电工与电子学课件第一章电路的基本概念与基本定律

1.课程性质

是高等学校理工科非电类专业必修的一门技术基础课程。2.教学目标

通过本课程的学习，使学生获得电工和电子技术必要的基本理论、基本知识和基本技能，了解电工和电子技术的应用及发展概况，为学习后续课程以及从事与本专业有关的工程技术等工作打下一定的基础。

前言2/4/2023电工与电子学4.成绩评定

平时（考勤、作业、实验）：30%考试：70%

3.学时多学时：60+205.参考书

唐介主编《电工学》，高教秦曾煌主编《电工学》(第六版上下册)，高教《电工学》相关习题解答少学时：40+162/4/2023电工与电子学6.教学网站校外

7南昌大学网络教学平台校内

http://7.本课件适用专业计算机、机制、热能、材料、车辆工程、物理、光信息、金属材料、生物、生化、工业工程、发酵、给排水、土木、水电、食品、食质、环工、高分子、无机材料等专业。2/4/2023电工与电子学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电源有载工作、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第1章电路的基本概念与基本定律教学内容2/4/2023电工与电子学了解电路模型及其理想电路元件的意义；理解电压、电流参考方向的意义；理解电路基本定律并能正确应用；了解电源的有载工作、开路与短路状态，并能理解电功率和额定值的意义；掌握分析与计算简单直流电路和电路中各点电位的方法。教学要求重点电压和电流的参考方向，基尔霍夫定律，电路中电位的概念及计算。2/4/2023电工与电子学本章内容比较简单，无难点。难点学时数4学时2/4/2023电工与电子学⒈实现电能的传输和转换

1.1.1

电路的作用

电路是电流的通路，它是为了某种需要由某些电工设备或元件按一定方式组合起来的。

1.1

电路的作用与组成部分输电线发电机典型例子：电力系统升压变压器降压变压器电灯电动机电炉…2/4/2023电工与电子学⒉实现信号的传递和处理扬声器话筒典型例子：扩音机放大器1.1电路的作用与组成部分1.1.2

电路的组成电源（信号源）、中间环节、负载2/4/2023电工与电子学电源

供应电能负载

取用电能中间环节传输和分配电能1.1电路的作用与组成部分输电线发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉…2/4/2023电工与电子学中间环节信号处理负载接受和转换信号信号源

提供信号激励：电源或信号源的电压或电流，它推动电路工作；响应：由激励在电路各部分产生的电压和电流。1.1电路的作用与组成部分扬声器话筒放大器2/4/2023电工与电子学

为了便于对实际电路进行分析和用数学描述，将实际元件理想化（或称模型化），即在一定条件下突出其主要的电磁性质，忽略其次要因素。

由一些理想电路元件或其组合所组成的电路，就是实际电路的电路模型，它是对实际电路电磁性质的科学抽象和概括。

理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电容元件、二极管、三极管和电源元件等。1.2

电路模型2/4/2023电工与电子学1.2电路模型+2/4/2023电工与电子学1.2电路模型例：手电筒的电路模型+-+-+-干电池：是电源元件，其参数为电动势E和内电阻Ro。电珠：是电阻元件，其参数为电阻R。筒体(包括开关)：是连接干电池与电珠的中间环节，其电阻忽略不计，认为是一无电阻的理想导体。2/4/2023电工与电子学实际方向：正电荷运动的方向或负电荷运动的相反方向。1.3.1

电流的方向参考方向（正方向）：任意选定的方向。1.3

电压和电流的参考方向Iab

双下标：表示方法：I箭头：2/4/2023电工与电子学1.3.2

电压的方向实际方向：高电位端指向低电位端。参考方向（正方向）：任意选定的方向。Uab

双下标：1.3.3

电动势的方向实际方向：电源内部由低电位端指向高电位端。电动势与电压的关系：方向相反，数值相等。表示方法：1.3电压和电流的参考方向正负极性：+-2/4/2023电工与电子学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。1.3.4

实际方向与参考方向的关系若I=6A，则电流实际方向为从a流向b；例：若I=-6A，则电流实际方向为从b流向a。I参考方向实际方向实际方向1.3电压和电流的参考方向2/4/2023电工与电子学参考方向选定后电流(或电压)值才有正负之分

若U=6V，则电压的实际方向为从a指向b，实际方向与参考方向一致；若U=–6V，则电压的实际方向为从b指向a，实际方向与参考方向相反。实际方向参考方向1.3电压和电流的参考方向U+-+-2/4/2023电工与电子学⒈若电压与电流参考方向相同，则为关联参考方向；1.3.5

关联参考方向与非关联参考方向⒉反之，则为非关联参考方向。本书如未作特殊声明均采用关联参考方向1.3电压和电流的参考方向U=IR+-

U=–IR+-2/4/2023电工与电子学练习与思考1.3.2

如图，U1=-6V，U2=4V，试问Uab等于多少伏？解：1.3.1

如图，Uab=-5V，试问a，b两点哪点电位高？解：a点电位低，b点电位高。1.3电压和电流的参考方向U1U2ab+-+-2/4/2023电工与电子学例：应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。解：欧姆定律：流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。1.4

欧姆定律图(b)单位：欧姆（Ω）图(a)+-图（a）+-图（b）2/4/2023电工与电子学伏安特性曲线：电阻端电压与电流的关系。I/AU/Vo线性电阻的伏安特性曲线线性电阻：遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它是一个表示该段电路特性而与电压和电流无关的常数。

线性电阻的伏安特性是一条过原点的直线。1.4欧姆定律2/4/2023电工与电子学练习与思考1.4.4

为了测量某直流电机励磁线圈的电阻R，采用了下图所示的“伏安法”。电压表读数为220V，电流表读数为0.7V，试求线圈的电阻。如果在实验时有人误将电流表当作电压表，并联在电源上，其后果如何？已知电流表的量程为1A，内阻Ro为0.4Ω。解：正确连接时，有错误连接时，有电流表中游丝将立即被烧断，电流表损坏。理想状态下，电压表内阻无穷大，电流表内阻无穷小。注意1.4欧姆定律+-2/4/2023电工与电子学1.5

电源有载工作、开路与短路⒈电压与电流1.5.1

电源有载工作

当电源内阻Ro<<R时，则UE

，表明当电流(负载)变动时电源的端电压变动不大，这说明它带负载能力强。EUIO电源的外特性曲线+-+-2/4/2023电工与电子学电源输出的功率电源产生的功率内阻损耗的功率

在一个电路中，电源产生的功率和负载取用的功率以及内阻上所损耗的功率是平衡的。

⒉功率与功率平衡1.5电源有载工作、开路与短路2/4/2023电工与电子学⒊电源与负载的判别②U和I取非关联参考方向，若P=UI

0，电源；

若P=UI

0，负载。①U和I取关联参考方向，若P=UI0，负载；

若P=UI

0，电源。

⑴方法一：根据U和I的实际方向判别⑵方法二：根据U和I的参考方向判别电源：U和I的实际方向相反，电流从“+”端流出，

发出功率；负载：U和I的实际方向相同，电流从“+”端流入，

取用功率。1.5电源有载工作、开路与短路2/4/2023电工与电子学例：下图所示方框为电路元件，已知：UAB=50V，I1=15A，I2=10A，I3=-5A，试求电路各元件的功率，并校验功率是否平衡。解：∵UAB=50V∴A点为“+”，B点为“-”∵I1=15A∴I1实际方向与参考方向相同，电流从“+”端出，“1”元件为电源，输出功率为：1.5电源有载工作、开路与短路+-123ABI1I2I3UAB2/4/2023电工与电子学∵I2=10A∴I2实际方向与参考方向相同，电流从“+”端入，“2”元件为负载，吸收功率为：∵I3=-5A∴I3实际方向与参考方向相反，电流从“+”端入，“3”元件为负载，吸收功率为：可见负载吸收的功率与电源输出的功率平衡1.5电源有载工作、开路与短路+-123ABI1I2I3UAB2/4/2023电工与电子学⒋额定值与实际值额定值：电气设备的额定电压、额定电流和额定功率及其他标准使用规定值称为电气设备的额定值。分别用UN、IN、PN表示。

制造厂在制定产品的额定值时，要全面考虑使用的经济性、可靠性及寿命等因素，特别要保证设备的工作温度不超过规定的容许值。

使用时，电压、电流和功率的实际值不一定等于它们的额定值。1.5电源有载工作、开路与短路2/4/2023电工与电子学

当开关断开时，电源处于开路(空载)状态，不输出电能，其特征如下：1.5.2

电源开路电源端电压（

即开路电压）等于电源电动势负载功率为零开路电流为零1.5电源有载工作、开路与短路+-+-2/4/2023电工与电子学1.5.3

电源短路电源端电压为零负载功率为零电源产生的电能全被内阻所消耗短路电流（很大）短路通常是一种严重事故，应该尽力预防1.5电源有载工作、开路与短路+-+-当电源的两端被短接时，其特征如下：2/4/2023电工与电子学练习与思考1.5.4

如图，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？解：（a）+

U-I

-U+I+

U-I

-U+I（b）（c）（d）(a)图P=UI=220×(-1)=-220W<0，电源(b)图P=-UI=220×(-1)=220W>0，负载(c)图P=-UI=220×(-1)=220W>0，负载(d)图P=UI=220×(-1)=-220W<0，电源1.5电源有载工作、开路与短路2/4/2023电工与电子学支路：电路中的每一个分支。一条支路流过一个电流，称为支路电流。结点：三条或三条以上支路的连接点，如结点a、b。回路：由支路组成的闭合路径，如回路1、2、3。网孔：内部不含支路的回路，如网孔1、2。I1I2I3ba1.6

基尔霍夫定律123+-+-2/4/2023电工与电子学1.6.1

基尔霍夫电流定律(KCL定律)⒈定律内容

在任一瞬时，流向某一结点的电流之和等于由该结点流出的电流之和。

任一瞬时，任一结点上电流的代数和为零。对结点a：

基尔霍夫电流定律是用来确定连接在同一结点上的各支路电流间关系的，体现了电流的连续性。1.6基尔霍夫定律+-+-I1I2I3ab

即：即：2/4/2023电工与电子学

KCL定律可以推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面。⒉推广应用广义结点

根据KCL定律，分别对A、B、C三个结点列电流方程：1.6基尔霍夫定律例：2/4/2023电工与电子学

在任一瞬时，沿任一回路循行方向(顺时针方向或逆时针方向)，回路中各段电压的代数和恒等于零。1.6.2

基尔霍夫电压定律（KVL定律)⒈定律内容即：U=0

在任一瞬时，从回路中任意一点出发，沿回路循行一周，则在此方向上电位降之和等于电位升之和。对回路3：

基尔霍夫电压定律是用来确定回路中各段电压间关系的。1.6基尔霍夫定律+-+-I1I2I332/4/2023电工与电子学①首先要在电路图上标出各支路电流、电压参考方向及回路循行方向；②应用U=0列方程时，支路参考方向与循行方向一致，则支路电压取正；反之，取负。⒉推广应用对回路1：推广应用于回路的部分电路1注意1.6基尔霍夫定律+-+-+-2/4/2023电工与电子学2例：如图，已知R2=20kΩ，R1=10kΩ，E2=E1=6V，UBE=－0.3V，求：IB，I2，I1。解：对回路1对回路2对结点a1.6基尔霍夫定律1a+-+-+-2/4/2023电工与电子学题1：如图，求当开关S在位置1和位置2两种情况下，通过5kΩ电阻中的电流I。课外思考题答案：3.75mA，2.5mA1.6基尔霍夫定律+30V1I1+10VI2IIS2-20VAS2/4/2023电工与电子学电位：在电路中任选一点为参考点，且设参考点的电位为零，则电路中任一点的电位等于该点到参考点的电压。1.7.1电位的概念

在电路图中参考点常用符号“⊥”标明，表示公共端、接机壳或接底板。

其它各点的电位同它比较，比它高的为正；比它低的为负。1.7电路中电位的概念及计算2/4/2023电工与电子学1.7.2

例：求图示电路中各点的电位：Va、Vb、Vc、Vd及Ucd

。设a为参考点，即Va

=0V，则Vb

=Uba=–10×6=60V设b为参考点，即Vb

=0V，则Va

=Uab=10×6=60VUcd

=Vc－Vd

=50VUcd

=Vc－Vd

=50V解：Vc

=Uca=4×20=80V

Vd

=Uda=6×5