h h t t q f f ++-=λδ 热流量的求解，热阻网络图，传热系数 表征传热过程强烈程度的标尺，不是物性参数，与过程有关。 例题0-1，0-2 第一章 导热理论基础 本章主要内容： （1）与导热有关的基本概念； （2）导热的基本定律； （3）导热现象的数学描述方法。 （引） 1.回顾导热定义，强调在导热过程中物体各部分之间没有宏观运动； 2.导热过程的微观机理：气体、介电体、金属、液体 3. 导热问题研究前提：从连续介质的假设出发、从宏观的角度来讨论导热热流量与物体温度分布及其他影响因素之间的关系。 4.导热理论的任务：找出任何时刻物体中各处的温度分布； 5.研究方法：导热微分方程（理论分析法） 导热问题是传热学中最易于用数学方法处理的热传递方式。因而我们能够在选定的研究系统中利用能量守恒定律和傅立叶定律建立起导热微分方程式，然后针对具体的导热问题求解其温度分布和热流量。最后达到解决工程实际问题的目的。 21211111h h r r r h h k ++=++=λλδ单位热阻或面积热 图1-6墙壁传热图
第一章导热理论基础 第一节基本概念及傅里叶定律 一、基本概念 1. 温度场 温度场是指某一时刻，物体的温度在空间上的分布。一般地说，它是时间和空间的函数，对直角坐标系即 () =,,,τ(1-1) t f x y z 式中t-温度； x y z ,,-直角坐标系的空间坐标； τ-时间。 2. 等温面与等温线 同一时刻，温度场中所有温度相同的点连接所构成的面叫做等温面。不同的等温面与同一平面相交，则在此平面上构成一簇曲线，称为等温线。 图-1-1房屋墙角内的温度场 图1-2 温度梯度
3. 温度梯度 grad t t n n ?= ? （1-3） 在直角坐标系中，温度梯度可表示为 grad k z t j y t i x t t ??+??+??= （1-4） 在圆柱坐标系中，参看图1-3， 温度梯度可表示为 grad r z 1t t t t e e e r r z φφ???= ++??? （1-5） 在圆球坐标系中，参看图1-3，温度梯度可表示为 grad t = r θ11sin t t t e e e r r r θ?θ φ???++??? （1-6） 图1-3 圆柱和圆球坐标系 图1-3 圆柱和圆球坐标系 4. 热流矢量 热流矢量q 在直角坐标系三个坐标轴上的分量为x q 、y q 、z q 。而且 x q q =i +y q j +z q k (1-7) 热流矢量q 在圆柱坐标系三个坐标轴上的分量为r q 、q φ、z q ， r r z z q q e q e q e φφ=++ (1-8) 热流矢量q 在圆球坐标系三个坐标轴上的分量为r q 、q φ、q θ， r r θq q e q e q e φφθ=++ (1-9)
第一章 导热理论基础 本章重点：准确理解温度场、温度梯度、导热系数等基本概念，准确掌握导热基本定律及导 热问题的基本分析方法。 物质内部导热机理的物理模型：（1）分子热运动；（2）晶格（分子在无限大空间里排列 成周期性点阵）振动形成的声子运动；（3）自由电子运动。 物质内部的导热过程依赖于上述三种机理中的部分项，这几种机理在不同形态的物质中 所起的作用是不同的。 导热理论从宏观研究问题，采用连续介质模型。 第一节 基本概念及傅里叶定律 1-1 导热基本概念 一、温度场(temperature field) （一）定义：在某一时刻，物体内各点温度分布的总称，称为即为温度场（标量场）。 它是空间坐标和时间坐标的函数。在直角坐标系下，温度场可表示为： ),,,(τz y x f t = （1-1） （二）分类： 1．从时间坐标分： ① 稳态温度场：不随时间变化的温度场，温度分布与时间无关， 0=??τ t ，此时，),,(z y x f t =。（如设备正常运行工况） 稳态导热：发生于稳态温度场中的导热。 ② 非稳态温度场：随时间而变化的温度场，温度分 布与时间有关，),,,(τz y x f t =。（设备启动和停车过程） 非稳态导热：在非稳态温度场中发生的导热。 2．从空间坐标分： ① 三维温度场：温度与三个坐标有关的温度场，? ??==稳态非稳态),,(),,,(z y x f t z y x f t τ ② 二维温度场：温度与二个坐标有关的温度场，???==稳态非稳态) ,(),,(y x f t y x f t τ
?t grad t ③ 一维温度场：温度只与一个坐标有关的温度场，? ??==稳态非稳态，)()(x f t x f t τ 二、等温面与等温线 1．等温面(isothermal surface)：在同一时刻，物体内温度相同的点连成的面即为等温面。 2．等温线(isotherms)：用一个平面与等温面相截，所得的交线称为等温线。 为了直观地表示出物体内部的温度分布，可采用图示法，标绘出物体中的等温面（线）。 3．等温面（线）的特点： ① 不同的等温面（线）之间是不可能相交的。图1-1所示的即为一维大平壁和一维圆筒 壁内的等温面（线）的示意图。 ② 在连续介质的假设条件下，等温面（线）可以是物体中闭合的曲面或曲线，或者终止 在物体的边界，不可能在物体中中断。。 ③ 等温线的疏密可直观反映出不同区域温度梯度的相对大小，若每条等温线间的温度间 隔相等时，即t ?相等，则等温线越疏，表明该区域热流密度越小；反之，越大。 ④ 沿等温面（等温线）无热量传递 三、温度梯度(temperature gradient) 从一个等温面上的某点出发，到达另一个等温面，可以有不同的路径，不同路径上的温 度变化率是不同的，温度变化率最大的路径位于该点的法线方向上。为了表示沿等温面法线 方向的温度变化率，引入温度梯度的概念。 梯度（最大的方向导数）：指向变化最剧烈的方向。（向量） 温度变化率是标量，温度梯度是矢量。 温度梯度：定义沿法线方向的温度变化率（沿等温面法线方向上的温度增量与法向距离 比值的极限）为温度梯度，以gradt 表示。 n t n t grad n t ??=??=→?→0lim (1-2) 式中，——等温面法线方向的单位矢量； n t ??——温度在等温面法线方向的导数。 温度梯度的方向（正向）：是沿等温面法线由低温指向高温。 温度梯度的数值大小：等于温度梯度方向上的导数。 在直角坐标系：
电路理论基础习题答案 第一章 1-1. (a)、(b)吸收10W ；(c)、(d)发出10W. 1-2. –1A; –10V; –1A; – 4mW. 1-3. –0.5A; –6V; –15e – t V; 1.75cos2t A; 3Ω; 1.8cos 22t W. 1-4. u =104 i ; u = -104 i ; u =2000i ; u = -104 i ; 1-8. 2 F; 4 C; 0; 4 J. 1-9. 9.6V,0.192W, 1.152mJ; 16V , 0, 3.2mJ. 1-10. 1– e -106 t A , t >0 取s . 1-11. 3H, 6(1– t )2 J; 3mH, 6(1–1000 t ) 2 mJ; 1-12. 0.4F, 0 . 1-13. 供12W; 吸40W; 吸2W; (2V)供26W, (5A)吸10W. 1-14. –40V , –1mA; –50V, –1mA; 50V , 1mA. 1-15. 0.5A,1W; 2A,4W; –1A, –2W; 1A,2W. 1-16. 10V ,50W;50V ,250W;–3V ,–15W;2V ,10W. 1-17. (a)2V;R 耗4/3W;U S : –2/3W, I S : 2W; (b) –3V; R 耗3W; U S : –2W, I S :5W; (c)2V ,–3V; R 耗4W;3W;U S :2W, I S :5W; 1-18. 24V , 发72W; 3A, 吸15W; 24V 电压源; 3A ↓电流源或5/3Ω电阻. 1-19. 0,U S /R L ,U S ;U S /R 1 ,U S /R 1 , –U S R f /R 1 . 1-20. 6A, 4A, 2A, 1A, 4A; 8V, –10V , 18V . 1-21. K 打开：(a)0, 0, 0; (b)10V, 0, 10V; (c)10V,10V ,0; K 闭合: (a)10V ,4V ,6V; (b)4V ,4V ,0; (c)4V ,0,4V; 1-22. 2V; 7V; 3.25V; 2V. 1-23. 10Ω. 1-24. 14V . 1-25. –2.333V , 1.333A; 0.4V , 0.8A. 1-26. 12V , 2A, –48W; –6V , 3A, –54W . ※ 第二章 2-1. 2.5Ω; 1.6R ; 8/3Ω; 0.5R ; 4Ω; 1.448Ω; . R /8; 1.5Ω; 1.269Ω; 40Ω; 14Ω. 2-2. 11.11Ω; 8Ω; 12.5Ω. 2-3. 1.618Ω. 2-4. 400V;363.6V;I A =. 5A, 电流表及滑线电阻损坏. 2-6. 5k Ω. 2-7. 0.75Ω. 2-8. 10/3A,1.2Ω;–5V,3Ω; 8V ,4Ω; 0.5A,30/11Ω. 2-9. 1A,2Ω; 5V ,2Ω; 2A; 2A; 2A,6Ω. 2-10. –75mA; –0.5A. 2-11. 6Ω; 7.5Ω; 0; 2.1Ω. 2-12. 4Ω; 1.5Ω; 2k Ω. 2-13. 5.333A; 4.286A. 2-14. (a) –1 A ↓; (b) –2 A ↓, 吸20W. 2-16. 3A. 2-17. 7.33V . 2-18. 86.76W. 2-19. 1V , 4W. 2-20. 64W. 2-21. 15A, 11A, 17A. 2-23. 7V , 3A; 8V ,1A. 2-24. 4V , 2.5V, 2V. 2-26. 60V . 2-27. 4.5V. 2-28. –18V . 2-29. 原构成无解的矛盾方程组; (改后)4V,10V . 2-30. 3.33 k , 50 k . 2-31. R 3 (R 1 +R 2 ) i S /R 1 . 2-32. 可证明 I L =－ u S /R 3 . 2-33. –2 ; 4 . 2-34. (u S1 + u S2 + u S3 )/3 . ※ 第三章 3-1. –1+9=8V; 6+9=15V; sin t +0.2 e – t V. 3-2. 155V . 3-3. 190mA. 3-4. 1.8倍. 3-5. 左供52W, 右供78W. 3-6. 1 ; 1A; 0.75A. 3-7. 3A; 1.33mA; 1.5mA; 2/3A; 2A.
第一章 导热理论和导热微分方程 相互接触的物体各部分之间依靠分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而传递热量的过程称为导热。在纯导热过程中物体各部分之间没有宏观运动。 与固体物理的理论研究方法不同，传热学研究导热问题时不是对导热过程的微观机理作深入的分析，而是从宏观的、现象的角度出发，以实验中总结出来的基本定律为基础进行数学的推导，以得到如温度分布、温度-时间响应和热流密度等有用的结果。这种处理方法的物理概念简单明了，但所要求的数学知识和技能仍是复杂和困难的。本书在材料的选取上，注意在介绍有重要应用价值的结果的同时，也给予求解导热问题的典型数学方法以足够的重视，以培养和发展读者独立解决问题的能力。 1-1 导热基本定律 1-1-1 温度场 由于传热学以宏观的、现象的方式来研究导热问题，团此必须引入连续介质假定，以便用连续函数来描述温度分布。温度场就是在一定的时间和空间域上的温度分布。它可以表示为空间坐标和时间的函数。由于温度是标量，温度场是标量场。常用的空间坐标系有三种：直角坐标系、柱坐标系和球坐标系。在直角坐标系中，温度场可以表示为 (,,,)t f x y z τ= （1-1-1） 式中：t 表示温度；x 、y 、z 为三个空间坐标；τ表示时间。 若温度场各点的温度均不随时间变化，即0t τ??=，则称该温度场为稳态温度场，否则为非稳态温度场。若温度场只是一个空间坐标的函数，则称为一维温度场；若温度场是两个或三个空间坐标的函数，则称为二维或三维温度场。 1-1-2 等温面与温度梯度 物体内温度相同的点的集合所构成的面叫做等温面。对应不同温度值的等温面构成等温面族。等温面与任一截面的交线形成等温线。由于等温线具有形象直观的优点，二维温度场常用等温线来表示温度分布。 由于在同一时刻物体的一个点上只能有一个温度值，所以不同的等温面不可能相交。它们或者在域内形成封闭曲线，或者终止于物体的边界。 如图1-l 所示，在物体内某一点P 处，沿空间某一方向l 的温度的变化率 图1-l 等温线和温度梯度
答案1.7 解：如下图所示 ① ②③④⑤ 1A 2A 1A 8V 6V 7V 5V 1i 2i 4i 3 i 1A 1l 2l 3l 4l (1)由KCL 方程得 节点①： 12A 1A 3A i 节点②：411A 2A i i 节点③：341A 1A i i 节点④：23 1A 0i i 若已知电流减少一个，不能求出全部未知电流。(2)由KVL 方程得 回路1l ： 14 12233419V u u u u 回路2l ： 15 144519V-7V=12V u u u 回路3l ： 52 511212V+5V=-7V u u u 回路4l ： 5354437V 8V 1V u u u 若已知支路电压减少一个，不能求出全部未知电压。答案1.8 解：各元件电压电流的参考方向如图所示。 元件1消耗功率为: 11110V 2A 20W p u i 对回路l 列KVL 方程得 21410V-5V 5V u u u 元件2消耗功率为: 2215V 2A 10W p u i 元件3消耗功率为: 333435V (3)A 15W p u i u i
对节点①列KCL 方程4131A i i i 元件4消耗功率为: 4445W p u i 答案1.9 解：对节点列KCL 方程 节点①: 35A 7A 2A i 节点③: 47A 3A 10A i 节点②: 534 8A i i i 对回路列KVL 方程得： 回路1l ： 1 3510844V u i i 回路2l ： 245158214V u i i 答案1.10 解：由欧姆定律得 130V 0.5A 60i 对节点①列KCL 方程 10.3A 0.8A i i 对回路l 列KVL 方程 1600.3A 50 15V u i 因为电压源、电流源的电压、电流参考方向为非关联，所以电源发出的功率 分别为 S 30V 30V 0.8A 24W u P i S 0.3A 15V 0.3A 4.5W i P u 即吸收4.5W 功率。 答案1.12 解：(a)电路各元件电压、电流参考方向如图(a)所示。由欧姆定律得 S /10cos()V/2A 5cos()A R i u R t t 又由KCL 得 S (5cos 8)A R i i i t 电压源发出功率为 S S 2 10cos()V (5cos 8)A (50cos 80cos )W u p u i t t t t 电流源发出功率为
电路理论基础第四版教材勘误表 1 28页， 习题1.18 图中受控电压源应改为“受控电流源”，正确图如下: 2 37页第 12行原为： 电流源与电阻并联的等效电路 改为：电流源与电导并联的等效电路 3 108页第8行和第9行原为： 并联电容后的电源视在功率 2387.26S '=≈VA 电源电流 /10.85I S U ''=≈ A 改为 并联电容后的电源视在功率 2315.79S '=VA 电源电流 /10.53I S U ''=≈ A 3-2 117页 例题4.18根据式（4.108）……，应为式（4.93） 3-3 128页，习题4.4图(c)中电感值j 15-Ω应改为j 15Ω 正确图如下: (c) 4 128页，习题4.6中10C X =Ω，应该为10C X =-Ω； 5 129页 图题4.9原为 改为 6 130页 题图4.15 原为
R i U +- o U +-改为 R i U +- o U +-7 132页，习题4.38中S 20V U =&，100rad/s ω= 改为S 200V U =∠?&，10rad/s ω=； 7-1 141页 例题 第三个公式应为A C U '' 8 170页，习题6.2中用到了谐振的概念来解题，在本章不合适，另换一个题。将原来的 题改为： 6.2 图示RLC 串联电路的端口电压V )]303cos(50cos 100[11ο-+=t t u ωω，端口电流A )]3cos(755.1cos 10[1i t t i ψωω-+=，角频率3141=ωrad/s ，求R 、L 、C 及i ψ的值。 u + - 图题6.2 9 194页 7.6 RLC 串联电路的谐振频率为876Hz ，通频带为750Hz 到1kHz 改为 7.6 RLC 串联电路的谐振频率为875Hz ，通频带宽度为250Hz ， 10 255页，图9.2（c ）中的附加电源错，正确图如下： (c) - + )( s U C 11 273页，习题9.18中 211R =Ω改为 210R =Ω 12 346页第六行公式有错，书中为
答案2.1 解：本题练习分流、分压公式。设电压、电流参考方向如图所示。 (a) 由分流公式得： 23A 2A 23I R Ω?= =Ω+ 解得 75R =Ω (b) 由分压公式得： 3V 2V 23R U R ?= =Ω+ 解得 47 R = Ω 答案2.2 解：电路等效如图(b)所示。 20k Ω 1U + - 20k Ω (a) (b) + _ U 图中等效电阻 (13)520(13)k //5k k k 135 9 R +?=+ΩΩ= Ω= Ω ++ 由分流公式得： 220m A 2m A 20k R I R =? =+Ω 电压 220k 40V U I =Ω?= 再对图(a)使用分压公式得： 13= =30V 1+3 U U ? 答案2.3 解：设2R 与5k Ω的并联等效电阻为 2325k 5k R R R ?Ω= +Ω (1) 由已知条件得如下联立方程：
32 1 13 130.05(2) 40k (3) eq R U U R R R R R ?==? +??=+=Ω ? 由方程(2)、(3)解得 138k R =Ω 32k R =Ω 再将3R 代入(1)式得 210k 3R = Ω 答案2.4 解：由并联电路分流公式，得 1820mA 8mA (128)I Ω=?=+Ω 2620mA 12mA (46)I Ω=? =+Ω 由节点①的K C L 得 128mA 12mA 4mA I I I =-=-=- 答案2.5 解：首先将电路化简成图(b)。 图 题2.5 10A 120Ω (a) (b) 图中 1(140100)240R =+Ω=Ω 2(200160)120270360(200160)120R ??+?=+Ω=Ω ??++? ? 由并联电路分流公式得 2112 10A 6A R I R R =? =+ 及 21104A I I =-= 再由图(a)得 321201A 360120 I I =? =+
传热学主要知识点 1.热量传递的三种基本方式。 热量传递的三种基本方式：导热(热传导)、对流(热对流)和热辐射。
2．导热的特点。 a 必须有温差； b 物体直接接触； c 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量； d 在引力场下单纯的导热一般只发生在密实的固体中。
3.对流（热对流）(Convection)的概念。 流体中（气体或液体）温度不同的各部分之间，由于发生相对的宏观运动而把热量由一处传递到另一处的现象。 4对流换热的特点。 当流体流过一个物体表面时的热量传递过程，它与单纯的对流不同，具有如下特点： a 导热与热对流同时存在的复杂热传递过程 b 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；也必须有温差 c 壁面处会形成速度梯度很大的边界层 5.牛顿冷却公式的基本表达式及其中各物理量的定义。 [] W )(∞-=t t hA Φw [] 2m W )( f w t t h A Φq -==
6. 热辐射的特点。 a 任何物体，只要温度高于0 K，就会不停地向周围空间发出热辐射； b 可以在真空中传播； c 伴随能量形式的转变； d 具有强烈的方向性； e 辐射能与温度和波长均有关； f 发射辐射取决于温度的4次方。
7.导热系数, 表面传热系数和传热系数之间的区别。导热系数：表征材料导热能力的大小，是一种物性参数，与材料种类和温度关。 表面传热系数：当流体与壁面温度相差1度时、每单位壁面面积上、单位时间内所传递的热量。影响h因素：流速、流体物性、壁面形状大小等。传热系数：是表征传热过程强烈程度的标尺，不是物性参数，与过程有关。 常温下部分物质导热系数：银：427；纯铜：398；纯铝：236；普通钢：30-50；水：0.599；空气：0.0259；保温材料：<0.14；水垢：1-3；烟垢：0.1-0.3。
习题2答案部分（p57） 答案2.1略 答案2.2略 答案2.3 解：电路等效如图(b)所示。 1k Ω 3k Ω 5k Ω 20k Ω 20m A 1U +- 20k Ω 20m A (a ) (b ) + _ 2 I 2 I U R 图中等效电阻 (13)520(13)k //5k k k 1359 R +?=+ΩΩ=Ω=Ω ++ 由分流公式得： 2 20m A 2m A 20k R I R =?=+Ω 电压 2 20k 40V U I =Ω?= 再对图(a)使用分压公式得： 1 3==30V 1+3 U U ? 答案2.4 解：设2R 与5k Ω的并联等效电阻为 2325k 5k R R R ?Ω = +Ω (1) 由已知条件得如下联立方程： 32 1 13130.05(2) 40k (3) e q R U U R R R R R ?==?+??=+=Ω? 由方程(2)、(3)解得 13 8k R =Ω 32k R =Ω
再将3R 代入(1)式得 210k 3 R = Ω 答案2.5 解：由并联电路分流公式，得 1 820m A 8m A (128)I Ω =?=+Ω 2 620m A 12m A (46)I Ω =?=+Ω 由节点①的K C L 得 12 8m A 12m A 4m A I I I =-=-=- 答案2.6 解：首先将电路化简成图(b)。 10A 140Ω 100Ω200Ω 120Ω 270Ω 160Ω U -+ 1 R 10A 2 R (a )(b ) 1 I 2 I 3 I 1 I 2 I 1U + - + - 3 U 图中 1 (140100)240R =+Ω=Ω 2(200160)120 270360(200160)120R ??+?=+Ω=Ω??++?? 由并联电路分流公式得 2 1 12 10A 6A R I R R =?=+ 及 21104A I I =-= 再由图(a)得 32 120 1A 360120 I I =?=+ 由KVL 得， 3131 200100400V U U U I I =-=-=-
图4-3 温度梯度与傅里叶定律 第二节 热传导 热传导是由物质内部分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递现象。热传导的机理非常复杂，简而言之，非金属固体内部的热传导是通过相邻分子在碰撞时传递振动能实现的；金属固体的导热主要通过自由电子的迁移传递热量；在流体特别是气体中，热传导则是由于分子不规则的热运动引起的。 4-2-1 傅里叶定律 一、温度场和等温面 任一瞬间物体或系统内各点温度分布的空间，称为温度场。在同一瞬间，具有相同温度的各点组成的面称为等温面。因为空间内任一点不可能同时具有一个以上的不同温度，所以温度不同的等温面不能相交。 二、温度梯度 从任一点开始，沿等温面移动，如图4-3所示，因为在等温面上无温度变化，所以无热量传递；而沿和等温面相交的任何方向移动，都有温度变化，在与等温面垂直的方向上温度变化率最大。将相邻两等温面之间的温度差△t 与两等温面之间的垂直距离△n 之比的极限称为温度梯度，其数学定义式为： n t n t gradt ??=??=lim (4-1) 温度梯度n t ??为向量，它的正方向指向温度增加的方向，如图4-3所示。 对稳定的一维温度场，温度梯度可表示为： x t gradt d d = （4-2） 三、傅里叶定律 导热的机理相当复杂，但其宏观规律可用傅里叶定律来描述，其数学表达式为： n t S Q ??∝d d 或 n t S Q ??-=d d λ （4-3） 式中 n t ??——温度梯度，是向量，其方向指向温度增加方向，℃/m ； Q ——导热速率，W ； S ——等温面的面积，m 2； λ——比例系数，称为导热系数，W/（m ·℃）。 式4-3中的负号表示热流方向总是和温度梯度的方向 相反，如图4-3所示。 傅里叶定律表明：在热传导时，其传热速率与温度梯 度及传热面积成正比。 必须注意，λ作为导热系数是表示材料导热性能的一 个参数，λ越大，表明该材料导热越快。和粘度μ一样，导
* 电路理论基础习题答案 第一章 1-1. (a)、(b)吸收10W ；(c)、(d)发出10W. 1-2. –1A; –10V; –1A; – 4mW. 1-3. –0.5A; –6V; –15e –t V; A; 3Ω; W. 1-4. u =104 i ; u = -104 i ; u =2000i ; u = -10 4 i ; 1-5. 1-6. 0.1A. 1-7. 1-8. 2F; 4C; 0; 4J.1-9. 9.6V,, ; 16V, 0, . 1-10. 1– e -106 t A , t >0 s . 1-11. 3H, 6(1– t )2 J; 3mH, 6(1–1000 t ) 2 mJ; 1-12. 0.4F, 0 . 1-13. 供12W; 吸40W; 吸2W; (2V)供26W, (5A)吸10W. 1-14. –40V, –1mA; –50V, –1mA; 50V, 1mA. 1-15. 0.5A,1W; 2A,4W; –1A, –2W; 1A,2W. 1-16. 10V,50W;50V,250W;–3V,–15W;2V,10W. 1-17. (a)2V;R 耗4/3W;U S : –2/3W, I S : 2W; (b) –3V; R 耗3W; U S : –2W, I S :5W; (c)2V,–3V; R 耗4W;3W;U S :2W, I S :5W; 1-18. 24V, 发72W; 3A, 吸15W; 24V 电压源; 3A ↓电流源或5/3Ω电阻. 1-19. 0,U S /R L ,U S ;U S /R 1 ,U S /R 1 , –U S R f /R 1 . 1-20. 6A, 4A, 2A, 1A, 4A; 8V, –10V, 18V. 1-21. K 打开：(a)0, 0, 0; (b)10V, 0, 10V; (c)10V,10V,0; K 闭合: (a)10V,4V,6V; (b)4V,4V,0; (c)4V,0,4V; 1-22. 2V; 7V; ; 2V. 1-23. 10Ω. 1-24. 14V. 1-25. –, 1.333A; , 0.8A. 1-26. 12V, 2A, –48W; –6V, 3A, –54W . ※ 第二章 2-1. 2.5Ω; ; 8/3Ω; ; 4Ω; Ω; . R /8; Ω; Ω; 40Ω; 14Ω. 2-2. 11.11Ω; 8Ω; Ω. 2-3. Ω. 2-4. 400V;;I A =. 5A, 电流表及滑线电阻损坏. 2-6. 5k Ω. 2-7. Ω. 2-8. 10/3A,Ω;–5V,3Ω; 8V,4Ω; 0.5A,30/11Ω. 2-9. 1A,2Ω; 5V,2Ω; 2A; 2A; 2A,6Ω. 2-10. –75mA; –0.5A. 2-11. 6Ω; Ω; 0; Ω. 2-12. 4Ω; Ω; 2k Ω. 2-13. 5.333A; 4.286A. 2-14. (a) –1 A ↓; (b) –2 A ↓, 吸20W. 2-16. 3A. 2-17. 7.33V. 2-18. . 2-19. 1V, 4W. 2-20. 64W. 2-21. 15A, 11A, 17A. 2-23. 7V, 3A; 8V,1A. 2-24. 4V, , 2V. 2-26. 60V. 2-27. . 2-28. –18V. 2-29. 原构成无解的矛盾方程组; (改后)4V,10V. 2-30. k , 50 k . 2-31. R 3 (R 1 +R 2 ) i S /R 1 . 2-32. 可证明 I L =－ u S /R 3 . 2-33. –2 ; 4 . 2-34. (u S1 + u S2 + u S3 )/3 . ※ 第三章 3-1. –1+9=8V; 6+9=15V; sin t + e – t V. 3-2. 155V. 3-3. 190mA. 3-4. 1.8倍. i A 0 s 1 1 2 3 1-e -t t 0 t ms i mA 4 10 0 t ms p mW 4 100 2 25 i , A .75 t 0 .25 ms (d) u , V 80 0 10 -20 t , ms (f ) u , V 100 0 10 t , ms (e) p (W) 10 0 1 2 t (s) -10
grad t 第一章 导热理论基础 第一节基本概念及傅里叶定律 1-1 导热基本概念 一、温度场 1、定义：在某一时间，物体内部各处的温度分布即为温度场。 直角坐标系： ),,,(τz y x f t = （2-1） 热流是由高温向低温传递，具有方向性。而温度则属于标量，无方向性。 2、分类： 从时间坐标看， 稳态导热：温度分布与时间无关，),,(z y x f t =； 非稳态导热：温度分布与时间有关，),,,(τz y x f t =。 从空间坐标可将导热分为一维、二维、三维导热。其中最简单的是一维稳态导热，可表示为：)(x f t =。 3、等温面（线） 在同一瞬间，物体内温度相同的点连成的面即为等温面。不同的等温面与同一平面相交，在平面上得到的一组线为等温线。 不同的等温面（线）之间是不可能相交的。图2-1所示的即为一维大平壁和一维圆筒壁内的等温面（线）的示意图。 二、温度梯度 定义沿法线方向的温度变化率为温度梯度，以 t grad → 表示。 n t n t grad n t ??=??=→?→ 0lim (2-3) 温度梯度是一个矢量，具有方向性。它的方向是沿等温面法线由低温指向高温方向。 在直角坐标系： z t y t x t gradt ??+??+??= （2-4）
其中， x t ??、y t ??、z t ??分别为沿x 、y 、z 方向的温度梯度。 三、热流密度 热流密度，。热流密度是一个矢量，具有方向性，其大小等于沿着这方向单位时间单位面积流过的热量，方向即为沿等温面之法线方向，且由高温指向低温方向，见图。在直角坐标系中，同样可以分解成由沿坐标轴三个方向的分量表示： q q q z y x ++= （2-） 式中z y x q q q ,,为沿坐标轴三个方向的分热流。而通过该等温面传递的热量为 z z y y x x A q A q A q A q ++=?=Φ→ → （2-） 1-2．傅立叶定律 傅立叶（J. Fourier ） 热流密度与温度梯度的关系可以用下式表示 n t gradt q ??-=-=λλ （2-5） n t A Agradt ??-=-=Φλλ （2-6） 式中的比例系数λ即为材料的导热系数（或称热导率），单位)C m W ??。负号代表热流密度与温度梯度的方向刚好相反。 傅立叶定律直接给定了热流密度和温度之间的关系。 在直角坐标系，傅立叶定律可以展开为： )( z t y t x t q q q z y x ??+??+??-=++λ （2-7） 对应可写出各个方向上的分热流密度为： z t q y t q x t q z y x ??-=??-=??-=λ λλ （2-8） **：傅立叶定律仅适用于导热系数为各向同性的材料。 例2-1．已知厚度为100mm 的平壁，壁面内稳态温度分布式为2cx bx a t ++=。式中：t 单位为C ?，x 单位为m ，C a ?=900，m C b /300?-=，5/50m C c ?-=。平壁导热系数)/(40K m W ?=λ。求：（1）平壁两侧的热流密度；（2）平壁内是否有
答案1.7 解：如下图所示 (1)由KCL 方程得 节点①： 12A 1A 3A i =--=- 节点②： 411A 2A i i =+=- 节点③： 341A 1A i i =+=- 节点④： 231A 0i i =--= 若已知电流减少一个，不能求出全部未知电流。 (2)由KVL 方程得 回路1l ： 1412233419V u u u u =++= 回路2l ： 15144519V-7V=12V u u u =+= 回路3l ： 52511212V+5V=-7V u u u =+=- 回路4l ： 5354437V 8V 1V u u u =+=-=- 若已知支路电压减少一个，不能求出全部未知电压。 答案1.8 解：各元件电压电流的参考方向如图所示。 元件1消耗功率为: 11110V 2A 20W p u i =-=-?=- 对回路l 列KVL 方程得 21410V-5V 5V u u u =+== 元件2消耗功率为: 2215V 2A 10W p u i ==?= 元件3消耗功率为: 333435V (3)A 15W p u i u i ===-?-=
对节点①列KCL 方程 4131A i i i =--= 元件4消耗功率为: 4445W p u i ==- 答案1.9 解：对节点列KCL 方程 节点①: 35A 7A 2A i =-+= 节点③: 47A 3A 10A i =+= 节点②: 5348A i i i =-+= 对回路列KVL 方程得： 回路1l ： 13510844V u i i =-?Ω+?Ω= 回路2l ： 245158214V u i i =?Ω+?Ω= 答案1.10 解：由欧姆定律得 130V 0.5A 60i = =Ω 对节点①列KCL 方程 10.3A 0.8A i i =+= 对回路l 列KVL 方程 1600.3A 5015V u i =-?Ω+?Ω=- 因为电压源、电流源的电压、电流参考方向为非关联，所以电源发出的功率 分别为 S 30V 30V 0.8A 24W u P i =?=?= S 0.3A 15V 0.3A 4.5W i P u =?=-?=- 即吸收4.5W 功率。 答案1.12 解：(a)电路各元件电压、电流参考方向如图(a)所示。 由欧姆定律得 S /10cos()V/2A 5cos()A R i u R t t ωω=== 又由KCL 得 S (5cos 8)A R i i i t ω=-=- 电压源发出功率为 S S 2 10cos()V (5cos 8)A (50cos 80cos )W u p u i t t t t ωωωω=?=?-=- 电流源发出功率为