周绍敏电工技术基础与技能——认识电路.pptx

1 1 认识电路教学难点：1了解电路的三种状态特点。2理解理想元件与电路模型、线性电阻与非线性电阻的概念。教学重点：1.了解电路的基本组成、电路的三种状态和额定电压、电流、功率等概念。2掌握电流、电功率、电能等基本概念。3掌握电阻定律、欧姆定律、焦耳定律，了解电阻与温度的关系。第1页/共35页序号内容 学时 1 绪论 1 2 第一节 电路 3 第二节 电流 4 第三节 电阻1 5 第四节 部分电路欧姆定律 6 第五节 电能和电功率1 7 单元小结 8 单元总学时3学时分配：第2页/共35页1 1认识电路1.1电路1.2电流1.3电阻1.4部分电路欧姆定律1.5电能和电功率单元小结第3页/共35页第一节电路第一节电路 一、电路的基本组成二、电路模型(电路图)第4页/共35页一、电路的基本组成动画 M1-1电路的状态1什么是电路电路是由各种元器件(或电工设备)按一定方式连接起来的总体，为电流的流通提供了路径。第5页/共35页2电路的基本组成电路的基本组成 电路的基本组成包括以下四个部分：(1)电源(供能元件)：为电路提供电能的设备和器件(如电池、发电机等)。图1-1简单的直流电路 第6页/共35页(2)负载(耗能元件):使用(消耗)电能的设备和器件(如灯泡等用电器)。控制电路工作状态的器件或设备(如开关等)。将电器设备和元器件按一定方式连接起来(如各种铜、铝电缆线等)。(3)控制器件：(4)连接导线：第7页/共35页3电路的状态电路的状态(1)通路(闭路)：电源与负载接通，电路中有电流通过，电气设备或元器件获得一定的电压和电功率，进行能量转换。(2)开路(断路)：电路断开，电路中没有电流通过，又称为空载状态。(3)短路(捷路)：电源两端或电路中某些部分被导线直接相连，输出电流过大对电源来说属于严重过载，如没有保护措施，电源或电器会被烧毁或发生火灾，所以通常要在电路或电气设备中安装熔断器、保险丝等保险装置，以避免发生短路时出现不良后果。第8页/共35页二、电路模型(电路图)图1-2手电筒的电路原图由理想元件构成的电路称为实际电路的电路模型，也称为实际电路的电路原理图，简称为电路图。例如手电筒的电路如图 1-2 所示。第9页/共35页理想元件 电路是由电特性相当复杂的器件组成的，为了便于使用数学方法对电路进行分析，可将电路实体中的各种电器设备和元器件用一些能够表征它们主要电磁特性的理想元件(模型)来代替，而对它的实际结构、材料、形状等非电磁特性不予考虑。第10页/共35页表 1-3常用理想元件及符号第11页/共35页第二节电流第二节电流 一、电流的基本概念二、直流电流三、交流电流第12页/共35页一、电流的基本概念 电路中电荷沿着导体的定向运动即形成电流，其方向规定为正电荷流动的方向(或负电荷流动的反方向)，其大小等于在单位时间内通过导体横截面的电荷量，电流用符号 I 或 i(t)表示，讨论一般电流时可用符号 i。第13页/共35页设在 t=t2t1 时间内，通过导体横截面的电荷量为 q=q2q1，则在 t 时间内的电流强度可用数学公式表示为式中，t 为很小的时间间隔，时间的国际单位制单位为 s(秒)，电荷量 q 的国际单位制为库仑(C)。电流 i(t)的国际单位制为A(安培)。常用的电流单位还有mA（毫安）、A（微安）、kA（千安）等，它们与安培的换算关系为1 mA=10-3A；1 A=10-6 A；1 kA=103 A第14页/共35页二、直流电流 如果电流的大小及方向都不随时间变化，即在单位时间内通过导体横截面的电荷量相等，则称之为稳恒电流或恒定电流，简称为直流(Direct Current)，记为 DC 或 dc，直流电流要用大写字母 I 表示。直流电流 I 与时间 t 的关系在 It 坐标系中为一条与时间轴平行的直线。第15页/共35页三、交流电流 如果电流的大小及方向均随时间变化，则称为变动电流。对电路分析来说，一种最为重要的变动电流是正弦交流电流，其大小及方向均随时间按正弦规律作周期性变化，将之简称为交流(Alternating Current)，记为 AC 或 ac，交流电流的瞬时值要用小写字母i 或 i(t)表示。第16页/共35页第三节电阻第三节电阻一、电阻元件 二、电阻与温度的关系第17页/共35页一、电阻元件电阻元件是对电流呈现阻碍作用的耗能元件，例如灯泡、电热炉等电器。电阻定律 制成电阻元件的材料电阻率，国际单位制单位为 m(欧米)；l 绕制成电阻的导线长度，国际单位制为m(米)；S 绕制成电阻的导线横截面积，国际单位制为 m2(平方米)；R 电阻值，国际单位制为(欧)。经常用的电阻单位还有k(千欧)、M(兆欧)1 k=103；1 M=106 第18页/共35页二、电阻与温度的关系 电阻元件的电阻值大小一般与温度有关，衡量电阻受温度影响大小的物理量是温度系数，其定义为温度每升高 1C 时电阻值发生变化的百分数。如果设任一电阻元件在温度 t1 时的电阻值为 R1，当温度升高到 t2 时电阻值为 R2，则该电阻在 t1 t2 温度范围内的(平均)温度系数为如果 R2 R1，则 0，将 R 称为正温度系数电阻，即电阻值随着温度的升高而增大；如果 R2 R1，则 0，将 R 称为负温度系数电阻，即电阻值随着温度的升高而减小。显然 的绝对值越大，表明电阻受温度的影响也越大。R2=R1 1 (t2t1)第19页/共35页第四节部分电路欧姆定律第四节部分电路欧姆定律一、欧姆定律二、线性电阻与非线性电阻第20页/共35页一、欧姆定律 电阻元件的伏安关系服从欧姆定律，即U=RI 或 I=U/R=GU其中 G=1/R，电阻 R 的倒数 G 称为电导，其国际单位制为西门子(S)。第21页/共35页二、线性电阻与非线性电阻电阻值 R 与通过它的电流 I 和两端电压 U 无关(即R=常数)的电阻元件称为线性电阻，其伏安特性曲线在 UI 平面坐标系中为一条通过原点的直线。电阻值 R 与通过它的电流 I 和两端电压 U 有关(即R 常数)的电阻元件称为非线性电阻，其伏安特性曲线在 UI平面坐标系中为一条通过原点的曲线。通常所说的“电阻”，如不作特殊说明，均指线性电阻。图1-3线性电阻的伏安特性曲线第22页/共35页第五节电能和电功率第五节电能和电功率一、电功率二、电能三、电气设备的额定值四、焦耳定律第23页/共35页一、电功率 电功率(简称功率)所表示的物理意义是电路元件或设备在单位时间内吸收或发出的电能能量。两端电压为 U、通过电流为 I 的任意二端元件(可推广到一般二端网络)的功率大小为P=UI 功率的国际单位制单位为 W(瓦特)，常用的单位还有mW(毫瓦)、kW(千瓦)，它们与 W 的换算关系是1 mW=103 W；1 kW=103 W第24页/共35页 吸收或发出：一个电路最终的目的是电源将一定的电功率传送给负载，负载将电能转换成工作所需要的一定形式的能量。即电路中存在发出功率的器件(供能元件)和吸收功率的器件(耗能元件)。习惯上，通常把耗能元件吸收的功率写成正数，把供能元件发出的功率写成负数，而储能元件(如理想电容、电感元件)既不吸收功率也不发出功率，即其功率 P=0。通常所说的功率 P 又称为有功功率或平均功率。第25页/共35页二、电能 电能是指在一定的时间内电路元件或设备吸收或发出的电能量，用符号W表示，其国际单位制为焦耳(J)，电能的计算公式为W=P t=U I t通常电能用kW h(千瓦时)来表示大小，也称为度(电)：1 度(电)=1 kW h=3.6 106 J即功率为 1 000 W 的供能或耗能元件，在 1 小时内所发出或吸收的电能量为 1 度。第26页/共35页【例1-1】有一功率为 60 W 的电灯，每天使用它照明的时间为 4 h(小时)，如果平均每月按 30 天计算，那么每月消耗的电能为多少度？合为多少 J?解：该电灯平均每月工作时间 t=4 30 h=120 h，则W=P t=60 120 W h=7200 W h=7.2 kW h即每月消耗的电能为 7.2 度，约合为3.6 106 7.2 J 2.6 107 J第27页/共35页 三、电气设备的额定值为了保证电气设备和电路元件能够长期安全地正常工作，都规定了额定电压、额定电流、额定功率等铭牌数据。额定电压电气设备或元器件所允许施加的最大电压。额定电流电气设备或元器件所允许通过的最大电流。额定功率在额定电压和额定电流下所消耗的功率，即允许消耗的最大功率。额定工作状态电气设备或元器件在额定功率下的工作状态，也称满载状态。轻载状态电气设备或元器件在低于额定功率下的工作状态，轻载时电气设备不能得到充分利用或根本无法正常工作。过载(超载)状态电气设备或元器件在高于额定功率下的工作状态，过载时电气设备很容易被烧坏或造成严重事故。轻载和过载都是不正常的工作状态，一般是不允许出现的。第28页/共35页四、焦耳定律 电流通过导体时产生的热量(焦耳热)为 Q=I2 R tI 通过导体的直流电流或交流电流的有效值，单位为 A。R 导体的电阻值，单位为。t 通过导体电流持续的时间，单位为 s。Q 热量单位为 J。第29页/共35页单元小结单元小结本单元介绍了电路的基本概念，内容包括：一、电路二、电流三、电阻四、电功率与电能第30页/共35页一、电路电路是由各种元器件(或电工设备)按一定方式连接起来的总体,为电流的流通提供了路径。电路的基本组成包括电源、负载、控制器件和连接导线等四个部分。电路有通路、开路、短路等三种状态。由理想元件构成的电路称为实际电路的电路模型，也称为实际电路的电路原理图，简称为电路图。第31页/共35页二、电流在电场力作用下，电路中电荷沿着导体的定向运动即形成电流，其方向规定为正电荷流动的方向(或负电荷流动的反方向)，其大小等于在单位时间内通过导体横截面的电荷量，称为电流。电流的大小及方向都不随时间变化，则称为直流电流。电流的大小及方向均随时间作周期性变化，则称为交流电流。第32页/共35页三、电阻1电阻元件是对电流呈现阻碍作用的耗能元件，电阻定律为电阻元件的电阻值一般与温度有关，衡量电阻受温度影响大小的物理量是温度系数，其定义为温度每升高 1C 时电阻值发生变化的百分数，即2电阻元件的伏安特性关系服从欧姆定律，即 U=RI 或 I=U/R=GU。其中，电阻 R 的倒数 G 称为电导，其国际单位制单位为S(西门子)。3电流通过导体时产生的热量为 Q=I2Rt (焦耳定律)。第33页/共35页四、电功率与电能 电功率是电路元件或设备在单位时间内吸收或发出的电能量，P=UI。电能是指在一定的时间内电路元件或设备吸收或发出的电能量，W=P t=UIt1度(电)=1 kW h=3.6 106 J为了保证电气设备和电路元件能够长期安全地正常工作，都规定了额定电压、额定电流、额定功率等铭牌数据。第34页/共35页谢谢您的观看！第35页/共35页