第一章 电路的基本概念与基本定律精选文档.ppt

第一章 电路的基本概念与基本定律本讲稿第一页，共四十页1.1 电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分1.2 电路模型电路模型1.3 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向1.4 欧姆定律欧姆定律 1.5 电路有载工作、开路与短路电路有载工作、开路与短路 1.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 1.7 电路中电位的概念及计算电路中电位的概念及计算 电路的基本概念和基本定律电路的基本概念和基本定律第一章第一章本讲稿第二页，共四十页1.1 电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分电路：就是电流所通过的路径。它是由电路元件按电路：就是电流所通过的路径。它是由电路元件按一定方式组合而成的。一定方式组合而成的。电路的作用：电路的作用：实现电能的传输和转换，（作用之一）实现电能的传输和转换，（作用之一）电路的结构形式和所完成的任务多种多样的，举例：电路的结构形式和所完成的任务多种多样的，举例：发电机发电机 电灯电灯电动机电动机 电炉电炉 升压升压变压器变压器 降压降压变压器变压器 输电线输电线 电源电源中间环节中间环节 负载负载 电路的组成：电源、负载、中间环节三部分电路的组成：电源、负载、中间环节三部分本讲稿第三页，共四十页电源：将非电能转换成电能的装置，电源：将非电能转换成电能的装置，例如：发电机、干电池例如：发电机、干电池负载：将电能转换成非电能的装置，负载：将电能转换成非电能的装置，例如：电动机、电炉、灯例如：电动机、电炉、灯中间环节：连接电源和负载的部分，其传输和分中间环节：连接电源和负载的部分，其传输和分 配电能的作用。例如：输电线路配电能的作用。例如：输电线路发电机发电机 电灯电灯电动机电动机 电炉电炉 升压升压变压器变压器 降压降压变压器变压器 输电线输电线 电源电源中间环节中间环节 负载负载 本讲稿第四页，共四十页举例：（电子电路，即信号电路）举例：（电子电路，即信号电路）放放大大器器 电源电源（信号源）（信号源）中间环节中间环节 负载负载 电路的作用之二：传递和处理信号。电路的作用之二：传递和处理信号。本讲稿第五页，共四十页1.2 电路模型电路模型电电池池灯灯泡泡负载负载电源电源理想电路元件：在一定条件下，突出其主要电磁性能，理想电路元件：在一定条件下，突出其主要电磁性能，忽略次要因素，将实际电路元件理想化忽略次要因素，将实际电路元件理想化 （模型化）。（模型化）。主要有电阻、电感、电容元件、电源元件。主要有电阻、电感、电容元件、电源元件。电路模型：由理想电路元件所组成的电路，就是实电路模型：由理想电路元件所组成的电路，就是实 际电路的电路模型。际电路的电路模型。EIRU+_+_本讲稿第六页，共四十页1.3 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向电路的物理量电路的物理量电流电流电压电压电动势电动势电电池池灯灯泡泡负载负载电源电源EIRU+_+_本讲稿第七页，共四十页电路中物理量的方向电路中物理量的方向物理量的物理量的方向方向：实际方向实际方向参考方向参考方向实际方向实际方向：物理中对电量规定的方向。物理中对电量规定的方向。参考方向：参考方向：在分析计算时，对电量人为规定的方向。在分析计算时，对电量人为规定的方向。本讲稿第八页，共四十页物理量的实际方向物理量的实际方向本讲稿第九页，共四十页电路分析中的电路分析中的参考方向参考方向问题的提出问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量在复杂电路中难于判断元件中物理量 的实际方向，电路如何求解？的实际方向，电路如何求解？电流方向电流方向AB？电流方向电流方向BA？E1ABRE2IR+_+_本讲稿第十页，共四十页(1)在解题前先设定一个方向，作为在解题前先设定一个方向，作为参考方向；参考方向；解决方法解决方法(3)根据计算结果确定实际方向：根据计算结果确定实际方向：若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致；若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致；若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。(2)根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关 系的代数表达式；系的代数表达式；本讲稿第十一页，共四十页例例已知：已知：E=2V,R=1问：问：当当U分别为分别为 3V 和和 1V 时，时，IR=?解：解：(1)假定电路中物理量的参考方向如图所示；假定电路中物理量的参考方向如图所示；(2)列电路方程：列电路方程：E IRRabU+_+_UR+_本讲稿第十二页，共四十页(3)数值计算数值计算（实际方向与参考方向一致）（实际方向与参考方向一致）（实际方向与参考方向相反）（实际方向与参考方向相反）E IRRURabU+_+_+_本讲稿第十三页，共四十页(3)为了避免列方程时出错，为了避免列方程时出错，习惯上习惯上把把 I 与与 U 的方向的方向 按相同方向假设。按相同方向假设。(1)“实际方向实际方向”是物理中规定的，而是物理中规定的，而“参考方向参考方向”则则 是人们在进行电路分析计算时是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。任意假设的。(2)在以后的解题过程中，注意一定要在以后的解题过程中，注意一定要先假定先假定物理量物理量 的的参考方向，然后再列方程参考方向，然后再列方程 计算计算。缺少缺少“参考方向参考方向”的物理量是无意义的的物理量是无意义的.提示提示本讲稿第十四页，共四十页注意注意：用用欧姆定律列方程时，一定要在欧姆定律列方程时，一定要在 图中标明参考方向。图中标明参考方向。欧姆定律1.41.41.内容：流过电阻内容：流过电阻R的电流与电阻两端的电压的电流与电阻两端的电压U成正比。成正比。2.表达式：表达式：I与与 U的方向一致的方向一致（1）RIU+_本讲稿第十五页，共四十页 I与与 U 的方向不一致的方向不一致（2）（3）“+”“-”号的含义：式中号的含义：式中“+”“-”号是对号是对 电压电流参考方向是否一致而言；同时，电压电流参考方向是否一致而言；同时，I、U 本身数值也有本身数值也有“+”“-”号之分，是由物理量号之分，是由物理量 所设参考方向与实际方向是否一致决定。所设参考方向与实际方向是否一致决定。RUI_+RUI+_本讲稿第十六页，共四十页 广义欧姆定律广义欧姆定律 (支路中含有电动势时的欧姆定律支路中含有电动势时的欧姆定律)当当 UabE 时，时，I 0 表明方向与图中参考方向一致表明方向与图中参考方向一致当当 UabE 时，时，I 0 表明方向与图中参考方向相反表明方向与图中参考方向相反E+_baIUabR+_本讲稿第十七页，共四十页3.电阻和电导的概念：电阻和电导的概念：电阻电阻具有对电流起阻碍作用性质。单位具有对电流起阻碍作用性质。单位 电导电导单位单位S（西门子）（西门子）4.使用范围：线性电阻使用范围：线性电阻即电阻值与它所通过的电流即电阻值与它所通过的电流 和所施加的电压无关。即电阻值固定不变和所施加的电压无关。即电阻值固定不变.也可以说满足欧姆定律的电阻为线性电阻也可以说满足欧姆定律的电阻为线性电阻.5.伏安特性曲线：电路元件伏安特性曲线：电路元件U、I之间函数关系，表现之间函数关系，表现 在直角坐标系中在直角坐标系中线性电阻伏安特性曲线为一通过原点的直线。线性电阻伏安特性曲线为一通过原点的直线。本讲稿第十八页，共四十页5.伏安特性曲线：电路元件伏安特性曲线：电路元件U、I之间函数关系，表现之间函数关系，表现 在直角坐标系中在直角坐标系中线性电阻伏安特性曲线为一通过原点的直线。线性电阻伏安特性曲线为一通过原点的直线。I(A)U(V)0本讲稿第十九页，共四十页1.5 电源有载工作、开路与短路电源有载工作、开路与短路 伏安特性伏安特性IUE1.5.1 电源有载工作电源有载工作（开关和上）（开关和上）1.电压与电流电压与电流 关系关系 R0R时，时，U E IUROERdc+-ba+_R0R本讲稿第二十页，共四十页单位：单位：w、Kw 式中：式中：PE=EI-是电源产生的功率是电源产生的功率 P=R0I2-是电源内阻上所损耗的功率是电源内阻上所损耗的功率 P=UI-是电源输出的功率是电源输出的功率 2.功率与功率平衡功率与功率平衡 IUROERdc+-ba+_本讲稿第二十一页，共四十页3.电源与负载的判别电源与负载的判别 方法一：方法一：由电压电流的由电压电流的实际方向判别实际方向判别（如图）（如图）电源电源：和的实际方向：和的实际方向相反相反，电流从电源，电流从电源“+”+”端流出，发出功率端流出，发出功率 负载：负载：和的实际方向和的实际方向相同相同，电流从电源，电流从电源“+”+”端流入，取用功率端流入，取用功率IUROERdc+-ba+_本讲稿第二十二页，共四十页 方法二：方法二：由由 U、I 参考参考方向判别：方向判别：参考方向参考方向实际方向实际方向(1)(1)当当U U和和I I参考方向选择参考方向选择一致一致的前提下的前提下若若 P=UI 0“吸收功率吸收功率”（负载）（负载）aUb+_IR()当当U U和和I I参考方向选择参考方向选择不一致不一致的前提下的前提下若若 P=UI 0“发出功率发出功率”（电源）（电源）aIUb+-+_“吸收功率吸收功率”（负载）（负载）aUb+_IR若若 P=UI 0IUb+-+_若若 P=UI 0“发出功率发出功率”（电源）（电源）本讲稿第二十三页，共四十页4.额定值与实际值额定值与实际值 额定值概念：在实际电路中，电气设备的电压、电流额定值概念：在实际电路中，电气设备的电压、电流都有一个额定值，它是制造厂家综合考虑了用电设备的都有一个额定值，它是制造厂家综合考虑了用电设备的工作能力、运行性能、经济性、可靠性及其使用寿命等工作能力、运行性能、经济性、可靠性及其使用寿命等命等因素制定的。电路中通常以命等因素制定的。电路中通常以UN、IN、PN表示。表示。在使用时，电压、电流、功率的实际值不一定等于它在使用时，电压、电流、功率的实际值不一定等于它们的额定值。们的额定值。本讲稿第二十四页，共四十页1.5.2.电源开路（开关断开电源开路（开关断开）I=0U=U0=EP=0 IUROERdc+-ba+_PE=0，P=0开路电压开路电压本讲稿第二十五页，共四十页1.5.3.电源短路电源短路 U=0I=IS=E/R0P=0 PE=P=R0I2,IUROERdc+-ba+_短路电流短路电流本讲稿第二十六页，共四十页1.6 克希荷夫定律（克氏定律）克希荷夫定律（克氏定律）名词注释：名词注释：节点：节点：三个或三个以上支路的联结点三个或三个以上支路的联结点支路：支路：电路中每一个分支电路中每一个分支回路：回路：电路中任一闭合路径电路中任一闭合路径克希荷夫克希荷夫电流定律电流定律应用于应用于结点结点，克希荷夫克希荷夫电压定律电压定律应用于应用于回路回路本讲稿第二十七页，共四十页支路：支路：ab、ad、.（共（共6条）条）回路：回路：abda、bcdb、.（共（共7 个）个）节点：节点：a、b、c、d (共共4个）个）例例I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-本讲稿第二十八页，共四十页1.6.1 克氏电流定律（克氏电流定律（KCL方程）方程）对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流等于由节点对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流等于由节点流出的电流。或者说，在任一瞬间，一个节点上电流的代流出的电流。或者说，在任一瞬间，一个节点上电流的代数和为数和为 0。克氏电流定律的克氏电流定律的依据依据：电流的连续性：电流的连续性 I=0即：即：I1I2I3I4例例或或：本讲稿第二十九页，共四十页电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。闭合面；闭合面；I1+I2=I3 例例I=0克氏电流定律的扩展克氏电流定律的扩展I=?E2E3E1+_RR1R+_+_R例例I1I2I3ABCI4I5I6A:I1=I4+I6B:I2+I4=I5C:I5+I6=I3本讲稿第三十页，共四十页1.6.2克氏电压定律（克氏电压定律（KVL方程）方程）对电路中的任一回路，沿任意循行方向转一周，其电位升对电路中的任一回路，沿任意循行方向转一周，其电位升等于电位降。或，电压的代数和为等于电位降。或，电压的代数和为 0。例如：例如：回路回路 a-d-c-a电位升电位升电位降电位降即：即：或：或：I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-本讲稿第三十一页，共四十页电位升电位升电位降电位降E+_RabUabI克氏电压定律也适合开口电路。克氏电压定律也适合开口电路。例例+_本讲稿第三十二页，共四十页节点电位的概念节点电位的概念：Va=5V a 点电位：点电位：ab1 5Aab1 5AVb=-5V b 点电位：点电位：在电路中任选一节点，设其电位为零（用在电路中任选一节点，设其电位为零（用此点称为参考点。其它各节点对参考点的电压，便是此点称为参考点。其它各节点对参考点的电压，便是该节点的电位。记为：该节点的电位。记为：“VX”（注意：电位为单下标）。（注意：电位为单下标）。标记），标记），1.71.7电路中电位的概念及计算电路中电位的概念及计算电压的概念电压的概念：两点间的电压就是两点的：两点间的电压就是两点的电位差电位差本讲稿第三十三页，共四十页 某点某点电位值是相对的电位值是相对的，参考点选得不同，电路，参考点选得不同，电路中其它各点的电位也将随之改变；中其它各点的电位也将随之改变；电路中两点间的电路中两点间的电压值是固定的电压值是固定的，不会因参考，不会因参考点的不同而改变。点的不同而改变。注意：电位和电压的区别注意：电位和电压的区别本讲稿第三十四页，共四十页E1=140V+_E2=90V+_20 5 6 4A6A10AcbdaUab=6 10=60VUca=20 4=80VUda=5 6=30VUcb=140VUdb=90V以以a电为参考点电为参考点Vv-Va=Uba Vb=Uba=-60VVc-Va=Uca Vc=Uca=+80VVd-Va=Uda Vd=Uda=+30V例例本讲稿第三十五页，共四十页E1=140V+_E2=90V+_20 5 6 4A6A10Acbda以以b电为参考点电为参考点 Va=Uab=60V Vc=Ucb=140V Vd=Udb=90V以以a电为参考点电为参考点Vb=Uba=60VVc=Uca=80VVd=Uda=30V本讲稿第三十六页，共四十页电位在电路中的表示法电位在电路中的表示法E1+_E2+_R1R2R3R1R2R3+E1-E2本讲稿第三十七页，共四十页R1R2+15V-15V 参考电位在哪里参考电位在哪里？R1R215V+-15V+-本讲稿第三十八页，共四十页 （1）电路中某一点的电位等于该点与参考点）电路中某一点的电位等于该点与参考点（电位为零）之间的电压；（电位为零）之间的电压；（2）参考点选的不同，电路中各点的电）参考点选的不同，电路中各点的电位值随着改变，但是任意两点间的电压值是位值随着改变，但是任意两点间的电压值是不变的。所以各点电位的高低是相对的，而不变的。所以各点电位的高低是相对的，而两点间的电压是绝对的两点间的电压是绝对的电位小结电位小结本讲稿第三十九页，共四十页第一章结 束本讲稿第四十页，共四十页