电路基本概念讲解

电路基本概念主讲人：**电路组成我们在分析研究问题时，常采用模型化的方法，研究电路问题也是如此，首先要建立电路模型，然后进行定量分析。本节我们主要讲解以下二个方面的内容：第一个方面：我们先了解一下电路的组成，电路由三个部分组成：（1）必须有能提供电能的能源（例如：我们大家都熟悉的电池）（2）用电装置，我们统称它为负载（例如：我们熟悉的灯炮）（3）联接电源与负载的导线电路模型第二个方面：我们既然已了解了电路的组成，让我们来瞧瞧电路模型的建立吧！（1）首先，我们应了解建立模型的依据：能量守恒定律。

能量守恒定律：它是指能量即不产生，也不消失，它只是从一种能量转化为另一种能量。（2）其次，实际电路的尺寸远小于给出电磁波的波长电路中的基本描述量——电流电流是指电荷做规则的定向运动。我们虽然看不见摸不着，但可以感觉到，例如：灯炮的亮灭。电流有大小之分：引入电流强度来描述它，把单位时间内通过导体横截面的电荷量定义为电流强度。

用I来表示电流则I=dQ/dt

电流的单位为安培（A），毫安（MA）、微安（UA），

它们的换算关系如下：1kA=10^3A

1mA=10^-3A

1uA=10^-6A

电路中的基本描述量——电流电流不仅有大小而且有方向，我们规定正电荷运动的方向为电流的实际方向。这是什么意思呢！

我们来看看下面的例子：

如图所示：

Iab＞0

Iba＜0

电流从高电位流向低电位；

可见电流不仅有大小，它还有方向。总结：电路中电流数值的正与负与参考方向密切相关，参考方向设的不同，计算的结果仅差一负号。

电路中的基本描述量——电压电压——两点之间的电位之差即是两点间的电压。从电场力作功概念定义，电压就是将单位正电荷从电路中的一点移到另一点电场力作功的大小。用数学表达式来表示就是

U=dW/dQ其中，dQ为从a点移到b点的电荷量，单位为库仑（C）；dW为转移电荷dQ所做的功，单位为焦耳（J）；电压的单位为伏特（V），也用千伏（KV）、毫伏（MV）、微伏（UV）关系如下：

1KV=10^3V

1V=10^3MV

1V=10^6UV

电路中的基本描述量——电压我们在分析电路问题时，经常会遇到电压的方向改变问题，给分析带来困难，这就要求我们规定电压参考方向，就是假定电压降低的方向。在电路图中用‘+’‘-’号标出电压的参考方向用，若Uab为正值则a点电位高于b点电位，反之Uab为负值,则b点电位高于a点电位。电路中某点的电位随参考点的变化而变化。总结：电路中某点电位数值随选参考点的不同而改变，但参考点一经选定，那么某点电位就是唯一确定的数值。电路中的基本描述量——电功率电功率——我们把做功的速率称作功率。（单位是瓦）首先，我们来看看它的定义式：Ｐ＝Ｗ÷ＴＷ代表Ｔ时间内电荷做的功；Ｔ是指时间。

下面，我们应先了解一下关联参考方向与非关联参考方向：

关联参考方向：（电路图如右）

＋──→─□───－（电压为U，电流为I，电阻为R）Ｐ＝Ｕ×Ｉ

（Ｐ＞０吸收能量Ｐ＜０释放能量）

非关联参考方向：（电路图如右）－──→─□───＋（电压为U，电流为I，电阻为R）Ｐ＝-Ｕ×Ｉ

（Ｐ＞０吸收能量Ｐ＜０释放能量）电路中的基本描述量——电功率如下图所示：R=6欧姆、电压1和2分别为12V和6V，求两个电压元件各自的功率？并判断吸收和释放分析：首先要求功率必须先求出电流，然后在利用公式P=UI来求解。

解：本题分两步来做：(1)先求出R两端电压设为Ur：Ur=12V-6V=6VI=6v÷6=1A(2)Pr=6V×1A=6W（吸收）；P1=-U×I=-12V×1A=-12W（释放）；P2=U×I=6×1=6W（吸收）

理想电器元件——理想电压源理想电压源——我们把不管外部电路如何，其端电压总能保持定值或一定的时间函数的电源定义为理想电压源，其模型如下图所示：

理想电压源的特点：⑴它的电压函数Us（t）是固定的，与外电路无关，它还不约束电流；⑵电流是取决于外电路；（是指流过电压源本身的电流）⑶伏安特性（VAR），如下图。

理想电器元件件——理想电流源理想电流源——我们把不管外外部电路如何何，其输出电电流总能保持持定值或一定定的时间函数数的电源定义义为理想电流流源，其模型型如下图所示示：箭头表示电流流的方向理想电流源的特点：⑴电流给定，，与外电路无无关；⑵电压由外电电路决定；⑶伏安特性（（VAR）如右图：说明：Is（t)=0电流源等效为为开路线（内内阻为无穷大大）理想电器元件件——理想电阻元件件理想电阻元件件——任意时刻T，对任何一个个二端元件，，其伏安关系系在U-I平面上是一条条曲线描述，，我们称该二二端元件为电电阻元件，我我们先来看看看它的模型。。我们来学习一一个定律：欧姆定律U（t）=R×I（t）电阻的单位位是欧姆；它它的倒数是电电导，公式G=1/RG的单位是西门门子理想电器元件件——理想电容元件件理想电容元件件——我们也称它是是一总记忆元元件，因为它它只具有贮藏藏电能的作用用，而不消耗耗电能，也不不贮藏磁能。。（符号C）电容器的模型型如右图：（图中用C表示电容）下面我们来看看看电压与电电流的关系：：微分关系：i（t）=CdU（t）/d（t）这个式子子表示电容上任意时时刻的电流i（t）正比于该时时刻电容上电电压的导数。理想电器元件件——理想电感元件件理想电感元件件——它具有贮藏磁磁场能的功能能；符号L。（单位H，亨利）关联参考方向向：U=L×dI/dt非关联参考方方向：U=-L×dI/dt基尔霍夫定律律1、支路——我们从三个方方面来说明它它：（1）每个元件就就是一条支路路，如图ab、bd；（2）串联的元件件我们视它为为一条支路，，如图aec；（3）流入等于流流出的电流的的支路。2、节点——我们也从三个个方面来说明明它：（1）支路与支路路的连接点；；（2）两条以上的的支路的连接接点，如图a，b，c，d；（3）广义节点（（任意闭合面面）。3、回路——我们从二个方方面来说明它它：（1）闭合的支路路，如abda，bcdb；（2）闭合节点的的集合。4、网孔——我们从二个方方面来说明它它：（1）其内部不包包含任何支路路的回路如abcea；（2）网孔一定是是回路，但回回路不一定是是网孔如abcda电流定律（KCL）电流定律（KCL）——它的内容是：：在电路中，任任意时刻流入入任意节点的的电流之和等等于流出该节节点的电流之之和举例说明：例：：如如上上图图所所示示，，两两个个电电阻阻都都为为3ΩΩ，电电源源为为3V，求求电电流流I=？分析析：：因因为为A点接接地地，，所所以以Ua=0，根根据据KCL定律律我我们们来来求求解解；；解：：先先求求I1=3V/3=1AI2=3V/3=1A再由由KCL定律律得得：：-I=I1+I2=1+1=2A则：：I=-2A电压压定定律律（（KVL）电压压定定律律（（KVL）它的的内内容容是是：：对任任何何电电路路，，在在任任意意时时刻刻沿沿任任意意闭闭合合路路径径各各段段电电路路电电压压的的代代数数和和为为零零举例例说说明明：：例：：如如图图所所示示，，求求电电流流源源产产生生的的功功率率？？分析析：：要要求求功功率率，，先先得得求求出出电电压压，，设设电电流流源源两两端端的的电电压压为为Ui；解：：由由KVL定律律：：-Ui+3××2-1=0∴∴Ui=5V求功功率率，，P=-U××I=-5××2=-10W（电电流流与与电电压压参参考考方方向向为为非非关关联联））元件件的的串串联联与与并并联联电阻阻的的串串联联和和并并联联电阻阻的的串串联联串联联的的特特点点：：流流过过每每个个电电阻阻的的电电流流都都是是同同一一的的。。上图图ab两端端的的电电压压Uab=U1+U2+U3R=R1+R2+R3总结结：：电电阻阻串串联联起起分分压压作作用用，，电电路路消消耗耗的的总总功功率率等等于于各各个个电电阻阻消消耗耗的的功功率率之之和和。。电阻阻的的并并联联并联联的的特特点点：：每每个个电电阻阻两两端端的的电电压压是是同同一一的的。。上图图总总电电流流I=i1（t）+i2（t）+i3（t）1/R=1/R1+1/R2+1/R3总结结：：电电阻阻并并联联起起分分流流作作用用，，电电路路消消耗耗的的总总功功率率等等于于相相并并各各电电阻阻消消耗耗的的功功率率之之和和。。电感感的的串串联联和和并并联联电感感的的串串联联串联联的的特特点点：：流流过过每每个个电电感感的的电电流流都都是是同同一一的的；；L总=L1+L2+L3各个个电电感感的的电电压压等等于于各各自自电电感感值值与与电电流流的的乘乘积积；；总总的的电电压压等等于于各各个个电电感感的的电电压压之之和和。。电感感的的并并联联并联联的的特特点点：：每每个个电电感感两两端端的的电电压压是是同同一一的的。。1/L=1/L1+1/L2+1/L3各个个电电感感的的电电流流等等于于各各自自电电感感电电压压与与各各自自电电感感值值的的商商；；总总的的电电流流等