等效电压源定理(高中物理精品)
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戴维南定理典型例子_戴维南定理解题方法什么是戴维南定理戴维南定理(又译为戴维宁定理)又称等效电压源定律,是由法国科学家L·C·戴维南于1883年提出的一个电学定理。
由于早在1853年,亥姆霍兹也提出过本定理,所以又称亥姆霍兹-戴维南定理。
其内容是:一个含有独立电压源、独立电流源及电阻的线性网络的两端,就其外部型态而言,在电性上可以用一个独立电压源V和一个松弛二端网络的串联电阻组合来等效。
在单频交流系统中,此定理不仅只适用于电阻,也适用于广义的阻抗。
戴维南定理在多电源多回路的复杂直流电路分析中有重要应用。
戴维南定理(Thevenin‘stheorem):含独立电源的线性电阻单口网络N,就端口特性而言,可以等效为一个电压源和电阻串联的单口网络。
电压源的电压等于单口网络在负载开路时的电压uoc;电阻R0是单口网络内全部独立电源为零值时所得单口网络N0的等效电阻。
戴维南定理典型例子戴维南定理指出,等效二端网络的电动势E等于二端网络开路时的电压,它的串联内阻抗等于网络内部各独立源和电容电压、电感电流都为零时,从这二端看向网络的阻抗Zi。
设二端网络N中含有独立电源和线性时不变二端元件(电阻器、电感器、电容器),这些元件之间可以有耦合,即可以有受控源及互感耦合;网络N的两端ɑ、b接有负载阻抗Z(s),但负载与网络N内部诸元件之间没有耦合,U(s)=I(s)/Z(s)。
当网络N中所有独立电源都不工作(例如将独立电压源用短路代替,独立电流源用开路代替),所有电容电压和电感电流的初始值都为零的时候,可把这二端网络记作N0。
这样,负载阻抗Z(s)中的电流I(s)一般就可以按下式1计算(图2)式中E(s)是图1二端网络N的开路电压,亦即Z(s)是无穷大时的电压U(s);Zi(s)是二端网络N0呈现的阻抗;s是由单边拉普拉斯变换引进的复变量。
和戴维南定理类似,有诺顿定理或亥姆霍兹-诺顿定理。
按照这一定理,任何含源线性时不变二端网络均可等效为二端电流源,它的电流J等于在网络二端短路线中流过的电流,并联内阻抗同样等于看向网络的阻抗。
高中物理竞赛辅导讲义第8篇 稳恒电流【知识梳理】一、基尔霍夫定律(适用于任何复杂电路) 1. 基尔霍夫第一定律(节点电流定律)流入电路任一节点(三条以上支路汇合点)的电流强度之和等于流出该节点的电流强度之和。
即∑I =0。
若某复杂电路有n 个节点,但只有(n −1)个独立的方程式。
2. 基尔霍夫第二定律(回路电压定律)对于电路中任一回路,沿回路环绕一周,电势降落的代数和为零。
即∑U =0。
若某复杂电路有m 个独立回路,就可写出m 个独立方程式。
二、等效电源定理1. 等效电压源定理(戴维宁定理)两端有源网络可以等效于一个电压源,其电动势等于网络的开路端电压,其内阻等于从网络两端看除源(将电动势短路,内阻仍保留在网络中)网络的电阻。
2. 等效电流源定理(诺尔顿定理)两端有源网络可等效于一个电流源,电流源的电流I 0等于网络两端短路时流经两端点的电流,内阻等于从网络两端看除源网络的电阻。
三、叠加原理若电路中有多个电源,则通过电路中任一支路的电流等于各个电动势单独存在时,在该支路产生的电流之和(代数和)。
四、Y−△电路的等效代换如图所示的(a )(b )分别为Y 网络和△网络,两个网络中的6个电阻满足一定关系时完全等效。
1. Y 网络变换为△网络122331123R R R R R R R R ++=, 122331231R R R R R R R R ++=122331312R R R R R R R R ++=2. △网络变换为Y 网络12311122331R R R R R R =++,23122122331R R R R R R =++,31233122331R R R R R R =++五、电流强度与电流密度 1.电流强度 (1)定义式:q I t∆=∆。
(2)宏观决定式:U I R=。
(3)微观决定式:I neSv =。
2.电流密度在通常的电路问题中,流过导线截面的电流用电流强度描述就可以了,但在讨论大块导体中电流的流动情况时,用电流强度描述就过于粗糙了。
戴维南定理戴维南定理(Thevenin's theorem):含独立电源的线性电阻单口网络N,就端口特性而言,可以等效为一个电压源和电阻串联的单口网络。
电压源的电压等于单口网络在负载开路时的电压uoc;电阻R0是单口网络内全部独立电源为零值时所得单口网络N0的等效电阻。
简介戴维南定理(又译为戴维宁定理)又称等效电压源定律,是由法国科学家L·C·戴维南于1883年提出的一个电学定理。
由于早在1853年,亥姆霍兹也提出过本定理,所以又称亥姆霍兹-戴维南定理。
其内容是:一个含有独立电压源、独立电流源及电阻的线性网络的两端,就其外部型态而言,在电性上可以用一个独立电压源V和一个松弛二端网络的串联电阻组合来等效。
在单频交流系统中,此定理不仅只适用于电阻,也适用于广义的阻抗。
对于含独立源,线性电阻和线性受控源的单口网络(二端网络),都可以用一个电压源与电阻相串联的单口网络(二端网络)来等效,这个电压源的电压,就是此单口网络(二端网络)的开路电压,这个串联电阻就是从此单口网络(二端网络)两端看进去,当网络内部所有独立源均置零以后的等效电阻。
u oc 称为开路电压。
R o称为戴维南等效电阻。
在电子电路中,当单口网络视为电源时,常称此电阻为输出电阻,常用R o表示;当单口网络视为负载时,则称之为输入电阻,并常用R i 表示。
电压源u oc和电阻R o的串联单口网络,常称为戴维南等效电路。
当单口网络的端口电压和电流采用关联参考方向时,其端口电压电流关系方程可表为:U=R0i+uoc[1]戴维南定理和诺顿定理是最常用的电路简化方法。
由于戴维南定理和诺顿定理都是将有源二端网络等效为电源支路,所以统称为等效电源定理或等效发电机定理。
证明戴维南定理可以在单口外加电流源i,用叠加定理计算端口电压表达式的方法证明如下。
戴维南定理证明在单口网络端口上外加电流源i,根据叠加定理,端口电压可以分为两部分组成。
等效电压源定理及其在高中物理中应用一、等效电压源定理(戴维宁定理)1、内容:一个包含电源的二端电路网络(端点为A 、B ),可看成一个等效的电压源,等效电压源的电动势等于“二端电路网络”两端的开路电压(E U '=开),内阻等于“二端电路网络”中去掉电动势后两端间的等效电阻(AB r R '=)。
2、证明:(1)基本情形1:如图甲所示电路,将虚线框内部分视为等效电源,则等效电路图如图乙所示。
对甲图,设电路中电流为I ,由闭合电路欧姆定律,有:0EI r R R=++;对乙图,有:E I r R '='+;两式比较,易得:E E '=,0r r R '=+;图丙是该等效电源的内部结构,易知:=U E 开,0AB R r R =+,得证。
(2)基本情形2:如图丁所示电路,将虚线框内部分视为等效电源,则等效电路图如图戊所示。
对丁图,设通过R 的电流为I ,R 两端电压为U ,则通过电源的电流为0=UI I R +总,由闭合电路欧姆定律,有:0000()(1)()R r U rE U I r U I r U Ir U Ir R R R +=+=++=++=+总 变形得: 0000R R E U I r R r R r=+++对戊图,有:E U Ir ''=+ 两式比较,得:0000R R E E r r R r R r''==++,如己图所示,为该等效电源的内部结构,易知:0000AB R R U E R r R r R r==++开,,得证。
(3)一般情形:如右图所示为一般电路,则按顺序依次将处于内部的虚线框部分视为更外围部分的等效电源,则易知,等效电压源定理适用于一般电路。
二、等效电压源定理的应用乙ARE ',r 'B甲R 0ARE ,rSB丙R 0AE ,rSB丁R 0A R E ,r SB 戊A R E ',r ' BR 0 A E ,r S B 己E ,rSR1、电源电动势和内阻测量的系统误差分析该实验的理论依据是Ir U E +=,其中U 为电源的端电压,I 为通过电源的电流;如图所示为该实验的两种测量电路。
科学思想方法:等效电压源定理及简单应用>会当凌绝顶,一览众山小<等效电压源定理等效电压源定理(又称戴维南定理):任一线性含源二端网络可以用一个等效电动势E0和一个等效内阻r0串联来替换,其中E0等于被换网络开路时的路端电压U0,而r0等于被换网络除源后网络的等效电阻。
如图甲为一含源二端网络,若将其等效为一个电动势为E0、内阻为r0的新电源,如图乙,则根据等效电压源定理可知:等效电动势等于电阻r2的分压,即:等效内阻等于r与r1串联后再与r2的并联值,即:典型应用示例1. 简化电路分析【典例1】如图所示,电源电动势E=3V,内阻r=2Ω,定值电阻R1=1Ω,滑动变阻器R2的最大阻值为6Ω。
(1)当滑动变阻器的阻值多大时,电阻R1消耗的功率最大?最大功率是多少?(2)当滑动变阻器的阻值多大时,它自身消耗的功率最大?最大功率是多少?【解答】(1)电阻R1为定值电阻,所以当R2=0时,流经R1的电流最大,电阻R1消耗的功率最大。
由闭合电路欧姆定律得:电阻R1消耗的最大功率为:(2)当滑动变阻器的电阻变化时,其分压和电流也会变化,不便直接判断何时消耗的功率最大。
若将电源和定值电阻R1等效为一个新电源,如图中虚线内的二端网络,则等效电动势E0=3V,等效内阻r0=(r+R1)=3Ω,由结论“当外电路的电阻等于内电阻时,电源的输出功率最大”可知,当滑动变阻器的阻值R2=r0=3Ω时,它自身消耗的功率最大。
由闭合电路欧姆定律得:滑动变阻器消耗的最大功率为:2. 实验误差分析【典例2】在“测定电源的电动势和内电阻”的实验中,由于没有考虑电压表或电流表的内阻而造成系统误差。
(填“大于”、“等于”或“小于”)(1)当采用如图甲所示的测量电路时,电动势的测量值()真实值,内阻的测量值()真实值;(2)当采用如图乙所示的测量电路时,电动势的测量值()真实值,内阻的测量值()真实值。
【解答】用伏安法“测定电源的电动势和内电阻”实验的原理方程为:U = E –Ir。