1.1.4 基尔霍夫第一定律
1. 电路的基本术语
(1)支路
电路中的每一个分支称为支路,它由一个或几个相互串联的电路元件所构成。在同一支路内,流过所有元件的电流相等。在图1-8中有三条支路,即bafe、be、bcde。其中,含有电源的支路称为有源支路,不含电源的支路称为无源支路。
图1-8 复杂电路示例
(2)节点
三条或三条以上支路的连接点称为节点。在图1-8中,b点和e点都是节点。
(3)回路
电路中任意一个闭合路径称为回路。在图1-8中,abefa、bcdeb、abcdefa都是回路。
(4)网孔
内部不含多余支路的单孔回路称为网孔。在图1-8中,只有abefa、bcdeb回路是网孔。
2. 基尔霍夫第一定律的内容
基尔霍夫第一定律又称为基尔霍夫电流定律(KCL)或节点电流定律。此定律说明了连接在同一个节点上的几条支路中电流之间的关系,其内容是:对电路中的任意一个节点,在任一时刻流入节点的电流之和恒等于流出该节点的电流之和,即
∑I入=∑I出
例如,对于图1-9中的节点A,有6条支路会聚于该点,其中,I1和I4是流入节点的,I2、I3、I5和I6是流出节点的,于是可得
I1+I4=I2+I3+I5+I6
或
I1+I4-I2-I3-I5-I6=0
基尔霍夫第一定律也可以表达为:设流入节点的电流为正,流出节点的电流为负,则电路中任何一个节点在任意时刻全部电流的代数和恒等于零,即
∑I=0
基尔霍夫第一定律不仅适用于节点,也可以推广应用于任意假定的封闭面。如图1-10所示的电路,假定一个封闭面S把电阻R1~R5构成的电路全部包围起来,则流进封闭面S的电流应等于从封闭面S流出的电流,故得
I1=I2
图1-9 节点电流
图1-10 流入与流出封闭面的电流相等
这说明电路中的任何一处的电流都是连续的,在节点上不会有电荷积累,更不会自然生成。
应该指出,在分析与计算复杂电路时,往往事先不知道每一支路中电流的实际方向,这时可以任意假定各个支路中电流的方向(称为参考方向),并且标在电路图上。然后根据参考方向进行分析计算,若计算结果中某一支路的电流为正值,表明该支路电流实际方向与参考方向相同;如果某一支路的电流为负值,表明该支路电流实际方向与参考方向相反。