路过上堂《电路》启蒙课。所谓“启蒙”就是告诉你《电路》到底是个什么玩意儿,若此都不明白,其它的也就别谈了。
“电路”这个词对各位来说太“熟悉”不过了,有必要启蒙吗?先不回答这个问题,建议各位自己各自DIY个“手电筒”(也就是电池、开关和灯泡的串接)。请问,各位的“电路”一样吗?一样,也不一样。就那么坨东西——“手电筒”,肯定不一样。那什么意义下是一样的呢?答案是,其拓扑结构是一样的。注意,《拓扑学》是门数学。
讲到拓扑(在此不具体论述《拓扑学》)就涉及到所谓的拓扑不变性,在这个意义上,各位的那个“手电筒”电路是一致的。
与拓扑有着密切血缘关系的是图(《图论》同样是门数学),所以电路被称之为图——即电路图,也就是个自然的事情。
现在考察一下拓扑(或图),发现其没有长度、面积和体积(也就是说没有空间尺度),仅存在其逻辑结构。虽然没有“空间”维度,但其时间维度可以存在。
电路图中所反映的基本逻辑关系是什么呢?这个各位都应该非常熟悉,就是:
1)KVL——基尔霍夫电压定律
2)KCL——基尔霍夫电流定律
3)VCR——元件的电压与电流关系
4)CSR——受控源关系。
5)其他——如环境影响等。
这些基本逻辑关系最终将综合成一个方程组——即常微分方程组。好了,接下去就是《数学》——《常微分方程》(包括解的存在和唯一性、解空间结构、各种解法等等)。注意其中的“常”字,其源于仅有一个时间维。
当然,现实世界至少是个时空四维空间,所以《电路》在现实中是不存在的。那为何要研究它呢?是因为在一定条件下,《电路》模型给出的结果已经足以满足技术要求了。那如果不能满足怎么办?那就得抛弃《电路》回归《电磁场理论》,其最终还是一堆方程组——《偏微分方程》。那还是数学,玩去吧。当然,空间维度可以是一维、二维和三维的。
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