【电路】1.1 实际电路和电路模型

1.1 实际电路和电路模型

科学理论的研究对象是现实世界背后的抽象世界，如：

• 数学中的$\infty$，
• 经典力学中“质点”的概念，
• 牛顿运动定律（如惯性定律，如果一个物体不受外力情况下，一直保持匀速或者静止状态，但是现实世界绝对不会出现这种情况）等

电路理论所研究的对象也是抽象的，我们用抽象世界的研究成果去改造现实世界。
比如一个现实中的电感线圈通入电流后，会发热（能量损耗），电流通过线圈会激发磁场，它会在任意两匝金属圈之间会形成电容（电场）

• 现实生活中的电感线圈：能量损耗，磁场储能，电场储能。
• 理想电感：只反映磁场储能，现实生活中不存在，是人脑抽象所得产物。

1.1.1 实际电路器件

实际电路器件同时伴随电场、磁场、能量损耗三种物理过程，很复杂。

1.1.2 理想电路元件

理想电路元件只反映一种物理过程

• 电阻：只反映能量损耗，通过电流后，不会有任何电场和磁场，只有能量损耗。
  

• 电感：只反映磁场储能，通过电流以后，不会有电场和能量损耗。
  

• 电容：只反映电场储能，加了电压以后不会有磁场和能量损耗。
  
  通过这种思路，我们就导出了理想电路元件RLC。

结合实际电路的工作情况，用理想电路元件的组合恰当地反映其主要电磁过程，此过程称之为建模。比如，如果有一个现实的电感，如果它发热，就在理想电感的基础上串联一个理想的电阻就行，如果工作频率高一些，那就再并联一个理想的电容，如果这个电感线圈导电性非常好，就不用串联一个理想的电阻。

1.1.3 实际电路

实际电路由实际元器件构成，它呈现出复杂的电磁性质：同时伴随着电场效应、磁场效应、能量损耗。它是为完成某些具体功能而精心设计出的现实生活中的电路，如计算器、体重秤、电脑、电力系统等。

1.1.4 理想化电路模型

理想化电路模型由理想原件构成，是人类对实际电路进行抽象所得到的一种理想化科学模型。

• 电阻只反映能量损耗；
  

• 电感只反映磁场储能；
  

• 电容只反映电场储能；
  

• 理想导线无任何电磁性质（比如不产生（螺旋定则）产生磁场），它唯一的作用就是形成电流的通路。
  

1.1.5 电动机的电路模型

• 工作原理：电磁感应定律，工作时内部需建立磁场，电感$L$反映磁场储能特性
• 拖动负载转动，即作工（电能消耗），电阻$R$反映能量损耗性质。
  

1.1.6 按照端子数区分电路元件

对外引出线（即接头）称之为端子，也叫端钮。

• 二端元件：有两个引出接头
  
• 三端元件：
  
• 四端元件：
  

1.1.6 补充知识点

• 后面分析的对象都是理想化电路元件构成的理想化电路模型。
• 电路分析的基本目的是计算电路中各支路的电压电流。
• 一个完整的电路通常是包含电源、中间环节、负载。
• 电源可称之为激励、任意支路电压、电流称之为响应。
• 电源可称之为输入，任意支路电压、电流称之为输出。
• 整个电路是一个封闭系统，内部满足能量平衡、遵循能量守恒定律。
• 瞬时值等随时间变化的量，我们通常用小写字母表示;而恒定的、不随时间变化的量，我们通常用大写字母表示。
• 电路中所涉及的物理量：电压($u$)，电流($i$)，电荷($q$)，磁链($\psi$)、功($p$)、电能($w$)等