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為什么電路中的阻抗需要引入復數?

發布人:liht1634 時間:2025-10-27 來源:工程師 發布文章
1、方便計算說法

無他,就是圖個方便計算而已。請看下題,求如圖所示電路中電流的大小。

1.png

電流的頻率與電壓頻率相同,無非就是求解幅值的變化和相位的變化

引用一下以前我的一個知乎回答,數學中的數先是從一維數軸開始。

2.png

因電路的阻抗計算中若幅值與相角同時用一個式子表示,復阻抗正好給出了這兩個方面的信息。也就是說數已經移動至二維空間,或者說只能在二維空間中才能很好的表示這個數

3.png

電感的復阻抗為4.png(這里 j 的就是虛數 i,因為要和電流符號區分,所以在電學里都用 j),電阻的復阻抗還是 R

所以整個電路的復阻抗為:5.png

復數最好用指數形式表示!于是6.jpg

電流的幅值的變化決定于7.png,相位的變化決定于8.png

如果電壓9.png,那么電流10.png,其中11.png12.png

解題舉例:

①設10Ω電阻兩端的電壓是13.png,求流過電阻的電流有效值 I

解:14.png,也即流過電阻的電流是22A,注意這個值是有效值。

②設0.5H線圈兩端的電壓為15.png,求電流的表達式。

解:由16.png,故:17.png

又知道電流iL滯后uL編輯為90°,故電流為:18.png

③已知1μF 的電容兩端電壓為19.png,求流過電容的表達式。

解:由20.png21.png

又知道電容電流ic超前電壓uc為90°,故有:22.png

2、微分方程+傅里葉變換

欲求出一個變化的量,就得給它建立微分方程。微分方程有了,不會求解是吧,做個傅里葉變換,把微分方程變成代數方程。結果出來了,里面有一項,叫做復阻抗。

求如圖所示電路中電流(交變量)的大小。

23.png

1)建立微分方程

24.png (25.png第二項基于電感的定義)

2)求解微分方程

直接求解也是可以的,但是需要較多的微積分知識。一個比較簡單的辦法是對方程兩邊做傅里葉變換,結果是26.png

注釋:對于任意給定的 ω,U[ω] 是一個復數,其模代表頻率為 ω 的交流電壓的幅值,相角代表該交流電壓的相位。

于是有27.png

上式中的 R+jωL 就是復阻抗復數用指數形式表示!于是28.png

這個式子表示對于任何一個頻率為 ω 的交流電壓 U[ω],所引發的交流電流 I[ω] 無非就是幅值和相位上有點變化,幅值變化由29.png決定,相位變化由30.png決定。

3、世界本源說法

不存在“電路中引入復數”這回事。對電信號的阻礙,本來就是復阻礙。電阻 R 不過是虛部為零而已。萬事萬物都是復的。折射率有復折射率,磁導率有復磁導率,光有復振幅。更夸張一點,萬物皆波,波都是復的,因此能對波產生作用的東西也都是復的。


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關鍵詞: 電路原理分析

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