電流的基本概念

1、電流的基本概念第1頁，共31頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)15分，星期五本章要求:1.理解電壓與電流參考方向的意義；2. 理解電路的基本定律并能正確應(yīng)用；3. 了解電路的有載工作、開路與短路狀態(tài)， 理解電功率和額定值的意義；4. 會(huì)計(jì)算電路中各點(diǎn)的電位。第1章 電路的基本概念與基本定律第2頁，共31頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)15分，星期五1.1 電路的作用與組成部分 (1) 實(shí)現(xiàn)電能的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換 (2)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞與處理放大器揚(yáng)聲器話筒1. 電路的作用 電路是電流的通路，是為了某種需要由電工設(shè)備或電路元件按一定方式組合而成。 發(fā)電機(jī)升壓變壓器降壓變壓器電燈電動(dòng)機(jī)電爐.輸電線第3

2、頁，共31頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)15分，星期五2. 電路的組成部分電源: 提供電能的裝置負(fù)載: 取用電能的裝置中間環(huán)節(jié)：傳遞、分配和控制電能的作用發(fā)電機(jī)升壓變壓器降壓變壓器電燈電動(dòng)機(jī)電爐.輸電線第4頁，共31頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)15分，星期五直流電源直流電源: 提供能源信號(hào)處理：放大、調(diào)諧、檢波等負(fù)載信號(hào)源: 提供信息2.電路的組成部分放大器揚(yáng)聲器話筒 電源或信號(hào)源的電壓或電流稱為激勵(lì)，它推動(dòng)電路工作；由激勵(lì)所產(chǎn)生的電壓和電流稱為響應(yīng)。第5頁，共31頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)15分，星期五1. 2 電路模型手電筒的電路模型 為了便于用數(shù)學(xué)方法分析電路,一般要將實(shí)際電

3、路模型化，用足以反映其電磁性質(zhì)的理想電路元件或其組合來模擬實(shí)際電路中的器件，從而構(gòu)成與實(shí)際電路相對(duì)應(yīng)的電路模型。例：手電筒R+RoES+UI電池導(dǎo)線燈泡開關(guān) 手電筒由電池、燈泡、開關(guān)和筒體組成。 理想電路元件主要有電阻元件、電感元件、電容元件和電源元件等。第6頁，共31頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)15分，星期五手電筒的電路模型R+RoES+UI電池導(dǎo)線燈泡開關(guān) 電池是電源元件，其參數(shù)為電動(dòng)勢(shì) E 和內(nèi)阻Ro； 燈泡主要具有消耗電能的性質(zhì)，是電阻元件，其參數(shù)為電阻R； 筒體用來連接電池和燈泡，其電阻忽略不計(jì)，認(rèn)為是無電阻的理想導(dǎo)體。 開關(guān)用來控制電路的通斷。 今后分析的都是指電路模型，簡(jiǎn)稱電

4、路。在電路圖中，各種電路元件都用規(guī)定的圖形符號(hào)表示。第7頁，共31頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)15分，星期五1.3 電壓和電流的參考方向 物理中對(duì)基本物理量規(guī)定的方向1. 電路基本物理量的實(shí)際方向物理量實(shí) 際 方 向電流 I正電荷運(yùn)動(dòng)的方向電動(dòng)勢(shì)E (電位升高的方向) 電壓 U(電位降低的方向)高電位 低電位 單 位kA 、A、mA、A低電位 高電位kV 、V、mV、VkV 、V、mV、V第8頁，共31頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)15分，星期五(2) 參考方向的表示方法電流：Uab 雙下標(biāo)電壓： (1) 參考方向IE+_ 在分析與計(jì)算電路時(shí)，對(duì)電量任意假定的方向。Iab 雙下標(biāo)2. 電

5、路基本物理量的參考方向aRb箭 標(biāo)abRI正負(fù)極性+abU U+_第9頁，共31頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)15分，星期五實(shí)際方向與參考方向一致，電流(或電壓)值為正值；實(shí)際方向與參考方向相反，電流(或電壓)值為負(fù)值。(3) 實(shí)際方向與參考方向的關(guān)系注意： 在參考方向選定后，電流 ( 或電壓 ) 值才有正負(fù)之分。 若 I = 5A，則電流從 a 流向 b；例：若 I = 5A，則電流從 b 流向 a 。abRIabRU+若 U = 5V，則電壓的實(shí)際方向從 a 指向 b；若 U= 5V，則電壓的實(shí)際方向從 b 指向 a 。第10頁，共31頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)15分，星期五1.4

6、 歐姆定律U、I 參考方向相同時(shí)，U、I 參考方向相反時(shí)，RU+IRU+I 表達(dá)式中有兩套正負(fù)號(hào)： 式前的正負(fù)號(hào)由U、I 參考方向的關(guān)系確定； U、I 值本身的正負(fù)則說明實(shí)際方向與參考 方向之間的關(guān)系。 通常取 U、I 參考方向相同。U = I R U = IR第11頁，共31頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)15分，星期五解：對(duì)圖(a)有, U = IR例：應(yīng)用歐姆定律對(duì)下圖電路列出式子，并求電阻R。對(duì)圖(b)有, U = IRRU6V+2AR+U6V I(a)(b)I2A第12頁，共31頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)15分，星期五電路端電壓與電流的關(guān)系稱為伏安特性。 遵循歐姆定律的電阻稱為

7、線性電阻，它表示該段電路電壓與電流的比值為常數(shù)。I/AU/Vo線性電阻的伏安特性線性電阻的概念： 線性電阻的伏安特性是一條過原點(diǎn)的直線。第13頁，共31頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)15分，星期五1.5 電源有載工作、開路與短路 開關(guān)閉合,接通電源與負(fù)載負(fù)載端電壓U = IR 特征:1.5.1 電源有載工作IR0R+ -EU+ -I 電流的大小由負(fù)載決定。 在電源有內(nèi)阻時(shí)，I U ?；?U = E IR0電源的外特性EUI0 當(dāng) R0R 時(shí)，則U E ，表明當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，電源的端電壓變化不大，即帶負(fù)載能力強(qiáng)。第14頁，共31頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)15分，星期五 開關(guān)閉合,接通電源與

8、負(fù)載。負(fù)載端電壓U = IR 特征: 電源有載工作 電流的大小由負(fù)載決定。 在電源有內(nèi)阻時(shí)，I U ?；?U = E IRoUI = EI IRoP = PE P負(fù)載取用功率電源產(chǎn)生功率內(nèi)阻消耗功率 電源輸出的功率由負(fù)載決定。負(fù)載大小的概念: 負(fù)載增加指負(fù)載取用的電流和功率增加(電壓一定)。IR0R+ -EU+ -I第15頁，共31頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)15分，星期五電源與負(fù)載的判別U、I 參考方向不同，P = UI 0，電源； P = UI 0，負(fù)載。U、I 參考方向相同，P =UI 0，負(fù)載； P = UI 0，電源。 1. 根據(jù) U、I 的實(shí)際方向判別2. 根據(jù) U、I 的參考

9、方向判別電源： U、I 實(shí)際方向相反，即電流從“+”端流出， （發(fā)出功率）； 負(fù)載： U、I 實(shí)際方向相同，即電流從“-”端流出。 （吸收功率）。第16頁，共31頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)15分，星期五電氣設(shè)備的額定值額定值: 電氣設(shè)備在正常運(yùn)行時(shí)的規(guī)定使用值電氣設(shè)備的三種運(yùn)行狀態(tài)欠載(輕載)： I IN ，P IN ，P PN (設(shè)備易損壞)額定工作狀態(tài)： I = IN ，P = PN (經(jīng)濟(jì)合理安全可靠) 1. 額定值反映電氣設(shè)備的使用安全性；2. 額定值表示電氣設(shè)備的使用能力。例：燈泡：UN = 220V ，PN = 60W電阻： RN = 100 ，PN =1 W 第17頁，共3

10、1頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)15分，星期五特征: 開關(guān) 斷開 電源開路I = 0電源端電壓 ( 開路電壓 )負(fù)載功率U = U0 = EP = 01. 開路處的電流等于零； I = 02. 開路處的電壓 U 視電路情況而定。電路中某處斷開時(shí)的特征:I+U有源電路IRoR+ -EU0+ -第18頁，共31頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)15分，星期五電源外部端子被短接 電源短路 特征:電源端電壓負(fù)載功率電源產(chǎn)生的能量全被內(nèi)阻消耗掉短路電流（很大）U = 0 PE = P = IR0P = 01. 短路處的電壓等于零； U = 02. 短路處的電流 I 視電路情況而定。電路中某處短路時(shí)的特征

11、:I+U有源電路IR0R+ -EU0+ -第19頁，共31頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)15分，星期五 1. 6 基爾霍夫定律支路：電路中的每一個(gè)分支。 一條支路流過一個(gè)電流，稱為支路電流。結(jié)點(diǎn)：三條或三條以上支路的聯(lián)接點(diǎn)?；芈罚河芍方M成的閉合路徑。網(wǎng)孔：內(nèi)部不含支路的回路。I1I2I3ba+-E2R2+ -R3R1E1123第20頁，共31頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)15分，星期五例1：支路：ab、bc、ca、 （共6條）回路：abda、abca、 adbca （共7 個(gè)）結(jié)點(diǎn)：a、 b、c、d (共4個(gè)）網(wǎng)孔：abd、 abc、bcd （共3 個(gè)）adbcE+GR3R4R1R2I2

12、I4IGI1I3I第21頁，共31頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)15分，星期五 基爾霍夫電流定律(KCL定律)1定律 即: 入= 出 在任一瞬間，流向任一結(jié)點(diǎn)的電流等于流出該結(jié)點(diǎn)的電流。 實(shí)質(zhì): 電流連續(xù)性的體現(xiàn)。或: = 0I1I2I3ba+-E2R2+ -R3R1E1對(duì)結(jié)點(diǎn) a：I1+I2 = I3或 I1+I2I3= 0 基爾霍夫電流定律（KCL）反映了電路中任一結(jié)點(diǎn)處各支路電流間相互制約的關(guān)系。第22頁，共31頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)15分，星期五 電流定律可以推廣應(yīng)用于包圍部分電路的任一假設(shè)的閉合面。2推廣I =?例:廣義結(jié)點(diǎn)I = 0IA + IB + IC = 0ABC

13、IAIBIC2+_+_I51156V12V第23頁，共31頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)15分，星期五 在任一瞬間，沿任一回路循行方向，回路中各段電壓的代數(shù)和恒等于零。 基爾霍夫電壓定律（KVL定律)1定律即： U = 0 在任一瞬間，從回路中任一點(diǎn)出發(fā)，沿回路循行一周，則在這個(gè)方向上電位升之和等于電位降之和。對(duì)回路1：對(duì)回路2： E1 = I1 R1 +I3 R3I2 R2+I3 R3=E2或 I1 R1 +I3 R3 E1 = 0 或 I2 R2+I3 R3 E2 = 0 I1I2I3ba+-E2R2+ -R3R1E112 基爾霍夫電壓定律（KVL） 反映了電路中任一回路中各段電壓間相互

14、制約的關(guān)系。第24頁，共31頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)15分，星期五1列方程前標(biāo)注回路循行方向； 電位升 = 電位降 E2 =UBE + I2R2 U = 0 I2R2 E2 + UBE = 02應(yīng)用 U = 0列方程時(shí)，項(xiàng)前符號(hào)的確定： 如果規(guī)定電位降取正號(hào)，則電位升就取負(fù)號(hào)。3. 開口電壓可按回路處理 注意：1對(duì)回路1：E1UBEE+B+R1+E2R2I2_第25頁，共31頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)15分，星期五例：對(duì)網(wǎng)孔abda：對(duì)網(wǎng)孔acba：對(duì)網(wǎng)孔bcdb：R6I6 R6 I3 R3 +I1 R1 = 0I2 R2 I4 R4 I6 R6 = 0I4 R4 + I3 R3

15、 E = 0對(duì)回路 adbca，沿逆時(shí)針方向循行： I1 R1 + I3 R3 + I4 R4 I2 R2 = 0應(yīng)用 U = 0列方程對(duì)回路 cadc，沿逆時(shí)針方向循行： I2 R2 I1 R1 + E = 0adbcE+R3R4R1R2I2I4I6I1I3I第26頁，共31頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)15分，星期五1.7 電路中電位的概念及計(jì)算電位：電路中某點(diǎn)至參考點(diǎn)的電壓，記為“VX” 。 通常設(shè)參考點(diǎn)的電位為零。1. 電位的概念 電位的計(jì)算步驟: (1) 任選電路中某一點(diǎn)為參考點(diǎn)，設(shè)其電位為零； (2) 標(biāo)出各電流參考方向并計(jì)算； (3) 計(jì)算各點(diǎn)至參考點(diǎn)間的電壓即為各點(diǎn)的電位。某

16、點(diǎn)電位為正，說明該點(diǎn)電位比參考點(diǎn)高；某點(diǎn)電位為負(fù)，說明該點(diǎn)電位比參考點(diǎn)低。第27頁，共31頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)15分，星期五2. 舉例 求圖示電路中各點(diǎn)的電位:Va、Vb、Vc、Vd 。解：設(shè) a為參考點(diǎn)， 即Va=0VVb=Uba= 106= 60VVc=Uca = 420 = 80 VVd =Uda= 65 = 30 V設(shè) b為參考點(diǎn)，即Vb=0VVa = Uab=106 = 60 VVc = Ucb = E1 = 140 VVd = Udb =E2 = 90 Vbac204A610AE290VE1140V56AdUab = 106 = 60 VUcb = E1 = 140 V

17、Udb = E2 = 90 VUab = 106 = 60 VUcb = E1 = 140 VUdb = E2 = 90 V第28頁，共31頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)15分，星期五 結(jié)論：(1)電位值是相對(duì)的，參考點(diǎn)選取的不同，電路中 各點(diǎn)的電位也將隨之改變；(2) 電路中兩點(diǎn)間的電壓值是固定的，不會(huì)因參考 點(diǎn)的不同而變， 即與零電位參考點(diǎn)的選取無關(guān)。借助電位的概念可以簡(jiǎn)化電路作圖bca204A610AE290VE1140V56Ad+90V205+140V6cd第29頁，共31頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)15分，星期五例1: 圖示電路，計(jì)算開關(guān)S 斷開和閉合時(shí)A點(diǎn) 的電位VA解: (1)當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)(2) 當(dāng)開關(guān)閉合時(shí),電路 如圖（b）電流 I2 = 0，電位 VA = 0V 。電流 I1 = I2 = 0，電位 VA = 6V 。電流在閉合路徑中流通2KA+I12kI26V(b)2k+6VA2kSI2I1(a)第30頁，共3