電路與電工技術(shù)第一章電路的基本概念和基本定律課件

1、第一章電路的基本概念和基本定律目錄電路的基本概念電路的基本物理量電氣設(shè)備的額定參數(shù)電路的基本定律與工作狀態(tài)教學(xué)目標(biāo)教學(xué)重點：1、電路的基本組成、電路的三種工作狀態(tài)和額定電 壓、電流、功率等概念。2、掌握電流、電壓、電功率、電能等基本概念。3、掌握歐姆定律、基爾霍夫定律教學(xué)難點：1了解電路的三種工作狀態(tài)特點。2理解理想元件與電路模型、線性電阻與非線性電 阻的概念。1.1 電路的基本概念1.1.1 電路的組成和功能1、電路的定義 提供電流流通路徑的“路”2、電路的功能 a) 能量的轉(zhuǎn)換、傳輸、分配 b)信息的傳遞與處理 1.1 電路的基本概念3、電路的組成 電路必定由電源、負載和中間環(huán)節(jié)三大部分組

2、成將非電能轉(zhuǎn)換成電能的裝置將電能轉(zhuǎn)換為其他形式能的裝置用于傳輸和分配電能1.1 電路的基本概念1.1.2 電路模型和電路圖 1、電路模型a)理想化元器件 將實際元器件近似化、理想化，使每一種元器件只集中表現(xiàn)一種主要的電或磁的性能，就是實際元器件的模型，簡稱電路元件。電阻：電容：電感：電壓源：電流源：+UsIs1.1 電路的基本概念 b)理想電路元件的分類及符號1.1 電路的基本概念2、電路圖用特定的符號表示表示實際電路元器件而連接成的圖型1.2電路的基本物理量1.2.1電流1、電流的定義 在電場作用下，單位時間里通過導(dǎo)體某一截面的電荷量。1.2.1電流2、電流的單位 安培 ，用符號“A”表示

3、1kA=103A 1A=103 mA 1mA=103 A 3、電流的方向 電流的實際方向是指正電荷的運動方向1.2.2電壓、電位、電動勢1、電壓的定義 電路中A、 B兩點間的電壓是單位正電荷在電場力的作用下由A點移動到B點所減少的電能。 q為由A點移動到B點的電荷量, WAB為移動過程中電荷所減少的電能1.2.2電壓、電位、電動勢負載+-AB電源eu(t)圖：電壓與電動勢1.2.2電壓、電位、電動勢2、電壓的單位 伏特，用符合“V”表示 1kV=103 V 1V=103 mV 1mV=103 v3、電壓的方向電壓的真實方向規(guī)定為正電荷的運動方向1.2電路的基本物理量4、電位的定義 電場力將單位

4、正電荷從給定點移動到參考點(又稱零電位點或接地點)所做的功。 Va 表示某點a的電位 電路中某點電位的標(biāo)記都在變量后帶下標(biāo)，以避免與電位的單位V相混淆1.2電路的基本物理量例：電路中A、B兩點的電位分別是多少？ A、B之間的電壓是多少?2v（a）ABC+1k1kABC+1k1kABC+1k1k（b）（c）2v2v1.2電路的基本物理量解：圖a：Va=2V Vb=1V Vc=0V Uab=1V圖b：Va=1V Vb=0V Vc=-1V Uab=1V圖c：Va=0V Vb=-1V Vc=-2V Uab=1V結(jié)論：1、參考點改變，各點的電位隨之改變，即各點的電位與參考點的選擇有關(guān)2、不管參考點如何變

5、化，兩點間的電壓（電位差）是不變的，即兩點間的電壓與參考點的選擇無關(guān)。1.2.2電壓、電位、電動勢5、電動勢 電源力將單位正電荷從電源負極移動到正極所做的功 電動勢的實際方向規(guī)定為在電源內(nèi)部正電荷運動的方向 電動勢的單位與電壓相同，為伏特（V）1.2.3電功率與電能 1、電功率的定義單位時間內(nèi)電場力所做的功，記為p(t) 對直流電流和直流電壓而言，電功率記為P P=UI1.2.3電功率與電能2、電功率的單位 瓦特，用符合“W”表示 1MW=103 kW 1kW=103 V 1W=103 mW 1mW=103 W1.2.3電功率與電能aIRUbP=UI如果U I方向不一致結(jié)果如何？功率有無正負？

6、問題與討論：功率有無正負？ 有！根據(jù)功率的正負可判斷電路元件是吸收功率還是釋放功率，反應(yīng)了能量的流向P0時，元件吸收功率(負載)規(guī)定電壓、電流的正方向一致時功率的計算電路元件abIUP0時，則說明U、I的實際方向總是一致，即正電荷從高電位移到低電位P0(a)電流實際方向與參考方向相同電流參考方向電流實際方向I0(c)電壓實際方向與參考方向相同電壓參考方向+電壓實際方向U0(d)電壓實際方向與參考方向相反圖：電壓的參考方向1.2.4 電路變量的參考方向關(guān)聯(lián)參考方向非關(guān)聯(lián)參考方向ab+ab+1.2.4 電路變量的參考方向例1.2.2 電路中4個元件按圖所示的方式連接，每個元件上電壓的參考方向如圖所

7、示，且U1=-100V，U2=-50V，U3=80V。求U4及UCD的數(shù)值。u1u21423ABCDu3u4+解：根據(jù)假設(shè)的參考方向列寫電路方程式得電路中任意兩點的電壓與路徑無關(guān)，所以 ，則u1u21423ABCDu3u4+1.3電氣設(shè)備的額定參數(shù) 保證電氣設(shè)備正常工作，而絕緣材料又不被損壞所規(guī)定的電壓值，稱為額定電壓為保證電氣設(shè)備正常工作，不致因過熱而燒毀，都規(guī)定了允許溫升，由此而規(guī)定的最大工作電流稱為額定電流 電氣設(shè)備在額定電壓和額定電流下正常工作所消耗的電功率或因消耗電功率而轉(zhuǎn)換輸出的其他功率稱為額定功率1.4.1 歐姆定律1、無源支路的歐姆定律線性電阻R兩端所加的電壓U與其流過的電流I

8、成正比1.4電路的基本定律與工作狀態(tài)U=-IRIURU=IRIURU=-IRIUR注意：列歐姆定律的數(shù)學(xué)表示式時，一定要在圖中標(biāo)明正方向1.4.1歐姆定律 2、含源支路的歐姆定律 如果在電路的某一條支路中不但有電阻元件，而且含有電動勢E（電源），那么這條支路就稱為含源支路。 步驟：a、設(shè)定有關(guān)電壓、電流的參考方向 b、列寫方程1.4.1歐姆定律 abIR1R2E1E2+Uab圖：含源支路注意：當(dāng)端電壓U與I的參考方向關(guān)聯(lián)時，端電壓取“+”，反之取“”；當(dāng)電動勢E與電流I的參考方向一致時，電動勢取“+”，反之取“”1.4.1歐姆定律 含源支路的兩端a、b用一根導(dǎo)線連接起來，就形成了一個閉合回路。

9、IE1E2R1R2+圖：含源閉合回路閉合回路中的電壓、電流之間的關(guān)系也遵循歐姆定律，即1.4.2電路的工作狀態(tài)R0RLIUSab+Uab有載R0RLI=0USab+Uab開路USR0RLIab+Uab短路電路的三種工作狀態(tài)有載狀態(tài)開路狀態(tài)短路狀態(tài)例1.4.1 有一個額定參數(shù)為220V、40W的臺燈，接到220V的電源上，求通過臺燈的電流和燈泡的電阻。若每晚使用3h，每月（按30天計）將消耗幾度電？解：電流電阻每月消耗的電能即一個月的用電量是3.6度例1.4.2 已知 I1=4A，I2=2A， I3=-2A，其他參數(shù)及參考方向如圖所示。（1）試求元件兩端電壓Ux，并確定電路元件x是電源還是負載；

10、（2）分別說明電源E1、E2的狀態(tài)；（3）通過計算確定此電路的功率是否平衡。R1I1E1UxxR2E2+I2I310V90V1020圖：例1.4.2電路解：（1）根據(jù)含源電路歐姆定律，有因為Ux與I3參考方向關(guān)聯(lián)，而Px0，因此電路元件x是電源（2）對于電路中的電源來說， E1 與I3參考方向關(guān)聯(lián)，則(電源E1是負載，處于充電狀態(tài))E2與 I2參考方向非關(guān)聯(lián)，則（電源E2向外供電）（3）電阻上消耗的功率因此，電路中總的負載功率為而電路中總的電源功率為（“-”表示發(fā)出功率）結(jié)論：任何電路中，功率總是平衡的，即電路中電源發(fā)出的總功率一定等于電路中各種負載所消耗的總功率1.4.3基爾霍夫定律 用來描

11、述電路中各部分電流或各部分電壓間的關(guān)系的定律,包括基爾霍夫電流定律和基爾霍夫電壓定律兩個定律。名詞注釋：結(jié)點：三個或三個以上支路的聯(lián)結(jié)點支路：電路中每一個分支回路：電路中任一閉合路徑網(wǎng)孔：內(nèi)部不包含其他支路的回路支路：共3條回路：共3個結(jié)點：a、 b (共2個）例#1#2#3aI1I2U2+-R1R3R2+_I3bU1I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-例支路：共 ？條回路：共 ？個結(jié)點：共 ？個6條4個獨立回路：？個3個有幾個網(wǎng)孔就有幾個獨立回路基爾霍夫電流定律對于電路中的任一結(jié)點，單位時間內(nèi)流入該結(jié)點的電荷（流入電流之和）必然等于流出該結(jié)點的電荷（流出電

12、流之和），即流經(jīng)任一結(jié)點的電流代數(shù)和等于0 I =0基爾霍夫電流定律的依據(jù)：電流的連續(xù)性即：例1.4.4 在例圖所示的電路中， I1=4A，I2=-2A， I3=1A， I4=-3A，求電流I5的值oI1I3I2I5I4解：電路中5條支路的電流均流進或流出結(jié)點O，根據(jù)KCL，有所以電流定律還可以擴展到電路的任意封閉面。例I1+I2=I3例I=0基爾霍夫電流定律的擴展I=?I1I2I3U2U3U1+_RR1R+_+_R廣義結(jié)點基爾霍夫電壓定律在任意時刻，沿電路任一回路繞行一周回路中各個元件上電壓的代數(shù)和恒等于0即：約定：隨繞行方向電壓降為“+”，電壓升為“-”例如： 回路#1 13311URIR

13、I=+電位降電位升#1aI1I2U2+-R1R3R2+_I3bU1對 回路#2： #223322URIRI=+電位升電位降對 回路#3： 12211URIRI=+U2電位降電位升#3第3個方程不獨立基爾霍夫電壓定律基爾霍夫電壓定律基爾霍夫電壓定律不僅適用于閉合回路，也可以推廣適用于假象回路（開口電路）UUNUUVUVN以順時針為回路循行方向，根據(jù)KVL可列寫出關(guān)于獨立方程式的討論 問題的提出：在用基爾霍夫電流定律或電壓定律列方程時，究竟可以列出多少個獨立的方程？例aI1I2U2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bU1分析以下電路中應(yīng)列幾個電流方程？幾個電壓方程？KCL方程：節(jié)點a：節(jié)點b：獨

14、立方程只有 1 個KVL方程：#1#2#32211213322233111RIRIUURIRIURIRIU-=-+=+=獨立方程只有 2 個aI1I2U2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bU1設(shè)：電路中有N個結(jié)點，B個支路N=2、B=3bR1R2U2U1+-R3+_a小 結(jié)獨立的結(jié)點電流方程有 (N -1) 個獨立的回路電壓方程有 (B -N+1)個則：（一般為網(wǎng)孔個數(shù)）獨立電流方程：個獨立電壓方程：個基爾霍夫電壓定律例1.4.6 圖所示的閉合電路中，各電路元件是任意的，各電壓參考方向如圖所示。已知 。 試求： ,繞行ABCDF+UAB+UBC+UFD+UAFUCD解（1）取順時針方向為回路繞行方向，根據(jù)KVL可列寫出則（2）設(shè)ADFA為一個假想回路，取順時針方向為回路繞行方向，可列些KVL方程基爾霍夫電壓定律例1.4.7 在圖所示電路中，各元件參數(shù)及電流參考方向如圖所示，試計算UCD及I3ADCBI1I2I3+10V3255+50V+10V+