第01章电路的基本概念与基本定律(3h)

1、下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出第一章电路的基本概念和基本定律中国矿业大学研制中国矿业大学研制西南大学改编西南大学改编下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒 电路是电路是电流电流的通路的通路，是为了某种需要由电工设，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。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.输电线输电线下一页下一页章目录章目录返回返回

2、上一页上一页退出退出电源电源: 提供提供电能的装置电能的装置负载负载: 取用取用电能的装置电能的装置中间环节：中间环节：传递、分传递、分配和控制电能的作用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动机电炉电炉.输电线输电线下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出直流电源直流电源: 提供能源提供能源负载负载信号源信号源: 提供信息提供信息放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒信号处理：信号处理：放大、调谐、检波等放大、调谐、检波等下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 3 电路分析电路分析 在已知电路的结构和元件参数的条件下，对给在

3、已知电路的结构和元件参数的条件下，对给定激励求电路的响应，称定激励求电路的响应，称电路分析电路分析。(1)电源或信号源的电压或电流称为电源或信号源的电压或电流称为激励激励，它，它推动电路工作；推动电路工作；(2)由于激励在电路各部分产生的电压和电流由于激励在电路各部分产生的电压和电流称为称为响应响应。电路电路激励激励响应响应下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出手电筒的电路模型手电筒的电路模型 为了便于用数学方法分析电路为了便于用数学方法分析电路, 一般要将一般要将实际电实际电路路模型化，用足以反映其电磁性质的模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件理想电路元件或或其组合来模拟

4、实际电路中的器件，从而构成与实际电其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路相对应的电路模型电路模型。 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。 理想电路元件理想电路元件主要有主要有电阻元件、电感元件、电电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。容元件和电源元件等。+R0R开关开关EI电珠电珠+U干电池干电池 导线导线下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 电池电池是电源元件，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，的性质，是电阻元件，其参数为电阻

5、其参数为电阻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断。用来控制电路的通断。+R0R开关开关EI电珠电珠+U干电池干电池 导线导线下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出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。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出物理量物理量实实 际际 方

6、方 向向电流电流 I正电荷运动的方向正电荷运动的方向电动势电动势E ( (电位升高的方向电位升高的方向) ) 电压电压 U( (电位降低的方向电位降低的方向) )高电位高电位 低电位低电位 单单 位位kA 、A、mA、A低电位低电位 高电位高电位kV 、V、mV、VkV 、V、mV、Vdtdqi babadWEdqababdWUdq下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出(1)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+_

7、+_下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出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；下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出电流：电流：Uab 双下标双下标电压：电压：

8、Iab 双下标双下标箭箭 标标abRI正负极性正负极性+abU注意：注意： 在参考方向选定后在参考方向选定后,电流电流(或电压或电压)值才有正负之分。值才有正负之分。 实际方向与参考方向实际方向与参考方向一致一致，电流，电流(或电压或电压)值为值为正值正值；实际方向与参考方向实际方向与参考方向相反相反，电流，电流(或电压或电压)值为值为负值负值。箭箭 标标abRU下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出I = 0.28A I = 0.28A 电动势电动势为为E =3V方向由负极方向由负极指向正极指向正极 ；U+R0E3VU +例例: 电路如图所示。电路如图所示。 电流电流I的参考方

9、向与的参考方向与实际方向相同，实际方向相同，I=0.28A,由由 流向流向,反之亦然。反之亦然。 电压电压U 的参考方向与实际的参考方向与实际方向相反方向相反, U = 2.8V;即即: U = U 电压电压U的参考方向与实际的参考方向与实际方向相同方向相同, U = 2.8V, 方向由方向由 指向指向；2.8V 2.8V下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出3) 为了避免列方程时出错，为了避免列方程时出错，习惯上习惯上把同一元件或支路把同一元件或支路 I 与与 U 的参考方向按相同方向假设。的参考方向按相同方向假设。(关联方向关联方向)1) “实际方向实际方向”是物理中规定的，

10、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. 注意注意下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出U、I 参考方向相同时参考方向相同时RU+IRU+I 表达式中有两套正负号：表达式中有两套正负号：(1) 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； (2)

11、 U、I 值本身的正负则说明实际方向与参考方向值本身的正负则说明实际方向与参考方向 之间的关系。之间的关系。 通常取通常取 U、I 参考方向相同。参考方向相同。U = I R 欧姆定律欧姆定律注意：注意：用用欧姆定律列方欧姆定律列方程时，一定要在图中程时，一定要在图中标标明参考方向明参考方向。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 解解: 对图对图(a)有有, U = IR 例例: 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。对图对图(b)有有, U = IR326 : IUR所以所以326: IUR所以所以RU6V+2AR+U6V I(a

12、)(b)I2A电流的参考方向电流的参考方向与实际方向相反与实际方向相反电压与电流参电压与电流参考方向相反考方向相反注意：注意：解题时，解题时，先列表达式，先列表达式，再代入数据进再代入数据进行计算行计算。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 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。常数常数即：即： IUR RUItg1I/AU/Vo线性电阻的伏安特性线性电阻的伏安特性下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出第第1讲结束讲结束(20150925)习题习题： 1.查询电工

13、发展简史。查询电工发展简史。 2.看书预习第看书预习第1章其余部分！章其余部分！下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出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开关闭合, 接通电源与负载接通电源与负载RREI 0负载端电压负载端电压U = IR 1. 电压电流关系电压电流关系(1) 电流的大小由负载电流的大小由负载R决定。决定。 (2) 在电源有内阻时，在电源有内阻时，I U 。或或 U = E IR0电源的外特性电源的外特性EUI0R0ER+IU下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出由由 U = E IRo得得UI = EI I2Ro即即P

14、= PE P负载负载取用取用功率功率电源电源产生产生功率功率内阻内阻消耗消耗功率功率(3) 电源输出的功率由负载决定。电源输出的功率由负载决定。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)。R0ER+I 2. 功率与功率平衡功率与功率平衡Uuitqqwtwpdddddd功率功率(power)的单位：的单位：W( (瓦瓦)()(Watt) )能量能量(energy)的单位：的单位：J (焦焦) (Joule)下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 U、I 参考方向不同，参考方向不同，P发发 = UI 0，电

15、源电源； P发发= UI 0，负载负载。U、I 参考方向相同，参考方向相同，P吸吸 = UI 0，负载负载； P吸吸= UI 0，电源电源。 电源：电源： U、I 实际方向相反，即电流从实际方向相反，即电流从“+”+”端流出，端流出， （发出功率）（发出功率） 负载：负载： U、I 实际方向相同，即电流从实际方向相同，即电流从“- -”端流出。端流出。 （吸收功率）（吸收功率）下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出例例: 已知已知:电路中电路中U=220V，I=5A，内阻，内阻R01= R02= 0.6 。求求: (1) 电源的电动势电源的电动势E1和负载的反电动势和负载的反电动

16、势E2 ； (2) 说明功率的平衡关系。说明功率的平衡关系。R01E1UI+R02E2+解：解：(1) 对于电源对于电源 U= E1- U1= E1-IR01 即即 E1= U +IR01 = 220+5 0.6=223V U= E2+ U2= E2+IR02 即即 E2= U -IR02 = 220-5 0.6 = 217V(2)由上面可得，由上面可得，E1=E2 +IR01+IR02 等号两边同时乘以等号两边同时乘以 I，则得，则得 E1 I =E2 I +I2R01+I2R02代入数据有代入数据有 223 5=217 5+52 0.6+ 5+52 0.6 1115W=1085W+15W+

17、15W。 发出功率发出功率=吸收功率吸收功率+U2+U1PE1发发 = U1I 0，电源电源PE2吸吸 = U2I 0，负载负载下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 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 (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：一只一只220V, 60W的白炽灯的白炽灯, 接在接在220V的电源的电源上，试求通过电灯的电流和电灯在上，试求通过电灯的电流和电灯在220V电压下工作电压下工作时的电阻。如果每晚工作

18、时的电阻。如果每晚工作3h(小时小时)，问一个月消耗，问一个月消耗多少电能多少电能? 注意：注意：电气设备工作时的实际值不一定都等于其电气设备工作时的实际值不一定都等于其额定值，要能够加以区别。额定值，要能够加以区别。A0.273A22060 UPI解解: 通过电灯的电流为通过电灯的电流为下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出： I IN ，P IN ，P PN 额定工作状态：额定工作状态： I = IN ，P = PN 在在220V电压下工作时的电阻电压下工作时的电阻 0680.273220IUR一个月用电一个月用电W = Pt = 60W (3 30) h = 0.06kW

19、90h = 5.4kW. h0686022022PUR或220V, 60W下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出特征特征: 开关开关 断开断开I = 0电源端电压电源端电压 ( 开路电压开路电压 )负载功率负载功率U = U0 = EP = 0(1) 开路处的电流等于零；开路处的电流等于零； I = 0(2) 开路处的电压开路处的电压 U 视电路情况而定。视电路情况而定。电路中某处断开时的特征电路中某处断开时的特征: :I+U有有源源电电路路IRoR EU0 下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出电源外部端子被短接电源外部端子被短接 特征特征:0SREII U =

20、0 PE = P = IR0P = 0(1)短路处的电压等于零；短路处的电压等于零； U = 0(2)短路处的电流短路处的电流 I 视电路情况而定。视电路情况而定。I+U有有源源电电路路IRRo E下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出支路支路(branch) ：电路中的每一个分支。电路中的每一个分支。一条支路一条支路 流过一个电流，称为支路电流，流过一个电流，称为支路电流，如如I1、I2、I3 。(node) 三条或三条以上支路的联接点，如三条或三条以上支路的联接点，如a、b。(loop) 由支路组成的闭合路径，如由支路组成的闭合路径，如l1、l2、l3。(mesh) 内部不含

21、支路的回路内部不含支路的回路, ,如如l1、l2。I1I2I3l1l2 2l3 3 E2R2 R3R1E1ab下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出adbcE+GR3R4R2I2I4IGI1I3IR1下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 在任一瞬间，流向任一结点的电流等于在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结点的电流。流出该结点的电流。 实质实质: 或或: = 0对结点对结点 a： I1+I2 = I3或或 I1+I2I3= 0ba E2R2 R3R1E1I1I2I3下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出I =?例例:I = 0IA + IB +

22、 IC = 0广义结点广义结点IAIBICAIBCIABACBIC2 +_+_I5 1 1 5 6V12V下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出思考：思考：I=?1.2. IAB = 0? I3 =I4 ?3. IAB = 0? AB+_1111113+_23.I4 I3A B +_1111113+_22.I2 I1I1 =I2 ? I1 =I2=1A IAB = 0IAB = 0I3 =I4 只有一条支路只有一条支路相连，则相连，则 I=0。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出即：即： U = 0 在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行一在任一瞬间，从回路中

23、任一点出发，沿回路循行一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。对回路对回路l1：对回路对回路l2： E1 = I1 R1 +I3 R3I2 R2+I3 R3=E2或或 I1 R1 +I3 R3 E1 = 0 或或 I2 R2+I3 R3 E2 = 0 l1l2I1I2I3ba E2R2 R3R1E1下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出1列方程前列方程前标注标注回路循行方向；回路循行方向； U = 0 I2R2 E2 + UBE = 02应用应用 U = 0项前符号的确定：项前符号的确定： 3. 开口电压可按回路处理开口电压可按回

24、路处理 注意：注意：l1 1对回路对回路l1：E1UBEE+B+R1+E2R2I2_下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出对网孔对网孔abda：对网孔对网孔acba：对网孔对网孔bcdb：R6I6 R6 I3 R3 +I1 R1 = 0I2 R2 I4 R4 I6 R6 = 0I4 R4 E + I3 R3 = 0对回路对回路 adbca，沿逆时针方向循行，沿逆时针方向循行： I1 R1 + I3 R3 + I4 R4 I2 R2 = 0应用应用 U = 0列方程列方程对回路对回路 cadc，沿逆时针方向循行，沿逆时针方向循行： I2 R2 I1 R1 + E = 0adbcE+R3R4R1R2I2I4I6I1I3I下