電路違反基爾霍夫電壓定律會怎樣啊?

看電路書時說:電壓源與支路並聯有一種特殊情況,即電壓源與電壓源的並聯,這種並聯要求各電源的電壓數值與極性必須完全一致,否則將違反KVL。那麼兩電壓大小不同的電壓源並聯在一起會發生什麼呢?


關於電壓源的並聯,請參閱我寫的帖子:(兩節5V電池的串聯)與(一節5V電池)並聯再並聯(一個電阻),電阻兩邊電壓是多少? - Patrick Zhang 的回答 - 知乎

電壓源並聯最忌諱的就是環流,它會使得電壓源劇烈發熱,嚴重時會燒毀。

現在我們首先討論兩個電壓源,準確地說是電池,它們並聯後是否違反基爾霍夫電壓定律KVL?

我們知道,基爾霍夫的兩個定律成立的條件是:電路中電流不得出現堆積,電路的尺寸必須小於電流的1/4周期。

我們來看下圖:

這段文字已經把題主的問題給解釋了。

可見,不同電動勢的理想電壓源並聯是違反基爾霍夫電壓定律的,因而也是沒有意義的。

至於電池如何並聯或者並列,請參閱我鏈接的帖子。在那裡會有詳細說明。

=================

上圖摘自《電路分析導論》,是原書的第12版,系美國Robert L.Boylestad著,陳希有等人翻譯。此書是機械工業出版社出版,書號:ISBN 978-7-111-45359-8。

對於已經離開校園的職場人來說,強烈建議將此書作為我們的案頭書,以便在不時之需時查閱。事實上,此書也是我的重要參考書之一。

對於學生,學校圖書館肯定有,可借閱參考。


基爾霍夫電壓定律的本質是電場的旋度為0.

基爾霍夫電流定律的本質是電流的散度為0(也就是電荷守恆).

這兩者都不是絕對成立的,所以必須加上修正項。

電場旋度為0意味著電場是保守場,經過任意閉合迴路對電場強度積分得到的結果為0,也就是說經過任意閉合迴路,電勢不變。

但是電場的旋度為0是針對靜電場而言的,而磁場變化產生的感生電場的旋度不為0。在感生電場中的閉合迴路電勢變化不為0,所以必須加上感生電動勢修正。

電荷守恆意味著電流具有連續性,任意節點的流入電流必須等於流出電流。

但是有些器件可以積累電荷,導致瞬態的電荷不守恆。典型的就是電容器,流入電容器極板的電荷受電容器靜電場影響停留在電容器極板上,導致流入極板的電流不等於流出極板的電流。這種情況必須加上位移電流修正才能保證KCL成立。

至於電壓源並聯和電流源串聯,首先要認識到的是不存在理想電壓源和理想電流源。理想電源是我們為了簡化分析提出的理想模型,實際上一切電壓源和電流源都是有內阻的。

所以理想電壓源並聯和理想電流源串聯都是沒有意義的,因為這倆理想模型設計的時候就不是讓你這麼用的……


Patrick的道理是對的,讀著有點奇怪。

實際電路是不會違背基爾霍夫電壓定律的。之所以兩個電壓不同的理想電壓源並聯會「違反」是因為世界上不存在理想電壓源,要分析這種情況下會發生什麼就要把電壓源的模型變得更加實際一點,也就是加入電源內阻的概念。像書上說的一樣,因為一般電壓源內阻比較小,就會有大電流流過電源,損壞電源。


以前也不理解,現在明白了,單獨的理想電源這種東西在實際中根本就不存在,理想電壓源串聯內阻才是接近現實的模型,雖然很多時候內阻小得可以忽略不計,但它始終存在。所以你勾的那句話的意思其實是「在現實中你無法將兩個理想電壓源並聯」。

你理解了內阻的存在之後,學二極體就不會感到困惑了,為什麼說二極體壓降總是接近0.7v?如果我直接把3v電池加在二極體上會怎樣?哈哈,因為內阻雖然很小,但它在這種情況下還是分掉了大部分電壓,最後留給二極體的還是接近0.7v。


kvl是理想狀況下的情況,現實情況下電源都會有內阻,可以用電壓源串聯電阻的模型來分析

多數一句,kvl在恆穩電流中成立


因為有內阻所以不會出現違反kvl的情況,同理想用電流源違反kcl也是不行的


電壓源是理想模型,實際情況是不會有電壓源的,所以也不用擔心不同大小的電壓源並聯。

電路不滿足kvl的話,電子繞迴路運動電場力做功就不為0,違背能量守恆。


基爾霍夫定律是電磁波波長相比於電路尺寸足夠小,或者說電磁波傳播速度足夠大,可以認為是瞬時傳播,導致的結果。

電壓定律是 磁導率可以忽略 的情形(磁導率趨於零導致光速趨於無限),此時法拉第定律導致電場的旋度可以忽略,從而沿閉合迴路積分為零;

電流定律是 介電常數可以忽略 的情形(介電常數趨於零導致光速趨於無限),此時安培定律中的麥克斯韋位移電流項可以忽略,電流密度的散度為零,因而其面積分 (電流和) 為零;

頻率足夠高,或者波長足夠小,兩個定律都可能失效。

題主說的問題是因為導線不可能沒有電阻,信號源也不可能沒有內阻,書上的模型都是理想情形,所以討論兩個理想的沒有內阻的不同大小的電壓源並聯或者電流源串聯這種問題,是沒有意義的。

最後,感覺題主是很有上進心的,中文書很多寫得太膚淺,多去圖書館看英文書,廣泛閱讀取其精華,在實踐中學習才是王道。祝好運!


感覺你的因果關係搞錯了,kvl是客觀規律,實際中不會違背,好比能量守恆定律一樣。至於你在腦袋隨意構想的那就自己創造規律好了。


電壓大小不一樣的電壓源並聯,其實可以看成電壓大小為兩電壓源之差的電壓源短路連接(我在說繞口令么…囧)


對於化學電源,電壓高的電源給電壓低的電源充電直至兩電壓源電壓相等。←剛接觸大學電路課程時直觀理解的情況,也是反學生直覺的根源之一。

對於發電機,電壓低的電源成為負載,並因為內阻較小燒掉。←學完電機後可以理解到的情形。

對於理想電源,「破壞KVL」討論無意義。


推薦閱讀:

集成電路相對於分立元件電路有什麼優勢?
電路為什麼要有觸發器這種結構?
怎麼看懂Arduino的電路圖?
插麵包板對集成電路設計的學習有何幫助?
買電子模塊都能下載到原理圖,不怕自己的設計被盜用嗎?

TAG:電路原理 | 電路設計 |