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基尔霍夫电流定律实验报告(基尔霍夫电流定律)

导读 大家好,我是小夏,我来为大家解答以上问题。基尔霍夫电流定律实验报告,基尔霍夫电流定律很多人还不知道,现在让我们一起来看看吧!1、基...

大家好,我是小夏,我来为大家解答以上问题。基尔霍夫电流定律实验报告,基尔霍夫电流定律很多人还不知道,现在让我们一起来看看吧!

1、基尔霍夫电流定律表明: 所有进入某节点的电流的总和等于所有离开这节点的电流的总和。 或者,更详细描述为: 假设进入某节点的电流为正值,离开这节点的电流为负值,则所有涉及这节点的电流的代数和等于零。 以方程表达,对于电路的任意节点满足:

2、其中,ik 是第 k 个进入或离开这节点的电流,是流过与这节点相连接的第 k 个支路的电流,可以是实数或复数。[4] 由于累积的电荷(单位为库仑)是电流(单位为安培)与时间(单位为秒)的乘积,从电荷守恒定律可以推导出这条定律。其实质是稳恒电流的连续性方程,即根据电荷守恒定律,流向节点的电流之和等于流出节点的电流之和。

3、思考电路的某节点,跟这节点相连接有 n 个支路。假设进入这节点的电流为正值,离开这节点的电流为负值,则经过这节点的总电流 i 等于流过支路 k 的电流ik的代数和:

4、将这方程积分于时间,可以得到累积于这节点的电荷的方程:

5、其中,是累积于这节点的总电荷,是流过支路 k的电荷,t0 是检验时间,t 是积分时间变量。

6、假设 q>0 ,则正电荷会累积于节点;否则,负电荷会累积于节点。根据电荷守恒定律,q 是个常数,不能够随着时间演进而改变。由于这节点是个导体,不能储存任何电荷。所以,q=0 、i=0 ,基尔霍夫电流定律成立:

7、 从上述推导可以看到,只有当电荷量为常数时,基尔霍夫电流定律才会成立。通常,这不是个问题,因为静电力相斥作用,会阻止任何正电荷或负电荷随时间演进而累积于节点,大多时候,节点的净电荷是零。

8、不过,电容器的两块导板可能会允许正电荷或负电荷的累积。这是因为电容器的两块导板之间的空隙,会阻止分别累积于两块导板的异性电荷相遇,从而互相抵消。对于这状况,流向其中任何一块导板的电流总和等于电荷累积的速率,而不是零。但是,若将位移电流纳入考虑,则基尔霍夫电流定律依然有效。只有当应用基尔霍夫电流定律于电容器内部的导板时,才需要这样思考。若应用于电路分析(circuit analysis)时,电容器可以视为一个整体元件,净电荷是零,所以原先的电流定律仍适用。

9、由更技术性的层面来说,取散度于麦克斯韦修正的安培定律,然后与高斯定律相结合,即可得到基尔霍夫电流定律:

10、其中,J 是电流密度, 是电常数,E 是电场,ρ 是电荷密度。

11、这是电荷守恒的微分方程。以积分的形式表述,从封闭表面流出的电流等于在这封闭表面内部的电荷 Q 的流失率:

12、基尔霍夫电流定律等价于电流的散度是零的论述。对于不含时电荷密度,该定律成立。对于含时电荷密度,则必需将位移电流纳入考虑。

本文到此讲解完毕了,希望对大家有帮助。