chapter电路的基本概念与基本定律解析实用.pptx
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1、本章要求本章要求:1.1.理解电压与电流参考方向的意义;理解电压与电流参考方向的意义;2.2.理解电路的基本定律并能正确应用;理解电路的基本定律并能正确应用;3.3.了解电源的有载工作、开路与短路状态,了解电源的有载工作、开路与短路状态,理解电功率和额定值的意义;理解电功率和额定值的意义;4.4.会计算电路中各点的电位。会计算电路中各点的电位。第第1章章 电路的基本概念与基本定律电路的基本概念与基本定律(Base Concept and Laws of Circuit)第1页/共60页 P30:1.5.9 1.5.11 1.6.4 1.7.3 1.7.6 本章作业(第七版)本章作业(第七版)第
2、2页/共60页1.1 电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分 (1)(1)实现电能的传输、分配与转换实现电能的传输、分配与转换 (2)(2)实现信号的传递与处理实现信号的传递与处理放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒1.1.电路的作用电路的作用 电路Circuit是电流的通路,是为了某种需要由电工设备或电路元件按一定方式组合而成。发电机发电机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机电炉电炉.输电线输电线第3页/共60页2.2.电路的电路的组成部分组成部分负载:取用电能的装置中间环节:传递、分配和控制电能的作用发电机发电机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电
3、动机电炉电炉.输电线输电线电源:提供电能的装置sourcelode第4页/共60页直流电源直流电源直流电源直流电源直流电源:提供能源信号处理:放大、调谐、检波等负载信号源:提供信息2.2.电路的电路的组成部分组成部分放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒 电源或信号源的电压或电流称为激励(excitation),它推动电路工作;由激励在电路各部分所产生的电压和电流称为响应(response)。Signle source第5页/共60页1.2 电路模型电路模型 (circuit model)手电筒的电路模型 为了便于用数学方法分析电路,一般要将实际电路为了便于用数学方法分析电路,一般要将实际电路模型化
4、,用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其模型化,用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电路中的器件,从而构成与实际电路组合来模拟实际电路中的器件,从而构成与实际电路相对应的电路模型。相对应的电路模型。例:手电筒例:手电筒R+RoES+UI电池电池导线导线灯泡开关开关 手电筒由电池、灯手电筒由电池、灯泡、开关和筒体组成。泡、开关和筒体组成。理想电路元件主要有理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。电容元件和电源元件等。switch第6页/共60页手电筒的电路模型手电筒的电路模型R+RoES+UI电池电池导线导线灯泡开关开关 电池电池是电源元件
5、,其是电源元件,其参数为电动势参数为电动势 E 和内阻和内阻Ro;灯泡灯泡主要具有消耗电能主要具有消耗电能的性质,是电阻元件,其的性质,是电阻元件,其参数为电阻参数为电阻R;筒体筒体用来连接电池和灯用来连接电池和灯泡,其电阻忽略不计,认泡,其电阻忽略不计,认为是无电阻的理想导体。为是无电阻的理想导体。开关开关用来控制电路的通用来控制电路的通断。断。今后分析的都是指电今后分析的都是指电路模型,简称电路。在路模型,简称电路。在电路图中,各种电路元电路图中,各种电路元件都用规定的图形符号件都用规定的图形符号表示。表示。第7页/共60页1.3 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向 物理中对基本物理
6、量规定的方向物理中对基本物理量规定的方向1.1.电路基本物理量的实际方向电路基本物理量的实际方向物理量实 际 方 向电流 I正电荷运动的方向电动势E (电位升高的方向)电压 U(电位降低的方向)高电位 低电位 单 位kA、A、mA、A低电位 高电位kV、V、mV、VkV、V、mV、V第8页/共60页问题的提出: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?电流方向AB?电流方向BA?U1ABRU2IR第9页/共60页(2)(2)参考方向的表示方法参考方向的表示方法电流电流 Current:Uab 双下标电压电压 Voltage:(1)(1)参考方向参考方向IE+_ 在分析与计算电
7、路时,对电量任意假定的方向。Iab 双下标2.2.电路基本物理量的参考方向电路基本物理量的参考方向aRb箭箭 标标abRI正负极性正负极性+abU U+_polarityarrowdouble subscript(reference directionreference direction)第10页/共60页实际方向与参考方向一致,电流(或电压)值为正值;实际方向与参考方向相反,电流(或电压)值为负值。(3)(3)实际方向与实际方向与参考方向的关系参考方向的关系若 I=5A,则电流从 a 流向 b;例:例:若 I=5A,则电流从 b 流向 a。abRIabRU+若 U=5V,则电压的实际方向从
8、 a 指向 b;若 U=5V,则电压的实际方向从 b 指向 a。第11页/共60页(4)(4)关联与非关联的参考方向关联与非关联的参考方向 同一电路元件,如果规定电流(流过该电路元件的电流)与电压的参考方向一致,则称为关联的参考方向;否则为非关联的参考方向(电压电流参考方向相反)。IabRU+IbaR+U 电流与电压的参考方向一致,为关联的参考方向;电流与电压的参考方向不一致,为非关联的参考方向。注意:注意:在在在在参考方向选定后,参考方向选定后,参考方向选定后,参考方向选定后,电流(或电压)值电流(或电压)值电流(或电压)值电流(或电压)值才有才有才有才有正负之分。正负之分。正负之分。正负之
9、分。第12页/共60页欧姆定律:流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。或者表示为:欧姆定律的单位:在SI中,电阻为欧姆()或者为千欧(k)、兆欧(M)UIR1.4 欧姆定律欧姆定律(Ohm law)U=I R第13页/共60页1.4 欧姆定律欧姆定律 (Ohm law)U、I 参考方向相同时,U U、I I 参考方向相反时,参考方向相反时,RU+IRU+I 表达式中有两套正负号:表达式中有两套正负号:式前的正负号由式前的正负号由U、I 参考方向的关系确定;参考方向的关系确定;U、I 值本身的正负则说明各自实际方向与参考值本身的正负则说明各自实际方向与参考 方向之间的关系。方向之间的关系。通常在
10、电路图中取通常在电路图中取 U、I 参考方向相同(关联参参考方向相同(关联参考方向)。考方向)。U=IR U U=IRIR第14页/共60页解:对图(a)有,U=IR例例1:应用欧姆定律对下图电路列出式子,并求电阻应用欧姆定律对下图电路列出式子,并求电阻R。对图(b)有,U=IRRU6V+2AR+U6V I(a)(b)I2A第15页/共60页电路端电压与电流的关系称为伏安特性曲线。电路端电压与电流的关系称为伏安特性曲线。遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻,它表示该段遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻,它表示该段电路电压与电流的比值为常数。电路电压与电流的比值为常数。I/AU/Vo线性电阻的伏安特性线性
11、电阻的伏安特性线性电阻线性电阻(linear resistance)(linear resistance)的概念:的概念:线性电阻的伏安特性线性电阻的伏安特性曲线是一条过原点的直曲线是一条过原点的直线。线。(volt-ampere characteristic)(volt-ampere characteristic)非线性电阻见非线性电阻见2.9。第16页/共60页1.5 电源有载工作、开路与短路电源有载工作、开路与短路开关闭合,接通电源与负载开关闭合,接通电源与负载负载端电压负载端电压 U=IR 1.1.电压和电流电压和电流:1.5.1 电源有载工作IR0R EU I 电流的大小由负载决定。
12、在电源有内阻时,I U 。或 U=E IR0 当当 R R0 0R R 时,则时,则U U E E ,表明当负载变化时,表明当负载变化时,电源的端电压变化不大,即带负载能力强。电源的端电压变化不大,即带负载能力强。电源的外特性电源的外特性EUI0 如果不考虑电源的内阻,外特性为虚线所示。如果不考虑电源的内阻,外特性为虚线所示。第17页/共60页 开关闭合,接通开关闭合,接通电源与负载。电源与负载。负载端电压负载端电压U=IR1.5.1 电源有载工作 电流的大小由负载决定。在电源有内阻时,I U 。或 U=E IRoUI=EI IRoP=PE P负载取用功率电源产生功率内阻消耗功率 电源输出的功
13、率由负载决定。负载大小的概念负载大小的概念:负载增加指负载取用的负载增加指负载取用的电流和功率增加电流和功率增加(电压一定电压一定)。IR0R EU I2.2.功率与功率平衡功率与功率平衡第18页/共60页2.2.功率与功率平衡功率与功率平衡如果如果P 0,元件吸收功率,为,元件吸收功率,为负载负载;如果如果P 0,元件释放功率,为,元件释放功率,为电源电源。功率的计算:功率的计算:UI=EI IRoP=PE P负载取用功率电源产生功率内阻消耗功率 在一个电路中,电源产生的在一个电路中,电源产生的功率与负载取用的功率,以及内功率与负载取用的功率,以及内阻上所损耗的功率是相等的,称阻上所损耗的功
14、率是相等的,称为功率平衡。为功率平衡。(1)U、I 关联的关联的参考方向,参考方向,P=UI;IN+U(2)U、I 非关联的非关联的参考方向,参考方向,P=UI;第19页/共60页3.3.电源与负载的判别电源与负载的判别U、I 参考方向不同,参考方向不同,P=UI 0,电源电源;P=UI 0,负载负载。U、I 参考方向相同,参考方向相同,P=UI 0,负载负载;P=UI 0,电源电源。1)1)根据根据 U U、I I 的的实际方向判别实际方向判别2)2)根据根据 U U、I I 的的参考方向判别参考方向判别电源:U、I 实际方向相反,即电流从“+”+”端流出;(发出功率)负载:U、I 实际方向
15、相同,即电流从“-”端流出。(吸收功率)第20页/共60页例例2:在图示电路中,已知:在图示电路中,已知:I=2A,U1=10V,U2=6V,U3=4V,问哪些元件是电源?哪些元件是负,问哪些元件是电源?哪些元件是负载?载?=I U2=26=12W0=I U3=2(4)=8W0元件元件1为电源为电源=I U1=210=20W0解:解:元件元件1:P1元件元件2:P2元件元件2为负载为负载元件元件3:P3元件元件3为负载为负载213U2+U1U3I第21页/共60页例例3:在图示电路中,在图示电路中,US1、US2、I均为正值,问供均为正值,问供出功率的电源是哪个?出功率的电源是哪个?IR1US
16、1US2+R2解:电源解:电源US1的功率的功率PUS1=US1I 0发出功率发出功率电源电源US2的功率的功率PUS2=US2I 0吸收功率吸收功率电路中供出功率的电源是电路中供出功率的电源是US1第22页/共60页4.4.电气设备的额定值电气设备的额定值额定值额定值:电气设备在正常运行时的规定使用值电气设备在正常运行时的规定使用值电气设备的三种运行状态电气设备的三种运行状态欠载欠载(轻载轻载):I IN,P IN,P PN (设备易损坏设备易损坏)额定工作状态:额定工作状态:I=IN,P=PN (经济合理安全可靠经济合理安全可靠)(1)额定值反映电气设备的使用安全性;)额定值反映电气设备的
17、使用安全性;(2)额定值表示电气设备的使用能力。)额定值表示电气设备的使用能力。例:例:灯泡:灯泡:UN=220V,PN =60W电阻:电阻:RN=100 ,PN =1 W 实际当中,电气设备不一定工作在额定值。实际当中,电气设备不一定工作在额定值。第23页/共60页解解一个月的用电量一个月的用电量 :WPt0.06kW(330)(h)5.4kWh例例4:已知有一已知有一220V 60W的电灯,接在的电灯,接在220V的电源的电源上,求通过电灯的电流和电灯在上,求通过电灯的电流和电灯在220V电压下工作时电压下工作时电阻如每晚用电阻如每晚用3小时,问一个月消耗电能多少?小时,问一个月消耗电能多
18、少?第24页/共60页3.额定值为1W/100的碳膜电阻,在使用时电流和电压不得超过多大数值?练习与讨论:1.设电源的额定功率为125kW,端电压为220V,当只接上一个220V/60W的白炽灯时,白炽灯会不会被烧毁?2.在图示电路中,方框代表电源或负载。已知U=220V,I=1A,试问哪些方框是电源,哪些是负载?()()()()第25页/共60页4.图(a)是一电池电路,当U=3V,E=5V时,该电池作电源(供电)还是作负载(充电)用?图(b)所示也是一电池电路,当U=5V,E=3V时,则又如何?两图中,电流I是正值还是负值?5.有一台直流发电机,其铭牌上标有40kW/230V/174A。试
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