第一章、电路的基本概念与基本定律

1、前前 言言电工技术电工技术电路的基本概念与基本定律电路的基本概念与基本定律一一 电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分 1 1、电路、电路 电路是电流的通路，是为了某种需要由电工设电路是电流的通路，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的。备或电路元件按一定方式组合而成的。 （1 1）电路的组成：电工设备或电路元件）电路的组成：电工设备或电路元件 （2 2）电路的作用：完成某种需要）电路的作用：完成某种需要2 2、电路的组成、电路的组成 电路的组成：电路是由电源（信号源）、负载、中间电路的组成：电路是由电源（信号源）、负载、中间环节三部分组成。环节三部分组成。 电源：是指电路中

2、供给电能的装置。电源：是指电路中供给电能的装置。 电源的作用是将其它形式的能量转换为电能。电源的作用是将其它形式的能量转换为电能。 负载：是指用电设备。负载：是指用电设备。 负载的作用是将电能转换为其他形式的能量。负载的作用是将电能转换为其他形式的能量。中间环节：是连接电源和负载的部分。用来传输、中间环节：是连接电源和负载的部分。用来传输、分配、控制电能。分配、控制电能。 一一 电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分 3 3、电路的作用、电路的作用（1 1）、用来传递或转换电能。）、用来传递或转换电能。 （2 2）、用来实现信息的传递和处理。）、用来实现信息的传递和处理。二二 电路模型电路模

3、型1 1、实际电路、实际电路 实际电路是由实际电路元件或器件组成的电路。实际电路是由实际电路元件或器件组成的电路。 2 2、理想电路元件、理想电路元件 在一定条件下，突出元件主要的电磁性质，忽略在一定条件下，突出元件主要的电磁性质，忽略其次要因素，把它近似地看作理想电路元件。其次要因素，把它近似地看作理想电路元件。 3 3、电路模型、电路模型 在一定条件下，用足以反映其电磁性质的理想电在一定条件下，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相对应的电路模型。与实际电路相对应的电路模型。 4 4、常用的理想电

4、路元件、常用的理想电路元件 、理想电压源（又称恒压源）、理想电压源（又称恒压源） 理想电压源是一种能够独立向电路提供电压的电源。理想电压源是一种能够独立向电路提供电压的电源。 理想电压源的符号：理想电压源的符号： +-US 理想电压源有两个基本性质：理想电压源有两个基本性质： 二是流过理想电压源的电流由外电路决定。二是流过理想电压源的电流由外电路决定。 一是理想电压源两端的电压与流过理想电压源的电一是理想电压源两端的电压与流过理想电压源的电流无关；流无关；、理想电流源（恒流源）、理想电流源（恒流源）理想电流源是一种能够独立向电路提供电流的电源。理想电流源是一种能够独立向电路提供电流的电源。 理

5、想电流源的符号：理想电流源的符号： I IS S 理想电流源有两个基本性质：理想电流源有两个基本性质： 二是理想电流源二是理想电流源端电压取决于与理想电流源相连接端电压取决于与理想电流源相连接的外电路。的外电路。 一是理想电流源输出的电流与理想电流源的两端电一是理想电流源输出的电流与理想电流源的两端电压无关；压无关；、电阻、电阻电阻是导体对电流的阻碍作用。将电能转换为热能电阻是导体对电流的阻碍作用。将电能转换为热能的二端耗能元件。电阻的单位是欧姆（的二端耗能元件。电阻的单位是欧姆（）。）。 电阻的符号：电阻的符号：R R电阻元件电压与电流的关系：电阻元件电压与电流的关系：U=IRU=IR电阻的

6、定义：电阻的定义： SLR电阻导体的电阻率电阻导体的电阻率成正比，与导体的长度成正比，与导体的长度L L成正成正比，与导体的截面积成反比。即：比，与导体的截面积成反比。即：、电容、电容 电容是用来表征电路中存储电场能量的理想元件。电容是用来表征电路中存储电场能量的理想元件。电容的单位是法拉（电容的单位是法拉（F F）。）。电容的符号：电容的符号： C C电容与极板上存储的电荷电容与极板上存储的电荷q q成正比，与电容两端的成正比，与电容两端的电压电压u u成反比。即：成反比。即：UqC电容的定义电容的定义电容元件电压与电流的关系：电容元件电压与电流的关系： dtduCi 电感电感 电感是表征电

7、路中存储磁场能量的理想元件。电感电感是表征电路中存储磁场能量的理想元件。电感的单位是亨利（的单位是亨利（H H）。）。 电感的符号：电感的符号： 电感与电感线圈的匝数（电感与电感线圈的匝数（N N）成正比，与电感线圈产）成正比，与电感线圈产生的磁通（生的磁通（）成正比，与流过电感的电流（）成正比，与流过电感的电流（i i）成）成反比。即：反比。即： iNL电感元件电压与电流的关系：电感元件电压与电流的关系： dtdiLu 电感的定义电感的定义 1 1、电压、电流的实际方向、电压、电流的实际方向规定正电荷移动的方向为电流的实际方向。规定正电荷移动的方向为电流的实际方向。（1 1）、电流的实际方向

8、）、电流的实际方向三、电压和电流的参考方向三、电压和电流的参考方向 （2 2）、电压的实际方向）、电压的实际方向规定由高电位端指向低电位端为电压的实际方向。规定由高电位端指向低电位端为电压的实际方向。2 2、参考方向的概念、参考方向的概念 三、电压和电流的参考方向三、电压和电流的参考方向 事先假定某一方向为电路中电流或电压的方向，这个事先假定某一方向为电路中电流或电压的方向，这个假设的方向称为电流或电压的参考方向。假设的方向称为电流或电压的参考方向。 如果计算结果为负，则实际的方向与参考方向相反。如果计算结果为负，则实际的方向与参考方向相反。 如果计算结果为正，则实际的方向与参考方向相同。如果

9、计算结果为正，则实际的方向与参考方向相同。3 3、参考方向的表示方法、参考方向的表示方法 （1 1）、电流参考方向的表示方法）、电流参考方向的表示方法 a a、用箭头来表示，箭头的方向为其参考方向；、用箭头来表示，箭头的方向为其参考方向； b b、用双下标表示，、用双下标表示， 三、电压和电流的参考方向三、电压和电流的参考方向 （2 2）、电压参考方向的表示方法）、电压参考方向的表示方法 a a、用极性、用极性“”、“”表示，参考方向由正指向负；表示，参考方向由正指向负； b b、用双下标表示，、用双下标表示， c c、用箭头表示。参考方向由高电位指向低电位。、用箭头表示。参考方向由高电位指向

10、低电位。 扩展说明：扩展说明：321)(uuuuuuba（2 2）电动势：靠外力（化学力、电磁力）电动势：靠外力（化学力、电磁力）对电荷做功，使电荷获得能量，这个能对电荷做功，使电荷获得能量，这个能量称为电动势。电动势只针对电源。量称为电动势。电动势只针对电源。电动势方向：电动势方向：（在电源内部）（在电源内部）低电位指低电位指向高电位。（与电压相反）向高电位。（与电压相反）（1 1）电路中两点间电压的计算）电路中两点间电压的计算( (也既两点间的电位差也既两点间的电位差) )： 为各元件上电压的代数和（为各元件上电压的代数和（ 降正升负）降正升负）三、电压和电流的参考方向三、电压和电流的参考

11、方向 例：已知：例：已知：E=2V, R=1E=2V, R=1问：当问：当UabUab分别为分别为3V3V和和1V1V时，时，求电阻电流求电阻电流I IR R= =？三、电压和电流的参考方向三、电压和电流的参考方向 4 4、 关联与非关联参考方向关联与非关联参考方向定义：如果指定流过元件的电流的参考方向与元件定义：如果指定流过元件的电流的参考方向与元件电压的参考方向一致，则这样设定的参考方向称为电压的参考方向一致，则这样设定的参考方向称为电流与电压是关联参考方向。电流与电压是关联参考方向。 否则为非关联参考否则为非关联参考方向。方向。关联参考方向关联参考方向 非关联参考方向非关联参考方向 三、

12、电压和电流的参考方向三、电压和电流的参考方向 四、欧姆定律四、欧姆定律 内容：导体中的电流内容：导体中的电流I I与加在导体两端的电压与加在导体两端的电压U U成正成正比，与导体的电阻比，与导体的电阻R R成反比。成反比。 1 1、关联参考方向：、关联参考方向： RIU 或表达式：RUI2 2、非关联参考方向：、非关联参考方向： RIU或表达式：RUI例：应用欧姆定律对下图的电路列出式子，并求电阻例：应用欧姆定律对下图的电路列出式子，并求电阻R R。四、欧姆定律四、欧姆定律 例：如图求例：如图求UabUab、UbcUbc、UcaUca。( (教材教材P14,P14,练习练习1.4.2)1.4.

13、2) 五、电源有载工作、开路与短路五、电源有载工作、开路与短路 1、内、外电路的概念、内、外电路的概念 电路可分为内电路和外电路。对于电源来说，电源内电路可分为内电路和外电路。对于电源来说，电源内部的电路称为内电路，电源以外的电路称为外电路。部的电路称为内电路，电源以外的电路称为外电路。 对闭合电路：对闭合电路：R0为电源内阻，虚线内的电路称为内电路。为电源内阻，虚线内的电路称为内电路。 RL为负载电阻，虚线外的电路称为外电路。为负载电阻，虚线外的电路称为外电路。2 2、电源有载工作、电源有载工作电源与负载连接，负载上有电流通过，就是电源有载工作。电源与负载连接，负载上有电流通过，就是电源有载

14、工作。 对于对于外电路：外电路： IRU 负载电压：0RREIL负载电流：（1）、电路分析）、电路分析 0RREIL输出电流：0IR-EU 输出电压：对于对于内电路：内电路： 五、电源有载工作、开路与短路五、电源有载工作、开路与短路 对于外电路：元件的电压与电流之间关系的曲线称为对于外电路：元件的电压与电流之间关系的曲线称为元件的伏安特性曲线。元件的伏安特性曲线。 对于内电路：电源的输出电压与电流之间关系的曲线对于内电路：电源的输出电压与电流之间关系的曲线称为电源的外特性曲线。称为电源的外特性曲线。 电源的外特性曲线电源的外特性曲线 元件的伏安特性曲线元件的伏安特性曲线 五、电源有载工作、开路

15、与短路五、电源有载工作、开路与短路 例：例： 。，。求：电流表读数为闭合时，断开、，闭合后电流表为，如图已知：021121RE1ASSA2S5 . 5R6 . 2R（2 2）、功率与功率平衡）、功率与功率平衡、功率的概念、功率的概念单位时间内电流所做的功称为电功率，简称功率，单位时间内电流所做的功称为电功率，简称功率，用符号用符号P P示。示。 dtdWp 即：、功率的计算、功率的计算 关联参考方向：则元件吸收的功率为关联参考方向：则元件吸收的功率为:P=UI:P=UI。非关联参考方向：则元件吸收的功率为非关联参考方向：则元件吸收的功率为:P=-UI:P=-UI。结论：若元件的电压与电流采用关

16、联参考方向，结论：若元件的电压与电流采用关联参考方向，若若P0,P0,P0,则表示元件吸收或消耗功率，即元件为负载性质。则表示元件吸收或消耗功率，即元件为负载性质。 例：求图示各元件的功率例：求图示各元件的功率 五、电源有载工作、开路与短路五、电源有载工作、开路与短路 五、电源有载工作、开路与短路五、电源有载工作、开路与短路 、功率平衡功率平衡功率平衡式：负载消耗的功率等于电源产生的功率减功率平衡式：负载消耗的功率等于电源产生的功率减去电源内阻损耗的功率。去电源内阻损耗的功率。 例：例： 6 . 0A5IV220U0201RR，在图示电路中，试求：试求：（1 1）电源的电动势）电源的电动势E

17、E1 1和和负载的反电动势负载的反电动势E E2 2； （2 2）试说明功率平衡。）试说明功率平衡。（3 3）、电源与负载的判别）、电源与负载的判别、根据电压与电流的实际方向判断、根据电压与电流的实际方向判断 电源：电流的实际方向从低电位流向高电位。电源：电流的实际方向从低电位流向高电位。 负载：电流的实际方向从高电位流向低电位。负载：电流的实际方向从高电位流向低电位。 例：教材例：教材P20P20练习练习1.5.41.5.4 是负载？。问哪个是电源？哪个，如图已知：A1-I220VU、根据功率判断：、根据功率判断：当当U U和和I I是关联方向时，是关联方向时，电源：电源：P PUIUI0

18、0 负载：负载：P PUIUI0 0。当当U U和和I I是非关联方向时，是非关联方向时，电源：电源：P P-UI0 -UI0-UI0。例：教材例：教材P20P20练习练习1.5.41.5.4 是负载？。问哪个是电源？哪个，如图已知：A1-I220VU五、电源有载工作、开路与短路五、电源有载工作、开路与短路 （4 4）、额定值与实际值）、额定值与实际值额定值：电器设备正常运行时的规定使用值。额定值：电器设备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：额定工作状态：额定工作状态：I=II=IN N，P=PP=PN N，经济、合理、安全、可靠经济、合理、安全、可靠过载（

19、超载）：过载（超载）：IIIIN N，PPPPN N，设备易损坏，设备易损坏欠载（轻载）：欠载（轻载）：IIIIN N，PPPPN N，不经济，不经济实际值：电器设备工作时的实际电压、电流等。实际值：电器设备工作时的实际电压、电流等。 五、电源有载工作、开路与短路五、电源有载工作、开路与短路 2 2、 电源开路（空载状态）电源开路（空载状态）电源与负载断开，负载中没有电流，称为电源开路。电源与负载断开，负载中没有电流，称为电源开路。 电源开路的特征：电源开路的特征： 负载电流：负载电流：I=0I=0。负载电压：负载电压：U=E=UU=E=UOCOC, ,称为开路电压称为开路电压U UOCOC。

20、负载功率：负载功率：P=0P=0。 电源未经负载而直接由导线接通成闭合回路。称为电源电源未经负载而直接由导线接通成闭合回路。称为电源短路。短路。 3 3、电源短路、电源短路电源短路的特征：电源短路的特征：负载功率负载功率 ：P=0P=0。负载电流：负载电流：I=II=IS S=E/R=E/R0 0。很大。很大。负载端电压：负载端电压：U=0U=0。电源内阻消耗的功率：电源内阻消耗的功率：P PE E= =P=IP=I2 2R R0 0，电源产生的电能全部被内阻消耗掉。电源产生的电能全部被内阻消耗掉。五、电源有载工作、开路与短路五、电源有载工作、开路与短路 例：如图电源的开路电压例：如图电源的开

21、路电压U U0 0为为230V230V，电源短路电流，电源短路电流I IS S为为1150A1150A，当负载电流，当负载电流I I为为50A50A时，求负载电阻时，求负载电阻R R。 教教材、（材、（P28P28、习题、习题1.5.21.5.2）1.1.几个名词几个名词电路中通过同一电流的每个分支。电路中通过同一电流的每个分支。或一段无分支的电路。或一段无分支的电路。 支路支路结点结点三条或三条以上支路的连接三条或三条以上支路的连接点称为结点。点称为结点。由支路构成的任意闭合路径。由支路构成的任意闭合路径。回路回路对平面电路，其内部不含任何支路的回对平面电路，其内部不含任何支路的回路称网孔。

22、路称网孔。网孔网孔六、基尔霍夫定律六、基尔霍夫定律 2 2、基尔霍夫电流定律、基尔霍夫电流定律KCLKCL 对任意节点，在任意时刻，流入该节点所有支路对任意节点，在任意时刻，流入该节点所有支路电流的代数和为零。（或：流入节点的电流等于流出电流的代数和为零。（或：流入节点的电流等于流出节点的电流）节点的电流） mbti10)(出入ii 或或表达形式：表达形式：六、基尔霍夫定律六、基尔霍夫定律 KCL可推广应用于电路中包围多个结点可推广应用于电路中包围多个结点的任一闭合面。的任一闭合面。说明KCL是电荷守恒和电流连续性原理在电路中是电荷守恒和电流连续性原理在电路中任意结点处的反应。任意结点处的反应

23、。KCL是对结点处支路电流加的约束，与支路是对结点处支路电流加的约束，与支路上接的是什么元件无关，与电路是线性还是上接的是什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关。非线性无关。KCL方程是按电流参考方向列写的，与电方程是按电流参考方向列写的，与电流实际方向无关。流实际方向无关。明确六、基尔霍夫定律六、基尔霍夫定律 mbtu10)(升降uu 或或标定各元件电压参考方向。标定各元件电压参考方向。 选定回路绕行方向，顺时针或逆时针。选定回路绕行方向，顺时针或逆时针。 任一时刻，任一时刻，任一回路，延任一绕行方向，所有任一回路，延任一绕行方向，所有支路电压的代数和恒等于零支路电压的代数和恒等于零。表达

24、形式表达形式注意注意2 2、基尔霍夫电压定律、基尔霍夫电压定律KVLKVL 六、基尔霍夫定律六、基尔霍夫定律 应用基尔霍夫电压定律，要事先完成两项工作应用基尔霍夫电压定律，要事先完成两项工作： KVL也适用于电路中任一假想的回路。也适用于电路中任一假想的回路。说明六、基尔霍夫定律六、基尔霍夫定律 KVL的实质反映了电路遵从能量守恒。的实质反映了电路遵从能量守恒。KVL是对回路中的支路电压加的约束，与回路是对回路中的支路电压加的约束，与回路各支路上接的是什么元件无关，与电路是线性各支路上接的是什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关。还是非线性无关。KVL方程是按电压参考方向列写的，与电压实方程

25、是按电压参考方向列写的，与电压实际方向无关。际方向无关。明确V5 ?uV10V20例例A3A2?i51433求电流求电流 i。例例求电压求电压 u。六、基尔霍夫定律六、基尔霍夫定律 +-4V5V1A+-u =?3+-4V5Vi =?3例例求电流求电流 i。例例求电压求电压 u。六、基尔霍夫定律六、基尔霍夫定律 例例求电流求电流 I。例例求电压求电压 U。4V+-10AU =?2+-3AI-10V10V+-1AI =?10I1六、基尔霍夫定律六、基尔霍夫定律 VUAB5VUBC4VUDA3CDUCAUDBU 例：如下图，已知例：如下图，已知求：求： 七、电路中电位的概念及计算七、电路中电位的概念

26、及计算 1 1、电位的概念、电位的概念电压是两点的电位差，电压是两点的电位差， 电位是该点相对于参考点的电压。电位是该点相对于参考点的电压。参考点是电位为零的点。称为参考电位。参考点是电位为零的点。称为参考电位。2 2、电位的计算、电位的计算 电路中某点的电位等于从该点开始沿任电路中某点的电位等于从该点开始沿任一路径到达参考点的电压降的代数和。一路径到达参考点的电压降的代数和。（降正升负）（降正升负） 321)(uuuuuuba一个电路只有一个参考点。一个电路只有一个参考点。七、电路中电位的概念及计算七、电路中电位的概念及计算 例如：在图示电路中，分别以例如：在图示电路中，分别以a a、b b为参考点求为参考点求 VaVa、VbVb、VcVc、VdVd各点的电位。各点的电位。 七、电路中电位的概念及计算七、电路中电位的概念及计算 结论：结论： （1 1）、电位值是相对的，参考点选取的不同，电）、电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中其它各点的电位也将随之