第二章直流電路1

第二章要求：了解直流電路和基本概念熟悉串、并聯(lián)電路的計算掌握基爾霍夫定律，能分析較復雜的直流電路第一節(jié)重點與難點重點：1.電源、電路的三種狀態(tài)、2.電路中幾個重要電量難點：1.電流的理解、2.電功率、電功的計算一、電路的概念電源、負載和連接導線及開關是組成電路最基本的元件。電源：電路中提供電能或信號的器件

負載：電路中吸收電能或輸出信號的器件圖2-1電路圖一、電路的概念電路是電流的流通路徑,它是由一些電氣設備和元器件按一定方式連接而成的。復雜的電路呈網(wǎng)狀,又稱網(wǎng)絡。電路和網(wǎng)絡這兩個術語是通用的。電路的一種作用：是實現(xiàn)電能的傳輸和轉換。另一種作用：是實現(xiàn)信號的處理。1.電路：3.電路的三種狀態(tài)通路通路就是電源與負載接成的回路。這時電路中有電流通過。斷路斷路就是電源與負載未接成閉合電路。斷路又稱開路。電氣設備與導線之間接觸不良也會使電路處于斷路狀態(tài)。短路短路短路是電源未經(jīng)負載而直接由導線（導體）構成通路。如有導線直接將電池正負極連接到一起。二電流與電流密度1.電流1.電流：帶電粒子（電子、離子等）有規(guī)則的定向運動,稱為電流。用符號i表示,即 2.

電流的實際方向：正電荷運動方向。電流方向在分析與計算電路時,常可任意規(guī)定某一方向作為電流的參考方向或正方向。電流的參考方向電流強度的定義及計算公式

1秒鐘內(nèi)通過導體的電量稱為電流強度。單位：安［培］,符號為A。常用的單位有千安（kA）,毫安（mA）,微安（μA）等。電流密度電流與導體橫截面積的比值稱為電流密度。

當導線中的電流超過允許電流時，導線將嚴重發(fā)熱，冒火而出現(xiàn)事故三、電壓和電動勢要在一段電路中產(chǎn)生電流,它的兩端就要有電壓，電源的作用就是給用電器兩端提供電壓。電壓用“U”表示，電壓的單位是伏特V，常用單位還有kV、mV、μV，1kV=1000V，1V=1000mV，1mA=1000μV電壓一節(jié)干電池的電壓一般是1.5V。照明用的電壓是220V。手機電池的電壓一般是3.7V。輸電用的高壓電線電壓可達10000V，50000V甚至更高……電動勢電動勢是存在于電源內(nèi)部，將正電荷從電源負極移到正極從而形成電壓。在電源開路時，電源兩端的電壓與電動勢在數(shù)值上相等。而在電路接通時，電源兩端的電壓比電動勢小。電動勢用E表示。電阻在電工學中，用電阻來表示導體對電流阻礙作用的大小。不同的導體，電阻一般不同。通常用R表示，電阻的單位是歐姆，Ω。kΩ（MΩ）（兆歐），日常用的白熾燈，燈絲電阻為幾百歐到幾千歐。決定導體電阻大小的因素是決定導體電阻大小的因素是導體的材料ρ、長短L、橫切面積S（粗細）。R=ρ高壓輸電用的電線，使用的金屬線又粗又直，就是為了盡量減小電線的電阻。絕緣體對電流的阻礙作用大，導體能電流的阻礙作用小，1m長的天然橡膠棒的電阻，大約是相同粗細、長短鐵棒的2×1016倍。五、電功和電功率目的與要求會計算電功率和電功

1.功率定義：傳遞轉換電能的速率叫電功率，簡稱功率，用p或P表示。電功率公式功率的單位為瓦［特］,簡稱瓦,符號為W,常用的有千瓦（kW）、兆瓦（MW）和毫瓦（mW）等。4.電功（電能）的計算

或：A=I2Rt新的電功的符號是：W4.電能的單位：J(焦耳）、kW.h（度）例1.1（一）圖1.5所示為直流電路,U1=4V,U2=-8V,U3=6V,I=4A,求各元件接受或發(fā)出的功率P1、P2和P3,并求整個電路的功率P。圖1.5例1.1圖例1.1（二）解：故 P1=U1I=4×4=16W(接受16W) P2=U2I=8×4=32W(接受32W) P3=U3I=6×4=24W(發(fā)出24W)整個電路的功率P,設接受功率為正,發(fā)出功率為負,故P=16+32-24=24WⅣ、教學方法講授法Ⅴ、思考題

1.當元件電流，電壓選擇關聯(lián)參考方向時，什么情況下元件接受功率？什么情況下元件發(fā)出功率？

2.有兩個電源，一個發(fā)出的電能為1000kW.h,另一個發(fā)出的電能為500kW.h。是否可認為前一個電源的功率大，后一個電源的功率??？1.4電阻元件和歐姆定律目的與要求

1.掌握電阻元件上的歐姆定律2.理解電路短路、開路時的特點重點與難點重點歐姆定律、電導

難點1.短路、開路

2.應用歐姆定律時正負號的確定

1.電阻元件（一）電阻元件是一個二端元件,它的電流和電壓的方向總是一致的,它的電流和電壓的大小成代數(shù)關系。電流和電壓的大小成正比的電阻元件叫線性電阻元件。元件的電流與電壓的關系曲線叫做元件的伏安特性曲線。線性電阻元件的伏安特性為通過坐標原點的直線,這個關系稱為歐姆定律。1.電阻元件（二）圖1.6線性電阻的伏安特性曲線第二節(jié)歐姆定律德國物理學家歐姆在19世紀初期通過大量的實驗，歸納得出了下面的歐姆定律。導體中的電流，跟導體兩端的電壓成正比，跟超導體的電阻成反比。用公式表示就是：I=例題一個電熨斗的電阻是0.1kΩ，接在220V的電壓上，流過它的電流是多少？解：根據(jù)歐姆定律：

I===2.2A全電路歐姆定律全電路是指含有電源的閉合電路。一個實際的電源一般也有電阻，稱為電源的內(nèi)電阻，用r表示。內(nèi)電阻與電源無法分開，一個閉合電路的總電阻應等于內(nèi)電阻和外電阻之和，即R+r。全電路歐姆定律的表達式是：I=例題有一電源電動勢E=3V，外接R=9.6Ω的電阻，測得電路中的電流是0.3A，求電源的內(nèi)阻和內(nèi)壓降。解：電源端電壓：U=IR=0.3A×9.6V=2.88V內(nèi)壓降：Ur=E-U=3V-2.88V=0.12V內(nèi)阻：

r===0.4Ω4.電導令G=1/R,則式（1.7）變?yōu)槭街?G稱為電阻元件的電導,單位是西［門子］,符號為S。如果線性電阻元件的電流和電壓的參考方向不關聯(lián),則歐姆定律的表達式為或(1.8)5.功率在電流和電壓關聯(lián)參考方向下,任何瞬時線性電阻元件接受的電功率為線性電阻元件是耗能元件。6.焦耳定律若電流不隨時間變化,以上兩式稱為焦耳定律。如果電阻元件把接受的電能轉換成熱能,則從t0到t時間內(nèi)。電阻元件的熱［量］Q,也就是這段時間內(nèi)接受的電能W為7.兩種特殊情況線性電阻元件有兩種特殊情況值得注意:一種情況是電阻值R為無限大,電壓為任何有限值時,其電流總是零,這時把它稱為“開路”;另一種情況是電阻為零,電流為任何有限值時,其電壓總是零,這時把它稱為“短路”。例1.2有220V,100W燈泡一個,其燈絲電阻是多少？每天用5h,一個月（按30天計算）消耗的電能是多少度？解燈泡燈絲電阻為一個月消耗的電能為教學方法“歐姆定律”在物理課中曾經(jīng)接觸過，這里可采用先自學的形式，提出問題：電工基礎課中的“歐姆定律”與物理中的“歐姆定律”有何不同？

思考題

1.線性電阻元件的伏安關系是怎樣的?

2.線性電阻元件接受功率的計算公式有哪些？1.5電壓源和電流源目的與要求理解理想電壓源、理想電流源的特點重點與難點重點理想電壓源、理想電流源的特點難點獨立源、受控源1.電壓源是一個理想二端元件。它具有兩個特點:(1)電壓源對外提供的電壓u(t)是某種確定的時間函數(shù),不會因所接的外電路不同而改變,即u(t)=us(t)。(2)通過電壓源的電流i（t）隨外接電路不同而不同。常見的電壓源有直流電壓源和正弦交流電壓源。一、電壓源（一）一、電壓源（二）圖1.7電壓源電壓波形一、電壓源（三）圖1.8直流電壓源的伏安特性圖1.8是直流電壓源的伏安特性。一、電壓源（四）2.電壓為零的電壓源相當于短路。3.由圖1.7(a)知,電壓源發(fā)出的功率為 p＞0時,電壓源實際上是發(fā)出功率； p＜0時,電壓源實際上是接受功率。1.電流源也是一個理想二端元件,它有以下兩個特點:電流源向外電路提供的電流i(t)是某種確定的時間函數(shù),不會因外電路不同而改變,即i(t)=is,is是電流源的電流。(2)電流源的端電壓u(t)隨外接的電路不同而不同。2.如果電流源的電流is=Is(Is是常數(shù)),則為直流電流源。二、電流源（一）二、電流源（二）圖1.9電流源及直流電流源的伏安特性二、電流源（三）

3.電流為零的電流源相當與開路。4.電流源發(fā)出的功率為

p＞0,電流源實際是發(fā)出功率;p＜0,電流源實際是接受功率。5.電壓源和電流源,稱為獨立源。在電子電路的模型中還常常遇到另一種電源,它們的源電壓和源電流不是獨立的,是受電路中另一處的電壓或電流控制,稱為受控源或非獨立源例1.3（一）計算圖1.10所示電路中電流源的端電壓U1,5Ω電阻兩端的電壓U2和電流源、電阻、電壓源的功率P1,P2,P3。圖1.10例1.3圖例1.3（二）電流源的電流、電壓選擇為非關聯(lián)參考方向,所以P1=U1Is=13×2=26W(發(fā)出)電阻的電流、電壓選擇為關聯(lián)參考方向,所以P2=10×2=20W(接受)電壓源的電流、電壓選擇為關聯(lián)參考方向,所以P3=2×3=6W(接受)解：教學方法以實際電池為例來闡述電壓源的特點

1.直流電壓源的電流是怎樣變化的？2.直流電流源的端電壓怎樣確定？舉例說明。思考題1.6基爾霍夫定律目的與要求

1.理解支路、節(jié)點、回路、網(wǎng)孔的定義2.掌握基爾霍夫電流定律、基爾霍夫電壓定律重點與難點重點基爾霍夫電流定律、基爾霍夫電壓定律難點用基爾霍夫定律分析電路基爾霍夫定律是集中參數(shù)電路的基本定律,它包括電流定律和電壓定律（1）支路:電路中流過同一電流的一個分支稱為一條支路。（2）節(jié)點:三條或三條以上支路的聯(lián)接點稱為節(jié)點。(3)

回路:由若干支路組成的閉合路徑,其中每個節(jié)點只經(jīng)過一次,這條閉合路徑稱為回路。(4)網(wǎng)孔:網(wǎng)孔是回路的一種。將電路畫在平面上,在回路內(nèi)部不另含有支路的回路稱為網(wǎng)孔。一、相關名詞二、基爾霍夫電流定律（KCL）（一）1.在集中參數(shù)電路中,任何時刻,流出（或流入）一個節(jié)點的所有支路電流的代數(shù)和恒等于零,這就是基爾霍夫電流定律,簡寫為KCL。二、基爾霍夫電流定律（KCL）（二）（1.14）寫出一般式子,為 ∑i=0把式（1.14）改寫成下式,即i1=i3+i4對圖1.11中的節(jié)點a,應用KCL則有二、基爾霍夫電流定律（KCL）（三）圖1.11電路實例二、基爾霍夫電流定律（KCL）（四）2.在集中參數(shù)電路中,任何時刻,流入一個節(jié)點電流之和等于流出該節(jié)點電流之和。3.KCL原是適用于節(jié)點的,也可以把它推廣運用于電路的任一假設的封閉面。例如圖1.11所示封閉面S所包圍的電路。三、基爾霍夫電壓定律（KVL）（一）

（1.16）1.定義：在集中參數(shù)電路中,任何時刻,沿著任一個回路繞行一周,所有支路電壓的代數(shù)和恒等于零,這就是基爾霍夫電壓定律,簡寫為KVL。用數(shù)學表達式表示為三、基爾霍夫電壓定律（KVL）（二）2.在寫出式（1.16）時,先要任意規(guī)定回路繞行的方向,凡支路電壓的參考方向與回路繞行方向一致者,此電壓前面取“+”號,支路電壓的參考方向與回路繞行方向相反者,則電壓前面取“-”號。在圖1.11中,對回路abcga應用KVL,有三、基爾霍夫電壓定律（KVL）（三）（1.17）3.如果一個閉合節(jié)點序列不構成回路,例如圖1.11中的節(jié)點序列acga,在節(jié)點ac之間沒有支路,但節(jié)點ac之間有開路電壓uac,KVL同樣適用于這樣的閉合節(jié)點序列,即有三、基爾霍夫電壓定律（KVL）（四）4.將式（1.17）改寫為

電路中任意兩點間的電壓是與計算路徑無關的,是單值的。所以,基爾霍夫電壓定律實質(zhì)是兩點間電壓與計算路徑無關這一性質(zhì)的具體表現(xiàn)。不論元件是線性的還是非線性的,電流、電壓是直流的還是交流的,只要是集中參數(shù)電路,KCL和KVL總是成立的。例1.4（一）試計算圖1.12所示電路中各元件的功率。圖１.１２例１.４圖例1.4（二）解為計算功率,先計算電流、電壓。元件1與元件2串聯(lián),idb=iba=10A,元件1發(fā)出功