第一章-電路的基本概念和基本定律課件

第一章電路的基本概念和基本定律第一節(jié)電路和電路模型第二節(jié)電路中的主要物理量第三節(jié)電路的基本元件第四節(jié)基爾霍夫定律本章小結(jié)1.第一章電路的基本概念和基本定律第一節(jié)電路和電路模型§1-1電路和電路模型

電路實(shí)際線繞電阻的特征理想元件電路模型2.§1-1電路和電路模型電路2.

電路電路是各種電氣元器件按一定的方式連接起來的總體。電路的組成：1.提供電能的部分稱為電源；2.消耗或轉(zhuǎn)換電能的部分稱為負(fù)載；3.聯(lián)接及控制電源和負(fù)載的部分如導(dǎo)線、開關(guān)等稱為中間環(huán)節(jié)。3.電路電路是各種電氣元器件按一定的方式連接起來的總體。電路實(shí)際線繞電阻的特征電阻特征:有電流通過時，除了對電流呈現(xiàn)阻礙作用;電感特征:有電流通過時,在導(dǎo)線的周圍產(chǎn)生磁場；電容特征:有電流通過時,在各匝線圈間存在電場。4.實(shí)際線繞電阻的特征電阻特征:有電流通過時，除了對電流呈現(xiàn)理想元件為了便于對電路進(jìn)行分析和計算，我們常把實(shí)際元件加以近似化、理想化，在一定條件下忽略其次要性質(zhì)，用足以表征其主要特征的“模型”來表示，即用理想元件來表示。例“電阻元件”是電阻器、電烙鐵、電爐等實(shí)際電路元器件的理想元件，即模型。因為在低頻電路中，這些實(shí)際元器件所表現(xiàn)的主要特征是把電能轉(zhuǎn)化為熱能。用“電阻元件”這樣一個理想元件來反映消耗電能的特征?！半姼性笔蔷€圈的理想元件；“電容元件”是電容器的理想元件。5.理想元件為了便于對電路進(jìn)行分析和計算，我們常把實(shí)際元件加以近電路模型由理想元件構(gòu)成的電路，稱為實(shí)際電路的“電路模型”。圖1-2是圖1-1所示實(shí)際電路的電路模型。首頁6.電路模型由理想元件構(gòu)成的電路，稱為實(shí)際電路的“電路模型”。圖電流及其參考方向電壓及其參考方向關(guān)聯(lián)參考方向電動勢電功率和電能§1-2電路中的主要物理量

7.電流及其參考方向§1-2電路中的主要物理量7.電流的分類直流（DC）：大小和方向均不隨時間變化的電流。直流交流交流（AC）：大小和方向均隨時間變化，且一個周期內(nèi)的平均值為零的電流。8.電流的分類直流（DC）：大小和方向均不隨時間變化的電流電流的定義和實(shí)際方向?qū)τ谥绷鳎粼跁r間t內(nèi)通過導(dǎo)體橫界面的電荷量為Q，則電流為對于交流，若在時間dt內(nèi)通過導(dǎo)體橫界面的電荷量為dq，則電流瞬時值為（1-1）電流的實(shí)際方向規(guī)定為正電荷運(yùn)動的方向。電流的單位：安培（A），千安（kA）和毫安（mA）。9.電流的定義和實(shí)際方向?qū)τ谥绷?，若在時間t內(nèi)通過導(dǎo)體橫界面的電流的參考方向的引入

參考方向的引入：對復(fù)雜電路由于無法確定電流的實(shí)際方向，或電流的實(shí)際方向在不斷的變化，所以我們引入了“參考方向”的概念。?10.電流的參考方向的引入?yún)⒖挤较虻囊耄簩?fù)雜電路由于無法確定電流參考方向的含義參考方向是一個假想的電流方向。實(shí)線參考方向（虛線實(shí)際方向）。i＞0，則電流的實(shí)際方向與電流的參考方向一致；i＜0，則電流的實(shí)際方向和電流的參考方向相反。11.電流參考方向的含義參考方向是一個假想的電流方向。11.電壓的定義和實(shí)際方向?qū)τ谥绷?，電路中A、B兩點(diǎn)間電壓的大小等于電場力將單位正電荷Q從A點(diǎn)移動到B點(diǎn)所做的功W。即對于交流，電路中A、B兩點(diǎn)間電壓的大小等于電場力將單位正電荷dq從A點(diǎn)移動到B點(diǎn)所做的功dw。即（1-2）若電場力做正功，則電壓u的實(shí)際方向從A到B。電壓的單位：伏特（V），千伏（kV）和毫伏（mV）。12.電壓的定義和實(shí)際方向?qū)τ谥绷?，電路中A、B兩點(diǎn)間電壓的大小等電位在電路中任選一點(diǎn)為電位參考點(diǎn)，則某點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓就叫做這一點(diǎn)（相對于參考點(diǎn)）的電位。當(dāng)選擇O點(diǎn)為參考電位點(diǎn)時，（1-3）電壓是針對電路中某兩點(diǎn)而言的，與路徑無關(guān)。所以有（1-4）電壓又叫電位差電壓的實(shí)際方向是由高電位點(diǎn)指向低電位點(diǎn)13.電位在電路中任選一點(diǎn)為電位參考點(diǎn)，則某點(diǎn)到參電壓參考方向的標(biāo)注及含義參考方向是由A點(diǎn)指向B點(diǎn)參考高電位端當(dāng)u＞0時，該電壓的實(shí)際極性與所標(biāo)的參考極性相同，當(dāng)u＜0時，該電壓的實(shí)際極性與所標(biāo)的參考極性相反。建議采用：參考極性標(biāo)注法14.電壓參考方向的標(biāo)注及含義參考方向是由A點(diǎn)指向B點(diǎn)參考高電位例1-1在如圖1-6所示的電路中，方框泛指電路中的一般元件，試分別指出圖中各電壓的實(shí)際極性解（1）a圖，a點(diǎn)為高電位，因u=24V＞0,所標(biāo)實(shí)際極性與參考極性相同。（2）b圖，b點(diǎn)為高電位，因u=﹣12V＜0,所標(biāo)實(shí)際極性與參考極性相反。（3）c圖，不能確定，雖然u=15V＞0,但圖中沒有標(biāo)出參考極性。各電壓的實(shí)際極性15.例1-1在如圖1-6所示的電路中，方框泛指電路中的一般關(guān)聯(lián)參考方向

電流參考方向是從電壓的參考高電位指向參考低電位關(guān)聯(lián)非關(guān)聯(lián)16.關(guān)聯(lián)參考方向電流參考方向是從電壓的參考高電位指向參考低電位電動勢定義電源內(nèi)部的局外力（電源力）將正電荷由低電位移向高電位，使電源兩端具有的電位差稱為電動勢，用符號e（或E）表示。電動勢既有大小又有方向（極性）。電磁學(xué)中規(guī)定電動勢的實(shí)際方向由低電位指向高電位。電動勢和電壓的參考方向如圖1-9所示。17.電動勢定義電源內(nèi)部的局外力（電源力）將正電電動勢的方向?qū)嶋H方向參考方向圖1－918.電動勢的方向?qū)嶋H方向參考方向圖1－918.電功率

電功率是指單位時間內(nèi)，電路元件上能量的變化量。即（1-5）在電路中，電功率簡稱功率。它反映了電流通過電路時所傳輸或轉(zhuǎn)換電能的速率。功率的單位：瓦特（W），千瓦（kW）和毫瓦（mW）19.電功率電功率是指單位時間內(nèi)，電路元件上能量的變化量。即（1功率有大小和正負(fù)值

元件吸收的功率p＞0，則該元件吸收（或消耗）功率

p＜0，則該元件發(fā)出（或供給）功率20.功率有大小和正負(fù)值元件吸收的功率p＞0，則該元件吸收（或消例1-2試求如圖1-8所示電路中元件吸收的功率。解（1）a圖，所選u、i為關(guān)聯(lián)參考方向，元件吸收的功率P=UI=4×（－3）W=﹣12W此時元件吸收功率﹣12W，即發(fā)出的功率為12W。

(2)b圖，所選u、i為非關(guān)聯(lián)參考方向，元件吸收的功率P=﹣UI=﹣（﹣5）×3W=15W此時元件吸收的功率為15W。21.例1-2試求如圖1-8所示電路中元件吸收的功率。解（(3)c圖，u、i為非關(guān)聯(lián)參考方向，P=﹣UI=﹣4×2W=﹣8W即元件發(fā)出的功率為8W。(4)d圖，u、i為關(guān)聯(lián)參考方向，P=UI=（﹣6）×（﹣5）W=30W即元件吸收的功率為30W。首頁22.(3)c圖，u、i為非關(guān)聯(lián)參考方向，(4)d圖，u、i電能定義電能是指一段時間內(nèi)電路消耗的功率，用W（或w）表示。即若功率隨時間變化，則式中，電壓電流為關(guān)聯(lián)參考方向。

w>0，吸收電能；w<0，發(fā)出電能。在國際單位制（SI）中，功率的單位為瓦（W），工程中還常用千瓦小時（KW·h）即度來表示電能的單位。23.電能定義電能是指一段時間內(nèi)電路消耗的功率，用W（或w）若§1-3電路的基本元件

電阻元件電感元件電容元件電壓源電流源24.§1-3電路的基本元件電阻元件24.電阻和電阻元件物體對電流的阻礙作用，稱為該物體的電阻。用符號R表示。電阻的單位是歐姆（Ω）。電阻元件是對電流呈現(xiàn)阻礙作用的耗能元件的總稱。如電爐、白熾燈、電阻器等。25.電阻和電阻元件物體對電流的阻礙作用，稱為該物體的電阻。用符號電導(dǎo)電阻的倒數(shù)稱為電導(dǎo)，是表征材料的導(dǎo)電能力的一個參數(shù)，用符號G表示。電導(dǎo)的單位是西門子（S），簡稱西。26.電導(dǎo)電阻的倒數(shù)稱為電導(dǎo)，是表征材料的導(dǎo)電能力電阻元件上電壓與電流關(guān)系

1827年德國科學(xué)家歐姆總結(jié)出：施加于電阻元件上的電壓與通過它的電流成正比。u=Ri(1-9)u=﹣Ri(1-10)27.電阻元件上電壓與電流關(guān)系1827年德國科學(xué)家歐姆總結(jié)出：施電阻元件的伏安特性線性電阻非線性電阻28.電阻元件的伏安特性線性電阻非線性電阻28.電阻元件上的功率

若u、i為關(guān)聯(lián)參考方向，則電阻R上消耗的功率為p=ui=(Ri)i=R

（1-11）若u、i為非關(guān)聯(lián)參考方向，則p=﹣ui=﹣(﹣Ri)i=R

可見，p≥0，說明電阻總是消耗（吸收）功率，而與其上的電流、電壓極性無關(guān)。29.電阻元件上的功率若u、i為關(guān)聯(lián)參考方向，則電阻R上消耗的例1-3如圖1-9所示電路中，已知電阻R吸收功率為3W，i=﹣1A。求電壓u及電阻R的值。解p=ui=u(﹣1)A=3Wu=﹣3Vu的實(shí)際方向與參考方向相反由于u、i為關(guān)聯(lián)參考方向，由式（1-11）圖1-930.例1-3如圖1-9所示電路中，已知電阻R吸收功率為3電容器

電容器是一種能夠儲存電場能量的元件。電容器是由兩個導(dǎo)體中間隔以介質(zhì)（絕緣物質(zhì)）組成。此導(dǎo)體稱為電容器的極板。電容器加上電源后，極板上分別聚集起等量異號的電荷。帶正電荷的極板稱為正極板，帶負(fù)電荷的極板稱為負(fù)極板。此時在介質(zhì)中建立了電場，并儲存了電場能量。當(dāng)電源斷開后，電荷在一段時間內(nèi)仍聚集在極板上。31.電容器電容器是一種能夠儲存電場能量的元件。電容器是由兩個導(dǎo)固定電容

可變電容微調(diào)電容

32.固定電容可變電容微調(diào)電容32.電容元件和電容

電容元件是指能夠儲存電場能量的一種理想元件。電容元件的電容量簡稱電容。其電容量C與電容器存儲的電荷q以及電容器兩端的電壓有關(guān)，即（1-12）電容的單位為法拉（F），法拉單位太大，實(shí)際應(yīng)用中常用微法（μF）和皮法（pF）等。電容元件的圖形符號如圖1-15所示。33.電容元件和電容電容元件是指能夠儲存電場能量的一種理想元件。當(dāng)C為一常數(shù)，而與電容兩端的電壓無關(guān)時，這種電容元件就叫線性電容元件。電容元件的電容量簡稱電容。電容元件也簡稱電容。線性電容元件電容電容元件電容參數(shù)（電容量）34.當(dāng)C為一常數(shù)，而與電容兩端的電壓無關(guān)時，電容元件的電容量簡電容上的電壓與電流

u、i選非關(guān)聯(lián)參考方向，其伏安關(guān)系為u、i選關(guān)聯(lián)參考方向，其伏安關(guān)系為（1-13）35.電容上的電壓與電流u、i選非關(guān)聯(lián)參考方向，其伏安關(guān)系為

電容元件的u-i關(guān)系說明1）當(dāng)電容兩端電壓發(fā)生變化時，即≠0，極板上聚集的電荷也相應(yīng)發(fā)生變化，因此形成了電流；＞0時，i＞0,

說明此時電容在充電；＜0時，i＜0，說明此時電容在放電。2）

在直流電路中，=0，i=0，此時電容相當(dāng)于開路，即說明電容起隔斷直流電流的作用，簡稱隔直作用。電容上吸收的直流功率為P=UI=03）電容兩端的電壓不能突變，即不成立。36.電容元件的u-i關(guān)系說明1）當(dāng)電容兩端電壓發(fā)圖1-19電容的三種工作狀態(tài)a)i＞0電容充電b)i=0電容相當(dāng)于開路c)i＜0電容放電37.圖1-19電容的三種工作狀態(tài)a)i＞0電容充電b)電感器電感器一般由骨架、繞組、鐵心和屏蔽罩等組成。圖1-16固定電感

微調(diào)電感

濾波扼流圈收音機(jī)用天線線圈38.電感器電感器一般由骨架、繞組、鐵心和屏蔽罩等組成。圖1-16電感元件和電感電感元件是指能夠儲存磁場能量的一種理想元件。電感元件的電感量簡稱電感。其電感量L與磁鏈以及電感中的電流有關(guān)，即電感的SI單位為亨利（簡稱亨），用符號H表示。實(shí)際應(yīng)用中常用毫亨（mH）和微亨（μH）等。電感的圖形符號如圖1-17所示。39.電感元件和電感電感元件是指能夠儲存磁場能量的一種理想元件。電圖1-22磁鏈與電流的參考方向（與N匝線圈交鏈的總磁通稱為磁鏈，即）

磁鏈與電流的參考方向應(yīng)滿足圖1-22所示的右手螺旋法則40.圖1-22磁鏈與電流的參考方向（與N匝線圈交鏈的總磁通稱當(dāng)L為一常數(shù)，而與電感上的電流無關(guān)時，這種電感元件就叫線性電感元件。電感元件的電感量簡稱電感。電感元件也簡稱電感。線性電感元件電感電感元件電感參數(shù)（電感量）41.當(dāng)L為一常數(shù)，而與電感上的電流無關(guān)時，電感元件的電感量簡稱電電感上的電壓與電流

由愣次定律可知，

圖1-23電感元件的電壓電流參考方向42.電感上的電壓與電流由愣次定律可知，圖1-23電感元件電感上的電壓與電流

u、i選關(guān)聯(lián)參考方向，其伏安關(guān)系為（1-15）u、i選非關(guān)聯(lián)參考方向，其伏安關(guān)系為43.電感上的電壓與電流u、i選關(guān)聯(lián)參考方向，其伏安關(guān)系為（電感元件的u-i關(guān)系說明

1）當(dāng)通過電感元件的電流發(fā)生變化時，即

≠0，電感上才能產(chǎn)生電壓。2）

在直流電路中，=0，u=0，此時電感相當(dāng)于短路，即說明電感起導(dǎo)通直流的作用，簡稱導(dǎo)直作用。電感上吸收的直流功率為P=UI=03）電感中的電流不能突變，即不成立。44.電感元件的u-i關(guān)系說明1）當(dāng)通過電感元件的電流發(fā)生變化時電感的儲能當(dāng)u、i

取關(guān)聯(lián)參考方向時式中，wL

>0，表示吸收能量，wL

<0，表示發(fā)出能量。若電感元件原先未儲能，即i(0)=0，則45.電感的儲能當(dāng)u、i取關(guān)聯(lián)參考方向時式中，wL>0，表示吸電壓源電壓源是實(shí)際電源（如干電池、蓄電池等）的一種抽象，是理想電壓源的簡稱。符號伏安特性46.電壓源電壓源是實(shí)際電源（如干電池、蓄電池等）的一種抽象，是理電壓源表達(dá)式對恒壓源電壓源的伏安關(guān)系為47.電壓源表達(dá)式對恒壓源電壓源的伏安關(guān)系為47.電壓源的兩個特點(diǎn)①無論電源是否有電流輸出，U=，與

無關(guān)；開路接外電路②

由及外電路共同決定。48.電壓源的兩個特點(diǎn)①無論電源是否有電流輸出，U=例電路如圖，已知Us=10V,求電壓源輸出的電流。外電路R有兩種情況（1）R=5Ω（2）R=10Ω解（1）R=5Ω由電壓源特性知，（2）R=10Ω49.例電路如圖，已知Us=10V,求電壓源輸出的電流。外電流源電流源也是實(shí)際電源（如光電池）的一種抽象，是理想電流源的簡稱。符號伏安特性50.電流源電流源也是實(shí)際電源（如光電池）的一種抽象，是理想電流源電流源表達(dá)式對恒流源電流源的伏安關(guān)系為51.電流源表達(dá)式對恒流源電流源的伏安關(guān)系為51.電流源的兩個特點(diǎn)①電流恒定，即，與輸出電壓U無關(guān)；②U由及外電路共同決定。首頁52.電流源的兩個特點(diǎn)①電流恒定，即例1-5電路如圖a所示，若,,,試求電阻R吸收的功率和電流源發(fā)出的功率。解由于電流源兩端的電壓是由外電路決定的，本題中設(shè)其兩端的電壓為

故電流源發(fā)出的功率為48W。53.例1-5電路如圖a所示，若,,,試求電阻R吸收的功率和例1-6電路如圖a所示，若,,,試求電阻R的電壓和電壓源發(fā)出的功率。解故電流源發(fā)出的功率為48W。設(shè)電路的電流為I

又由于電壓源的電壓與電流是非關(guān)聯(lián)參考方向，所以54.例1-6電路如圖a所示，若,,,試求電阻R的電壓§1-4基爾霍夫定律

電路分析方法的根本依據(jù)幾個有關(guān)的電路名詞基爾霍夫電流定律（簡稱KCL）廣義節(jié)點(diǎn)基爾霍夫電壓定律（簡稱KVL）

55.§1-4基爾霍夫定律電路分析方法的根本依據(jù)55.電路分析方法的根本依據(jù)①元件的約束關(guān)系②電路的約束關(guān)系:基爾霍夫定律U、i關(guān)聯(lián)參考方向時基爾霍夫電流定律，即KCL基爾霍夫電壓定律，即KVL56.電路分析方法的根本依據(jù)①元件的約束關(guān)系②電路的約束關(guān)系幾個有關(guān)的電路名詞

（1）支路：電路中具有兩個端鈕且通過同一電流的每個分支（至少含一個元件。（2）節(jié)點(diǎn)：三條或三條以上支路的聯(lián)接點(diǎn)。（3）回路：電路中由若干條支路組成的閉合路徑。（4）網(wǎng)孔：內(nèi)部不含有支路的回路。57.幾個有關(guān)的電路名詞（1）支路：電路中具有兩個端鈕且通過同基爾霍夫電流定律（簡稱KCL）

KCL指出：任一時刻，流入電路中任意一個節(jié)點(diǎn)的各支路電流代數(shù)和恒等于零，即KCL源于電荷守恒。列方程時，以參考方向為依據(jù)，若電流參考方向為“流入”節(jié)點(diǎn)的電流前取“＋”號，則“流出”節(jié)點(diǎn)的電流前取“－”號?！苅=0（1-17）58.基爾霍夫電流定律（簡稱KCL）KCL指出例1-7在如圖1-30所示電路的節(jié)點(diǎn)a處，已知=3A，=－2A，=－4A，=5A，求。解將電流本身的實(shí)際數(shù)值代入上式，得3A－（－2）A－（－4）A＋5A－=0據(jù)KCL列方程=14A59.例1-7在如圖1-30所示電路的節(jié)點(diǎn)a處，已知廣義節(jié)點(diǎn)廣義節(jié)點(diǎn)：任一假設(shè)的閉合面＋－=0由KCL得60.廣義節(jié)點(diǎn)廣義節(jié)點(diǎn)：任一假設(shè)的閉合面＋－=0由KCL得60兩套“＋、－”符號

①在公式∑i=0中，以各電流的參考方向決定的“＋、－”號；②電流本身的“＋、－”值。這就是KCL定義式中電流代數(shù)和的真正含義。61.兩套“＋、－”符號①在公式∑i=0中，以各電流的參基爾霍夫電壓定律（簡稱KVL）

KVL指出：任一時刻，沿電路中的任何一個回路，所有支路的電壓代數(shù)和恒等于零，即KVL源于能量守恒原理。列方程時，先任意選擇回路的繞行方向，當(dāng)回路中的電壓參考方向與回路繞行方向一致時，該電壓前取“＋”號，否則取“－”號。（1-18）∑u=062.基爾霍夫電壓定律（簡稱KVL）KVL指出：任一時刻，沿電路例1-8在如圖1-32所示電路中，已知=3V，=－4V，=2V。試應(yīng)用KVL求電壓和。解方法一步驟一：任意選擇回路的繞行方向，并標(biāo)注于圖中步驟二：據(jù)KVL列方程。當(dāng)回路中的電壓參考方向與回路繞行方向一致時，該電壓前取“＋”號，否則取“－”號?；芈发瘢夯芈发颍?3.例1-8在如圖1-32所示電路中，已知=步驟三：將各已知電壓值代入KVL方程，得回路Ⅰ：回路Ⅱ：兩套“＋、－”符號：①在公式∑u=0中，各電壓的參考方向與回路的繞行方向是否一致決定的“＋、－”號；②電壓本身的“＋、－”值。這就是KVL定義式中電壓代數(shù)和的真正含義。64.步驟三：將各已知電壓值代入KVL方程，得回路Ⅰ：回路Ⅱ：方法二利用KVL的另一種形式，用“箭頭首尾銜接法”，直接求回路中惟一的未知電壓，其方法如圖1-25所示。回路Ⅰ：回路Ⅱ：將已知電壓與未知電壓的參考方向箭頭首尾銜接65.方法二利用KVL的另一種形式，用“箭頭首尾銜接法”，直接求回例1-9電路如圖1-34所示，試求的表達(dá)式。解66.例1-9電路如圖1-34所