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电路分析的理想国

摔锅同学2019-04-04 08:34

教育的目标是教会我们爱美

--柏拉图《理想国》


    电路分析是工科第一课。我们往往能够重视电路知识对后续课程学习的基础性,而不够重视通过此课程的学习培养工程思维的能力。这是一个从知识到能力的提升过程。爱因斯坦曾引用过教育家怀特海在《教育的目的》一书中的话:“所谓教育,就是当一个人把在学校所学全部忘光之后所剩下的东西”。怀特海还说“我们(大学教师)卑微的工作却是在传授各种知识”。摔锅老师认为,教育有三个层次:知识、能力、境界,审美正是教育的最高境界。

    电路分析的美在哪里呢?在摔锅老师的眼中,电路分析是一个理想国,正如一个童话世界,有趣而且容易理解。正如孩子们玩的过家家游戏,电路分析的理想国应具备从现实世界中抽象出来的最基本的要素和规则。这就是电路分析的最顶层抽象,用八个字概括就是“两种电量,两种约束”。如果说世界上只有两种人(男人和女人),那么人际关系可以概括为两类,一种是同性关系,另一种是异性关系。那么在电路分析中,所谓两种电量,就是电流和电压,两种约束则是同种电量之间的约束和不同电量之间的约束。这不就是一个过家家的游戏吗?

    为什么正好是两种电量,而不是三种四种呢?诚然,在实体电路中涉及的物理量何只三种四种,但是我要提醒各位新同学,千万不要把“电路分析”学成了“大学物理”。在电路分析中,我们只需要关心两种电量。这就是工程,对客观世界进行层层抽象再不断总结简化。关于抽象总结的思想,建议参考“麻省理工公开课:电路和电子学_集总电路抽象介绍”。要素越少当然就越抽象越简单。如果你以自然哲学的视角来审视,这两种电量的本质是什么呢?其实就是对应着客观物理世界两种最基本要素,即“物质的”和“能量的”。

   那么在电路分析的理想国中,同性关系和异性关系分别是什么呢?同种电量之间的关系(同性关系),即电流与电流,或电压与电压之间的关系,是由电路的连接结构所确定,而与电路元件的物理性质无关,所以称之为几何约束,这就是基尔霍夫定律。不同电量之间的关系(异性关系),即电流与电压之间的关系,是由电路元件的物理性质所确定,所以称之为物理约束。


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