电路概念及定律

1、电路概念及定律第1页，共40页，2022年，5月20日，7点52分，星期五1.1 电路的作用与组成部分1.2 电路模型1.3 电压和电流的参考方向1.4 欧姆定律 1.5 电路有载工作、开路与短路 1.6 基尔霍夫定律 1.7 电路中电位的概念及计算 电路的基本概念和基本定律第一章第2页，共40页，2022年，5月20日，7点52分，星期五1.1 电路的作用与组成部分电路：就是电流所通过的路径。它是由电路元件按一定方式组合而成的。电路的作用： 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：发电机 电灯电动机 电炉 升压变压器 降压变压器 输电线 电源中间环节

2、 负载 电路的组成：电源、负载、中间环节三部分第3页，共40页，2022年，5月20日，7点52分，星期五电源：将非电能转换成电能的装置， 例如：发电机、干电池负载：将电能转换成非电能的装置， 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 配电能的作用。例如：输电线路发电机 电灯电动机 电炉 升压变压器 降压变压器 输电线 电源中间环节 负载 第4页，共40页，2022年，5月20日，7点52分，星期五举例：（电子电路，即信号电路）放大器 电源（信号源）中间环节 负载 电路的作用之二：传递和处理信号。第5页，共40页，2022年，5月20日，7点52分，星期五1.2 电路模

3、型电池灯泡负载电源理想电路元件：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 （模型化）。 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 际电路的电路模型。EIRU+_+_第6页，共40页，2022年，5月20日，7点52分，星期五1.3 电压和电流的参考方向电路的物理量电流电压电动势电池灯泡负载电源EIRU+_+_第7页，共40页，2022年，5月20日，7点52分，星期五电路中物理量的方向物理量的方向：实际方向参考方向实际方向： 物理中对电量规定的方向。参考方向： 在分析计算时，对电量人为规定的方向。第8页，共40页，2022

4、年，5月20日，7点52分，星期五物理量的实际方向第9页，共40页，2022年，5月20日，7点52分，星期五电路分析中的参考方向问题的提出：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？E1ABRE2IR+_+_第10页，共40页，2022年，5月20日，7点52分，星期五(1) 在解题前先设定一个方向，作为参考方向；解决方法(3) 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 系的代数表达式；第11页，共40页，2022年，5月20

5、日，7点52分，星期五例已知：E=2V, R=1问： 当U分别为 3V 和 1V 时，IR=?解：(1) 假定电路中物理量的参考方向如图所示；(2) 列电路方程：E IRRabU+_+_UR+_第12页，共40页，2022年，5月20日，7点52分，星期五(3) 数值计算（实际方向与参考方向一致）（实际方向与参考方向相反）E IRRURabU+_+_+_第13页，共40页，2022年，5月20日，7点52分，星期五(3) 为了避免列方程时出错，习惯上把 I 与 U 的方向 按相同方向假设。(1) “实际方向”是物理中规定的，而“参考方向”则 是人们在进行电路分析计算时, 任意假设的。 (2)

6、在以后的解题过程中，注意一定要先假定物理量 的参考方向，然后再列方程 计算。 缺少“参考方向”的物理量是无意义的. 提示第14页，共40页，2022年，5月20日，7点52分，星期五注意：用欧姆定律列方程时，一定要在 图中标明参考方向。欧姆定律1.41.内容：流过电阻R的电流与电阻两端的电压U成正比。2.表达式： I与 U的方向一致（1）RIU+ _第15页，共40页，2022年，5月20日，7点52分，星期五 I与 U 的方向不一致（2）（3）“+”“-”号的含义：式中“+”“-”号是对 电压电流参考方向是否一致而言；同时，I、U 本身数值也有“+”“-”号之分，是由物理量 所设参考方向与实

7、际方向是否一致决定。 RUI_+RUI+_第16页，共40页，2022年，5月20日，7点52分，星期五 广义欧姆定律 (支路中含有电动势时的欧姆定律)当 UabE 时， I 0 表明方向与图中参考方向一致当 UabE 时， I 0 表明方向与图中参考方向相反E+_baIUabR+_第17页，共40页，2022年，5月20日，7点52分，星期五3.电阻和电导的概念：电阻具有对电流起阻碍作用性质。单位电导单位S（西门子）4.使用范围：线性电阻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. 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U、I之间函数关系，表现

8、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。第18页，共40页，2022年，5月20日，7点52分，星期五5.伏安特性曲线：电路元件U、I之间函数关系，表现 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。I(A)U(V)0第19页，共40页，2022年，5月20日，7点52分，星期五1.5 电源有载工作、开路与短路 伏安特性IUE1.5.1 电源有载工作 （开关和上） 1. 电压与电流 关系 R0R时，UE IUROERdc+-ba+_R0R第20页，共40页，2022年，5月20日，7点52分，星期五单位：w、Kw 式中： PE=EI-是电源产生的功率 P=R0I2-是电源

9、内阻上所损耗的功率 P=UI-是电源输出的功率 2. 功率与功率平衡 IUROERdc+-ba+_第21页，共40页，2022年，5月20日，7点52分，星期五3. 电源与负载的判别 方法一： 由电压电流的实际方向判别（如图） 电源：和的实际方向相反，电流从电源“+”端流出，发出功率 负载：和的实际方向相同，电流从电源“+”端流入，取用功率IUROERdc+-ba+_第22页，共40页，2022年，5月20日，7点52分，星期五 方法二：由 U、 I 参考方向判别： 参考方向实际方向(1)当U和I参考方向选择一致的前提下若 P = UI 0“吸收功率” （负载）aUb+_IR()当U和I参考方

10、向选择不一致的前提下若 P = UI 0“发出功率” （电源）aIUb+-+_“吸收功率” （负载）aUb+_IR若 P = UI 0IUb+-+_若 P = UI 0“发出功率” （电源）第23页，共40页，2022年，5月20日，7点52分，星期五4. 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命等因素制定的。电路中通常以UN、IN、PN表示。 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。第24页，共40页，2022年，5月20日，7点52分，星期五1.5.2.

11、 电源开路（开关断开） I=0U=U0=EP=0 IUROERdc+-ba+_PE=0 ， P=0开路电压第25页，共40页，2022年，5月20日，7点52分，星期五1.5.3. 电源短路 U=0I=IS=E/R0P=0 PE=P=R0I2, IUROERdc+-ba+_短路电流第26页，共40页，2022年，5月20日，7点52分，星期五1.6 克希荷夫定律（克氏定律）名词注释：节点：三个或三个以上支路的联结点支路：电路中每一个分支回路：电路中任一闭合路径克希荷夫电流定律应用于结点，克希荷夫电压定律应用于回路第27页，共40页，2022年，5月20日，7点52分，星期五支路：ab、ad、

12、. （共6条）回路：abda、 bcdb、 . （共7 个）节点：a 、 b、c 、d (共4个）例I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-第28页，共40页，2022年，5月20日，7点52分，星期五1.6.1 克氏电流定律（KCL方程） 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数和为 0。 克氏电流定律的依据：电流的连续性 I =0即：I1I2I3I4例或：第29页，共40页，2022年，5月20日，7点52分，星期五电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。闭合面；I1 +I2=I3 例I=0克氏电流定

13、律的扩展I=?E2E3E1+_RR1R+_+_R例I1I2I3ABCI4I5I6A: I1 =I4+I6B: I2 +I4=I5C: I3=I6 +I5 第30页，共40页，2022年，5月20日，7点52分，星期五克氏电压定律（KVL方程） 对电路中的任一回路，沿任意循行方向转一周，其电位升等于电位降。或，电压的代数和为 0。例如： 回路 a-d-c-a电位升电位降即：或：I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-第31页，共40页，2022年，5月20日，7点52分，星期五电位升电位降E+_RabUabI克氏电压定律也适合开口电路。例+_第32页，共40页，2

14、022年，5月20日，7点52分，星期五节点电位的概念：Va = 5V a 点电位：ab15Aab15AVb = -5V b 点电位：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，便是该节点的电位。记为：“VX”（注意：电位为单下标）。标记），1.7电路中电位的概念及计算电压的概念：两点间的电压就是两点的电位差第33页，共40页，2022年，5月20日，7点52分，星期五 某点电位值是相对的，参考点选得不同，电路中其它各点的电位也将随之改变； 电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考点的不同而改变。注意：电位和电压的区别第34页，共40页，2022年，5月20日

15、，7点52分，星期五E1=140V+_E2=90V+_20564A6A10AcbdaUab=610=60VUca=204=80VUda=56=30VUcb=140VUdb=90V以a电为参考点Vv-Va=Uba Vb=Uba=-60VVc-Va=Uca Vc=Uca=+80VVd-Va=Uda Vd=Uda=+30V例第35页，共40页，2022年，5月20日，7点52分，星期五E1=140V+_E2=90V+_20564A6A10Acbda以b电为参考点 Va=Uab=60V Vc=Ucb=140V Vd=Udb=90V以a电为参考点Vb=Uba=60VVc=Uca=80VVd=Uda=30V第36页，共40页，2022年，5月20日，7点52分，星期五电位在电路中的表示法E1+_E2+_R1R2R3R1R2R3+E1-E2第37页，共40页，2022年，5月20日，7点52分，星