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關于換路定律的困惑

換路定律:

除了電容電壓uc和電感電流i外,其它元件上的電壓和電流,包括電容電流ic和電感電壓ui并無連續性(即電阻兩端電壓ur或電流ir可以躍變,電容中的電流和電感兩端電壓也都可以躍變)

因為電容電壓和電感受電流是電路的狀態變量儲能不能躍變,必然是電容電壓和電感電流不能躍變(E=0.5LI*I,E=0.5CU*U)。而電路中的其它電量,如電容電流、電感電壓、電阻電壓和電流等,過都是非狀態變量,在換路時刻是可以躍變的。

這是我摘自網上的兩句話,而且這是我們普遍認可的,但我現在有幾個比較困惑:

(1)如何理解非狀態變量,如何從微觀的角度去理解非狀態變量可以躍變的思想,在我的思想里,總認為電流,電壓這些物理量都需要一個漸變的過程,不存在所謂的突變。

(2)假如我一個電壓源,一個開關,一個電阻串聯,當開關閉合時,立馬產生電流嗎?電流立馬為I=U/R嗎?

(3)現實生活中,我們用的比較多的是電壓源,但分析中我們會遇到電流源,電流源不允許開路。實際應用中,有電流源存在嗎?它的制作原理是什么,不工作的時候都是短路的嗎? 

希望可以各路同仁可以交流,謝謝

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2011-12-29 16:08

這些問題看上去很復雜,感覺也很困惑。

找本  電路 書需要認真看一下啦!

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xgipm
LV.6
3
2011-12-29 17:30
      突變與漸變是相對而言的,沒有絕對的突變。繩子剪斷后拉力消失,一般認為這時繩子的拉力是突變,但從絕對上來說,也有變化過程,而它相對于彈簧壓縮過程來說,那就是突變。燈泡接通電源,電流是突變,但從絕對意義上說,電流也有一上升過程,但相對于電感中電流的上升來說就是突變。世上沒有絕對理想的器件,理想的器件只是一種理論模型。很多人在用電子仿真軟件時,直接調用理想的元件模型,沒考慮實際的分布參數,常常出錯,例如理想的電容與電感并聯時在諧振點阻抗為無限大,串聯諧振時為零,軟件在計算處理的過程中會出現除零等問題,就會報錯。
      理論意義上的電流源不允許開路,否則斷開處兩端的電壓為無限大,但實際的電流源只是在一定范圍內是恒流源,超過一定范圍就不成為恒流源了,因為維持恒流的推動電壓源大小有限,何況還有電路器件特性限制等。
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2011-12-29 18:51
@xgipm
     突變與漸變是相對而言的,沒有絕對的突變。繩子剪斷后拉力消失,一般認為這時繩子的拉力是突變,但從絕對上來說,也有變化過程,而它相對于彈簧壓縮過程來說,那就是突變。燈泡接通電源,電流是突變,但從絕對意義上說,電流也有一上升過程,但相對于電感中電流的上升來說就是突變。世上沒有絕對理想的器件,理想的器件只是一種理論模型。很多人在用電子仿真軟件時,直接調用理想的元件模型,沒考慮實際的分布參數,常常出錯,例如理想的電容與電感并聯時在諧振點阻抗為無限大,串聯諧振時為零,軟件在計算處理的過程中會出現除零等問題,就會報錯。     理論意義上的電流源不允許開路,否則斷開處兩端的電壓為無限大,但實際的電流源只是在一定范圍內是恒流源,超過一定范圍就不成為恒流源了,因為維持恒流的推動電壓源大小有限,何況還有電路器件特性限制等。
繼續深入分析哈!
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lzscxf
LV.4
5
2011-12-29 21:00
@笨小孩1114
這些問題看上去很復雜,感覺也很困惑。找本 電路書需要認真看一下啦!
這些就是在電路書上可以找到的最底層的東西了,其實個人感覺,假如要理解透徹的話,還得更多的從微觀上面介紹這些東西。。。
哎,現在好多寫書的都是為了賺錢,人云亦云的,見著我們系里的幾個老師,跟他們交流了幾次。現在他們寫的書我都不敢看了。
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lzscxf
LV.4
6
2011-12-29 23:19
@xgipm
     突變與漸變是相對而言的,沒有絕對的突變。繩子剪斷后拉力消失,一般認為這時繩子的拉力是突變,但從絕對上來說,也有變化過程,而它相對于彈簧壓縮過程來說,那就是突變。燈泡接通電源,電流是突變,但從絕對意義上說,電流也有一上升過程,但相對于電感中電流的上升來說就是突變。世上沒有絕對理想的器件,理想的器件只是一種理論模型。很多人在用電子仿真軟件時,直接調用理想的元件模型,沒考慮實際的分布參數,常常出錯,例如理想的電容與電感并聯時在諧振點阻抗為無限大,串聯諧振時為零,軟件在計算處理的過程中會出現除零等問題,就會報錯。     理論意義上的電流源不允許開路,否則斷開處兩端的電壓為無限大,但實際的電流源只是在一定范圍內是恒流源,超過一定范圍就不成為恒流源了,因為維持恒流的推動電壓源大小有限,何況還有電路器件特性限制等。

下午想了想,其實我們可以從一個電路開始探討,這個問題解決了,一系列的問題都可以解決。如下圖: 

t=0-時,開關在左邊,1回路導通,這是回路電流為I

t=0+時,開關切換到右邊,這時候1回路斷開,2回路導通

根據我們所說的電感電流必須連續,則2回路電流必須立刻為I,這與xgipm所說的2回路電流必須有上升過程矛盾嗎?

因為t=0+時刻,電感那路電荷是有定向移動的,這樣產生了電流I,但是電阻那端電荷原來是不定向移動的,因為原來沒有電流,這樣的兩個支路通過開關聯系到一塊,是如何作用的。

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xgipm
LV.6
7
2011-12-29 23:37
@lzscxf
下午想了想,其實我們可以從一個電路開始探討,這個問題解決了,一系列的問題都可以解決。如下圖:[圖片] t=0-時,開關在左邊,1回路導通,這是回路電流為It=0+時,開關切換到右邊,這時候1回路斷開,2回路導通根據我們所說的電感電流必須連續,則2回路電流必須立刻為I,這與xgipm所說的2回路電流必須有上升過程矛盾嗎?因為t=0+時刻,電感那路電荷是有定向移動的,這樣產生了電流I,但是電阻那端電荷原來是不定向移動的,因為原來沒有電流,這樣的兩個支路通過開關聯系到一塊,是如何作用的。

你這個示意圖有問題,開關切換過程中有完全斷開的過程,電感電流被阻斷,會產生高壓擊穿開關間隙出現火花放電,建議用下面的圖說明。

 

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xgipm
LV.6
8
2011-12-30 00:06
@lzscxf
下午想了想,其實我們可以從一個電路開始探討,這個問題解決了,一系列的問題都可以解決。如下圖:[圖片] t=0-時,開關在左邊,1回路導通,這是回路電流為It=0+時,開關切換到右邊,這時候1回路斷開,2回路導通根據我們所說的電感電流必須連續,則2回路電流必須立刻為I,這與xgipm所說的2回路電流必須有上升過程矛盾嗎?因為t=0+時刻,電感那路電荷是有定向移動的,這樣產生了電流I,但是電阻那端電荷原來是不定向移動的,因為原來沒有電流,這樣的兩個支路通過開關聯系到一塊,是如何作用的。
從絕對意義上來說,任何物理變化都不可能是絕對的突變,都有變化過渡的過程,開關接通后流過電流,電子定向移動需要有加速的過程,電場的傳遞也有時間過程。沒有絕對純理論意義上的電感、電容、電阻。只是這個在絕對意義上的過程相比主要內容完全可以忽略。就象燈泡點亮后,光的傳播時間可以忽略。
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lzscxf
LV.4
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2011-12-30 15:07
@xgipm
從絕對意義上來說,任何物理變化都不可能是絕對的突變,都有變化過渡的過程,開關接通后流過電流,電子定向移動需要有加速的過程,電場的傳遞也有時間過程。沒有絕對純理論意義上的電感、電容、電阻。只是這個在絕對意義上的過程相比主要內容完全可以忽略。就象燈泡點亮后,光的傳播時間可以忽略。

很敬佩你的鉆研精神,不錯,方便的話交個朋友,陳曉鋒 610880652,呵呵

這個問題我將找我們學校的老物理教授討論討論,有結論了告訴大家,呵呵

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2011-12-30 22:46
@lzscxf
[圖片]很敬佩你的鉆研精神,不錯,方便的話交個朋友,陳曉鋒610880652,呵呵這個問題我將找我們學校的老物理教授討論討論,有結論了告訴大家,呵呵

我看了你們兩位的討論,很不錯!大家的這種精神和重要!

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lzscxf
LV.4
11
2012-01-01 23:49
@笨小孩1114
[圖片]我看了你們兩位的討論,很不錯!大家的這種精神和重要!

呵呵,謝謝師長的夸獎

 

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cheng111
LV.11
12
2012-01-07 21:53
@xgipm
你這個示意圖有問題,開關切換過程中有完全斷開的過程,電感電流被阻斷,會產生高壓擊穿開關間隙出現火花放電,建議用下面的圖說明。[圖片] 
這個的確很好,還可以看到實際的波形。
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lzscxf
LV.4
13
2012-01-08 16:56
@xgipm
你這個示意圖有問題,開關切換過程中有完全斷開的過程,電感電流被阻斷,會產生高壓擊穿開關間隙出現火花放電,建議用下面的圖說明。[圖片] 

xgipm兄,您好!這段時間我又考慮了一些東西,也和院里頭的一下老師討論了,針對您畫出的這個電路,再和你探討一個問題,

(1)開關導通的時候,L電感中電流為I;D,R2支路電路為0;

(2)開關關斷,L電感中電流不突變,仍然為I,D,R2支路支路從0過渡到I(假如我考慮到過渡過程)。

那么此時出現了電感電流和D,R2支路電流不相等的情況。這個怎么解釋。

可以這樣想嗎?此時V,R1,U1支路電流相應的也有從I過渡到0的過程。這就相當于U1關斷以后就類似于一個電容?推廣出去,是不是所有的開關關斷之后都可以等效為一個電容,也就是說空氣(大氣層)可以等效為一個電容。

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xgipm
LV.6
14
2012-01-08 17:20
@lzscxf
xgipm兄,您好!這段時間我又考慮了一些東西,也和院里頭的一下老師討論了,針對您畫出的這個電路,再和你探討一個問題,(1)開關導通的時候,L電感中電流為I;D,R2支路電路為0;(2)開關關斷,L電感中電流不突變,仍然為I,D,R2支路支路從0過渡到I(假如我考慮到過渡過程)。那么此時出現了電感電流和D,R2支路電流不相等的情況。這個怎么解釋??梢赃@樣想嗎?此時V,R1,U1支路電流相應的也有從I過渡到0的過程。這就相當于U1關斷以后就類似于一個電容?推廣出去,是不是所有的開關關斷之后都可以等效為一個電容,也就是說空氣(大氣層)可以等效為一個電容。
開關斷開后,電感中的電流不能突變!任何情況下均如此!D、R2這一支路的電流突增到與電感電流相同,然后逐漸下降。如果精細到極致考慮R2支路有過渡,那么電感對分布電容放電,電感電流必須找出路,找不到出路就產生感應高壓打通出路!就象無論多么厚實的墻壁,鐵錘錘擊時,一定會產生形變,不然能量如何消耗掉。
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lzscxf
LV.4
15
2012-01-08 18:03
@xgipm
開關斷開后,電感中的電流不能突變!任何情況下均如此!D、R2這一支路的電流突增到與電感電流相同,然后逐漸下降。如果精細到極致考慮R2支路有過渡,那么電感對分布電容放電,電感電流必須找出路,找不到出路就產生感應高壓打通出路!就象無論多么厚實的墻壁,鐵錘錘擊時,一定會產生形變,不然能量如何消耗掉。

正常情況應該不會產生感應高壓,假如感應高壓,能量會瞬間釋放光。所以,分布電容的解釋應該較為合理。

可以這樣理解嗎,開關U1斷開后,可以將U1處看成一個電容嗎?假如看成電容的話,就需要給電容充電,這樣極致分析就能分析的通。

同理,任何電路的開關斷開后,開關處可以等效為一個電容,因為斷開處會產生電壓。。。

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xgipm
LV.6
16
2012-01-09 00:07
@lzscxf
正常情況應該不會產生感應高壓,假如感應高壓,能量會瞬間釋放光。所以,分布電容的解釋應該較為合理。可以這樣理解嗎,開關U1斷開后,可以將U1處看成一個電容嗎?假如看成電容的話,就需要給電容充電,這樣極致分析就能分析的通。同理,任何電路的開關斷開后,開關處可以等效為一個電容,因為斷開處會產生電壓。。。
任何導線、任何開關、任何電子器件均有寄生電感和電容效應,現實中不存在理論上絕對的純電阻、純電感、純電容!!
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