等效電路又稱“等值電路”。在同樣給定條件下,可代替另一電路且對外性能不變的電路。電機、變壓器等電氣設備的電磁過程可用其相應的等效電路來分析研究。
等效電路是將一個復雜的電路,通過電阻等效、電容等效,電源等效等方法,化簡成具有與原電路功能相同的簡單電路。這個簡單的電路,稱作原復雜電路的等效電路 。
等效電路的畫法步驟
(1)認真審題,在草稿紙上畫出原圖,并把開關的狀態、滑動變阻器的滑片所處的位置依題意畫下。(2)根據電流路徑的優先走法,把沒有電流經過的元件用橡皮擦擦掉,同時將斷開的開關及與其串聯的元件擦掉,閉合的開關用導線代替。(3)正確分析電路的連接方式,明確電流表測哪部分電路的電流,電壓表測誰的電壓,再將電路圖整理,即畫出了等效電路圖。(4)把已知條件盡可能標注在等效電路圖上。(5)找出所求的物理量與哪個等效圖對應,然后根據串、并聯電路的特點,特別注意電源電壓不變,定值電阻的阻值不變,正確運用電學公式來分析解答。
等效電路的畫圖技巧
01、首尾相接法
第一種方法叫首尾相接法,如果是全都是首尾相連就一定是串聯,如果是首首相連,尾尾相接,就一定是并聯。如果是既有首尾相連,又有首首相連,則一定是混聯。
02、電流流向法
第二種方法叫電流流向法,根據電流的流向,來判斷和串并聯的特點,來判斷串聯、并聯和混聯電路。
03、手捂法
第三種方法,叫手捂法,含義是任意去掉一個用電器,其他用電器都不能工作的一定是串聯;任意去掉一個用電器,其他用電器都能工作就一定是并聯;任意去掉一個用電器,其他用電器部分能工作的一定是混聯。
04、節點法
(1)標出等勢點。依次找出各個等勢點,并從高電勢點到低電勢點順次標清各等勢點字母。(2)捏合等勢點畫草圖。即把幾個電勢相同的等勢點拉到一起,合為一點,然后假想提起該點“抖動”一下,以理順從該點向下一個節點電流方向相同的電阻,這樣逐點依次畫出草圖。畫圖時要注意標出在每個等勢點處電流“兵分幾路”及與下一個節點的聯接關系。(3)整理電路圖。要注意等勢點、電阻序號與原圖一一對應,整理后的等效電路圖力求規范,以便計算。
八種畫法詳解
1、伸縮導線法
若導線上兩點間無用電器連接,則可將這兩點間的導線伸長或縮短,甚至可縮成一點。
例1:把圖1電路改畫成串、并聯關系明顯的等效電路。
解析:因B與D兩點、A與C兩點間無用電器,故可將BD、AC導線縮短。先將導線BD縮成一點得圖2電路,再將導線AC縮成一點得圖3電路,最后經處理可得等效電路如圖4。
2、拽拉導線法
將電路中的連接點向上向下、向左向右拽拉,再經處理即可得串、并聯關系明顯的等效電路。
例2:把圖5電路改畫成串、并聯關系明顯的等效電路。
解析:將A點先向上拉再向左拉,將B點先向下拉再向右拉得圖6電路;再經處理可得圖7即題中所求電路。
3、合并節點法
不論導線有多長,只要其間沒有連接電源、用電器,則導線兩端點都可看成一點,從而找出各用電器兩端的公共點。此法可用于識別不規范的電路。
例3:把圖8電路改畫成串、并聯關系明顯的等效電路。
解析:因AC和BD兩導線上都沒有連接用電器,故可把AC和BD導線看作A和B兩個點處理;進而可知四個電阻并聯在A、B兩點之間,將這四個電阻并聯接在A、B兩點之間使其作為電阻公共點,即可得圖10所示題中所求電路。
4、移動節點法
一個節點可從導線上的一處移到另一處,但不可越過電源、用電器。
例4:把圖11電路改畫成串、并聯關系明顯的等效電路。
解析:將節點A向左移到左側導線上,將節點B向右移到右側導線上,所得圖12電路即題中所求。
例5:將圖13電路改畫成串、并聯關系明顯的等效電路。
解析:將節點A向上移,將節點B向下移,得圖14電路即為圖中所求。
5、元件拆除法
拆除法是識別較復雜電路的一種重要方法:
串聯電路——拆除一段電路上的用電器后,其他路段上的用電器不能正常工作。
并聯電路——拆除其中一條支路上的用電器后,其他支路上的用電器仍能正常工作
例6:把圖15電路改畫成串、并聯關系明顯的等效電路。
解析:L1拆除后得圖16電路,L2拆除后得圖17電路,L3拆除后得圖18電路;分析三個圖可知,無論拆除哪個燈泡其余燈泡均可正常發光,因此三燈是并聯關系,再接著畫等效電路圖就不難了。
6、簡化電路法
把斷開的開關或被短路的用電器去掉的方法叫簡化電路法。
例7:把圖19電路改畫成串、并聯關系明顯的等效電路。
解析:去掉S、L3簡化后得圖20電路,拉拽導線后得圖21電路即為所求。
7、電表摘補法
對于有電表的電路可采取電表摘補法分析:把電壓表換文字內容連接處看成斷路,電流表連接處看作一根導線。由于導線、開關、電流表的阻值很小,所以在電路中可以把電壓表兩端導線在電路中進行等效移動,在移動中電壓表兩端導線可以跨過電路中任何導線、開關、電流表等電阻值很小的元件,而幾乎不影響電壓表的讀數。
例8:把圖22電路改畫成串、并聯關系明顯的等效電路。
解析:電壓表處看成斷路,電流表處看作一根導線,摘掉電壓表和電流表,得圖23電路;將導線拉直,再補接上電壓表和電流表所得圖24電路即為所求。
用電壓表測電壓時,測的是電路兩端電壓。但在某些接有電壓表的電路中,電壓表測的究竟是哪部分電路的電壓,這一問題也可以用畫等效電路圖的方法來解決。
8、電流走向法
按電流的分流走向、用電器連接的先后關系,改畫電路圖的方法叫電流走向法。
例9:把圖25電路改畫成串、并聯關系明顯的等效電路。
解析:電流從電源正極流出,通過A點后分為三路(AB導線可縮為一點),經外電路巡行一周由D點流入電源負極。第一路經R直達D點,第二路經R2到達C點,第三路經R也到達C點;顯然R2和R,在AC兩點之間為并聯關系;第二、三路匯合于C點經R,到達D點,可知Rz、R并聯后,與R串聯,再與R并聯,所得圖26所示電路即為題中所求。
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