第一章-电路的基本概念和基本定律课件

第一章电路的基本概念和基本定律第一节电路和电路模型第二节电路中的主要物理量第三节电路的基本元件第四节基尔霍夫定律本章小结1.第一章电路的基本概念和基本定律第一节电路和电路模型§1-1电路和电路模型

电路实际线绕电阻的特征理想元件电路模型2.§1-1电路和电路模型电路2.

电路电路是各种电气元器件按一定的方式连接起来的总体。电路的组成：1.提供电能的部分称为电源；2.消耗或转换电能的部分称为负载；3.联接及控制电源和负载的部分如导线、开关等称为中间环节。3.电路电路是各种电气元器件按一定的方式连接起来的总体。电路实际线绕电阻的特征电阻特征:有电流通过时，除了对电流呈现阻碍作用;电感特征:有电流通过时,在导线的周围产生磁场；电容特征:有电流通过时,在各匝线圈间存在电场。4.实际线绕电阻的特征电阻特征:有电流通过时，除了对电流呈现理想元件为了便于对电路进行分析和计算，我们常把实际元件加以近似化、理想化，在一定条件下忽略其次要性质，用足以表征其主要特征的“模型”来表示，即用理想元件来表示。例“电阻元件”是电阻器、电烙铁、电炉等实际电路元器件的理想元件，即模型。因为在低频电路中，这些实际元器件所表现的主要特征是把电能转化为热能。用“电阻元件”这样一个理想元件来反映消耗电能的特征。“电感元件”是线圈的理想元件；“电容元件”是电容器的理想元件。5.理想元件为了便于对电路进行分析和计算，我们常把实际元件加以近电路模型由理想元件构成的电路，称为实际电路的“电路模型”。图1-2是图1-1所示实际电路的电路模型。首页6.电路模型由理想元件构成的电路，称为实际电路的“电路模型”。图电流及其参考方向电压及其参考方向关联参考方向电动势电功率和电能§1-2电路中的主要物理量

7.电流及其参考方向§1-2电路中的主要物理量7.电流的分类直流（DC）：大小和方向均不随时间变化的电流。直流交流交流（AC）：大小和方向均随时间变化，且一个周期内的平均值为零的电流。8.电流的分类直流（DC）：大小和方向均不随时间变化的电流电流的定义和实际方向对于直流，若在时间t内通过导体横界面的电荷量为Q，则电流为对于交流，若在时间dt内通过导体横界面的电荷量为dq，则电流瞬时值为（1-1）电流的实际方向规定为正电荷运动的方向。电流的单位：安培（A），千安（kA）和毫安（mA）。9.电流的定义和实际方向对于直流，若在时间t内通过导体横界面的电流的参考方向的引入

参考方向的引入：对复杂电路由于无法确定电流的实际方向，或电流的实际方向在不断的变化，所以我们引入了“参考方向”的概念。?10.电流的参考方向的引入参考方向的引入：对复杂电路由于无法确定电流参考方向的含义参考方向是一个假想的电流方向。实线参考方向（虚线实际方向）。i＞0，则电流的实际方向与电流的参考方向一致；i＜0，则电流的实际方向和电流的参考方向相反。11.电流参考方向的含义参考方向是一个假想的电流方向。11.电压的定义和实际方向对于直流，电路中A、B两点间电压的大小等于电场力将单位正电荷Q从A点移动到B点所做的功W。即对于交流，电路中A、B两点间电压的大小等于电场力将单位正电荷dq从A点移动到B点所做的功dw。即（1-2）若电场力做正功，则电压u的实际方向从A到B。电压的单位：伏特（V），千伏（kV）和毫伏（mV）。12.电压的定义和实际方向对于直流，电路中A、B两点间电压的大小等电位在电路中任选一点为电位参考点，则某点到参考点的电压就叫做这一点（相对于参考点）的电位。当选择O点为参考电位点时，（1-3）电压是针对电路中某两点而言的，与路径无关。所以有（1-4）电压又叫电位差电压的实际方向是由高电位点指向低电位点13.电位在电路中任选一点为电位参考点，则某点到参电压参考方向的标注及含义参考方向是由A点指向B点参考高电位端当u＞0时，该电压的实际极性与所标的参考极性相同，当u＜0时，该电压的实际极性与所标的参考极性相反。建议采用：参考极性标注法14.电压参考方向的标注及含义参考方向是由A点指向B点参考高电位例1-1在如图1-6所示的电路中，方框泛指电路中的一般元件，试分别指出图中各电压的实际极性解（1）a图，a点为高电位，因u=24V＞0,所标实际极性与参考极性相同。（2）b图，b点为高电位，因u=﹣12V＜0,所标实际极性与参考极性相反。（3）c图，不能确定，虽然u=15V＞0,但图中没有标出参考极性。各电压的实际极性15.例1-1在如图1-6所示的电路中，方框泛指电路中的一般关联参考方向

电流参考方向是从电压的参考高电位指向参考低电位关联非关联16.关联参考方向电流参考方向是从电压的参考高电位指向参考低电位电动势定义电源内部的局外力（电源力）将正电荷由低电位移向高电位，使电源两端具有的电位差称为电动势，用符号e（或E）表示。电动势既有大小又有方向（极性）。电磁学中规定电动势的实际方向由低电位指向高电位。电动势和电压的参考方向如图1-9所示。17.电动势定义电源内部的局外力（电源力）将正电电动势的方向实际方向参考方向图1－918.电动势的方向实际方向参考方向图1－918.电功率

电功率是指单位时间内，电路元件上能量的变化量。即（1-5）在电路中，电功率简称功率。它反映了电流通过电路时所传输或转换电能的速率。功率的单位：瓦特（W），千瓦（kW）和毫瓦（mW）19.电功率电功率是指单位时间内，电路元件上能量的变化量。即（1功率有大小和正负值

元件吸收的功率p＞0，则该元件吸收（或消耗）功率

p＜0，则该元件发出（或供给）功率20.功率有大小和正负值元件吸收的功率p＞0，则该元件吸收（或消例1-2试求如图1-8所示电路中元件吸收的功率。解（1）a图，所选u、i为关联参考方向，元件吸收的功率P=UI=4×（－3）W=﹣12W此时元件吸收功率﹣12W，即发出的功率为12W。

(2)b图，所选u、i为非关联参考方向，元件吸收的功率P=﹣UI=﹣（﹣5）×3W=15W此时元件吸收的功率为15W。21.例1-2试求如图1-8所示电路中元件吸收的功率。解（(3)c图，u、i为非关联参考方向，P=﹣UI=﹣4×2W=﹣8W即元件发出的功率为8W。(4)d图，u、i为关联参考方向，P=UI=（﹣6）×（﹣5）W=30W即元件吸收的功率为30W。首页22.(3)c图，u、i为非关联参考方向，(4)d图，u、i电能定义电能是指一段时间内电路消耗的功率，用W（或w）表示。即若功率随时间变化，则式中，电压电流为关联参考方向。

w>0，吸收电能；w<0，发出电能。在国际单位制（SI）中，功率的单位为瓦（W），工程中还常用千瓦小时（KW·h）即度来表示电能的单位。23.电能定义电能是指一段时间内电路消耗的功率，用W（或w）若§1-3电路的基本元件

电阻元件电感元件电容元件电压源电流源24.§1-3电路的基本元件电阻元件24.电阻和电阻元件物体对电流的阻碍作用，称为该物体的电阻。用符号R表示。电阻的单位是欧姆（Ω）。电阻元件是对电流呈现阻碍作用的耗能元件的总称。如电炉、白炽灯、电阻器等。25.电阻和电阻元件物体对电流的阻碍作用，称为该物体的电阻。用符号电导电阻的倒数称为电导，是表征材料的导电能力的一个参数，用符号G表示。电导的单位是西门子（S），简称西。26.电导电阻的倒数称为电导，是表征材料的导电能力电阻元件上电压与电流关系

1827年德国科学家欧姆总结出：施加于电阻元件上的电压与通过它的电流成正比。u=Ri(1-9)u=﹣Ri(1-10)27.电阻元件上电压与电流关系1827年德国科学家欧姆总结出：施电阻元件的伏安特性线性电阻非线性电阻28.电阻元件的伏安特性线性电阻非线性电阻28.电阻元件上的功率

若u、i为关联参考方向，则电阻R上消耗的功率为p=ui=(Ri)i=R

（1-11）若u、i为非关联参考方向，则p=﹣ui=﹣(﹣Ri)i=R

可见，p≥0，说明电阻总是消耗（吸收）功率，而与其上的电流、电压极性无关。29.电阻元件上的功率若u、i为关联参考方向，则电阻R上消耗的例1-3如图1-9所示电路中，已知电阻R吸收功率为3W，i=﹣1A。求电压u及电阻R的值。解p=ui=u(﹣1)A=3Wu=﹣3Vu的实际方向与参考方向相反由于u、i为关联参考方向，由式（1-11）图1-930.例1-3如图1-9所示电路中，已知电阻R吸收功率为3电容器

电容器是一种能够储存电场能量的元件。电容器是由两个导体中间隔以介质（绝缘物质）组成。此导体称为电容器的极板。电容器加上电源后，极板上分别聚集起等量异号的电荷。带正电荷的极板称为正极板，带负电荷的极板称为负极板。此时在介质中建立了电场，并储存了电场能量。当电源断开后，电荷在一段时间内仍聚集在极板上。31.电容器电容器是一种能够储存电场能量的元件。电容器是由两个导固定电容

可变电容微调电容

32.固定电容可变电容微调电容32.电容元件和电容

电容元件是指能够储存电场能量的一种理想元件。电容元件的电容量简称电容。其电容量C与电容器存储的电荷q以及电容器两端的电压有关，即（1-12）电容的单位为法拉（F），法拉单位太大，实际应用中常用微法（µF）和皮法（pF）等。电容元件的图形符号如图1-15所示。33.电容元件和电容电容元件是指能够储存电场能量的一种理想元件。当C为一常数，而与电容两端的电压无关时，这种电容元件就叫线性电容元件。电容元件的电容量简称电容。电容元件也简称电容。线性电容元件电容电容元件电容参数（电容量）34.当C为一常数，而与电容两端的电压无关时，电容元件的电容量简电容上的电压与电流

u、i选非关联参考方向，其伏安关系为u、i选关联参考方向，其伏安关系为（1-13）35.电容上的电压与电流u、i选非关联参考方向，其伏安关系为

电容元件的u-i关系说明1）当电容两端电压发生变化时，即≠0，极板上聚集的电荷也相应发生变化，因此形成了电流；＞0时，i＞0,

说明此时电容在充电；＜0时，i＜0，说明此时电容在放电。2）

在直流电路中，=0，i=0，此时电容相当于开路，即说明电容起隔断直流电流的作用，简称隔直作用。电容上吸收的直流功率为P=UI=03）电容两端的电压不能突变，即不成立。36.电容元件的u-i关系说明1）当电容两端电压发图1-19电容的三种工作状态a)i＞0电容充电b)i=0电容相当于开路c)i＜0电容放电37.图1-19电容的三种工作状态a)i＞0电容充电b)电感器电感器一般由骨架、绕组、铁心和屏蔽罩等组成。图1-16固定电感

微调电感

滤波扼流圈收音机用天线线圈38.电感器电感器一般由骨架、绕组、铁心和屏蔽罩等组成。图1-16电感元件和电感电感元件是指能够储存磁场能量的一种理想元件。电感元件的电感量简称电感。其电感量L与磁链以及电感中的电流有关，即电感的SI单位为亨利（简称亨），用符号H表示。实际应用中常用毫亨（mH）和微亨（µH）等。电感的图形符号如图1-17所示。39.电感元件和电感电感元件是指能够储存磁场能量的一种理想元件。电图1-22磁链与电流的参考方向（与N匝线圈交链的总磁通称为磁链，即）

磁链与电流的参考方向应满足图1-22所示的右手螺旋法则40.图1-22磁链与电流的参考方向（与N匝线圈交链的总磁通称当L为一常数，而与电感上的电流无关时，这种电感元件就叫线性电感元件。电感元件的电感量简称电感。电感元件也简称电感。线性电感元件电感电感元件电感参数（电感量）41.当L为一常数，而与电感上的电流无关时，电感元件的电感量简称电电感上的电压与电流

由愣次定律可知，

图1-23电感元件的电压电流参考方向42.电感上的电压与电流由愣次定律可知，图1-23电感元件电感上的电压与电流

u、i选关联参考方向，其伏安关系为（1-15）u、i选非关联参考方向，其伏安关系为43.电感上的电压与电流u、i选关联参考方向，其伏安关系为（电感元件的u-i关系说明

1）当通过电感元件的电流发生变化时，即

≠0，电感上才能产生电压。2）

在直流电路中，=0，u=0，此时电感相当于短路，即说明电感起导通直流的作用，简称导直作用。电感上吸收的直流功率为P=UI=03）电感中的电流不能突变，即不成立。44.电感元件的u-i关系说明1）当通过电感元件的电流发生变化时电感的储能当u、i

取关联参考方向时式中，wL

>0，表示吸收能量，wL

<0，表示发出能量。若电感元件原先未储能，即i(0)=0，则45.电感的储能当u、i取关联参考方向时式中，wL>0，表示吸电压源电压源是实际电源（如干电池、蓄电池等）的一种抽象，是理想电压源的简称。符号伏安特性46.电压源电压源是实际电源（如干电池、蓄电池等）的一种抽象，是理电压源表达式对恒压源电压源的伏安关系为47.电压源表达式对恒压源电压源的伏安关系为47.电压源的两个特点①无论电源是否有电流输出，U=，与

无关；开路接外电路②

由及外电路共同决定。48.电压源的两个特点①无论电源是否有电流输出，U=例电路如图，已知Us=10V,求电压源输出的电流。外电路R有两种情况（1）R=5Ω（2）R=10Ω解（1）R=5Ω由电压源特性知，（2）R=10Ω49.例电路如图，已知Us=10V,求电压源输出的电流。外电流源电流源也是实际电源（如光电池）的一种抽象，是理想电流源的简称。符号伏安特性50.电流源电流源也是实际电源（如光电池）的一种抽象，是理想电流源电流源表达式对恒流源电流源的伏安关系为51.电流源表达式对恒流源电流源的伏安关系为51.电流源的两个特点①电流恒定，即，与输出电压U无关；②U由及外电路共同决定。首页52.电流源的两个特点①电流恒定，即例1-5电路如图a所示，若,,,试求电阻R吸收的功率和电流源发出的功率。解由于电流源两端的电压是由外电路决定的，本题中设其两端的电压为

故电流源发出的功率为48W。53.例1-5电路如图a所示，若,,,试求电阻R吸收的功率和例1-6电路如图a所示，若,,,试求电阻R的电压和电压源发出的功率。解故电流源发出的功率为48W。设电路的电流为I

又由于电压源的电压与电流是非关联参考方向，所以54.例1-6电路如图a所示，若,,,试求电阻R的电压§1-4基尔霍夫定律

电路分析方法的根本依据几个有关的电路名词基尔霍夫电流定律（简称KCL）广义节点基尔霍夫电压定律（简称KVL）

55.§1-4基尔霍夫定律电路分析方法的根本依据55.电路分析方法的根本依据①元件的约束关系②电路的约束关系:基尔霍夫定律U、i关联参考方向时基尔霍夫电流定律，即KCL基尔霍夫电压定律，即KVL56.电路分析方法的根本依据①元件的约束关系②电路的约束关系几个有关的电路名词

（1）支路：电路中具有两个端钮且通过同一电流的每个分支（至少含一个元件。（2）节点：三条或三条以上支路的联接点。（3）回路：电路中由若干条支路组成的闭合路径。（4）网孔：内部不含有支路的回路。57.几个有关的电路名词（1）支路：电路中具有两个端钮且通过同基尔霍夫电流定律（简称KCL）

KCL指出：任一时刻，流入电路中任意一个节点的各支路电流代数和恒等于零，即KCL源于电荷守恒。列方程时，以参考方向为依据，若电流参考方向为“流入”节点的电流前取“＋”号，则“流出”节点的电流前取“－”号。∑i=0（1-17）58.基尔霍夫电流定律（简称KCL）KCL指出例1-7在如图1-30所示电路的节点a处，已知=3A，=－2A，=－4A，=5A，求。解将电流本身的实际数值代入上式，得3A－（－2）A－（－4）A＋5A－=0据KCL列方程=14A59.例1-7在如图1-30所示电路的节点a处，已知广义节点广义节点：任一假设的闭合面＋－=0由KCL得60.广义节点广义节点：任一假设的闭合面＋－=0由KCL得60两套“＋、－”符号

①在公式∑i=0中，以各电流的参考方向决定的“＋、－”号；②电流本身的“＋、－”值。这就是KCL定义式中电流代数和的真正含义。61.两套“＋、－”符号①在公式∑i=0中，以各电流的参基尔霍夫电压定律（简称KVL）

KVL指出：任一时刻，沿电路中的任何一个回路，所有支路的电压代数和恒等于零，即KVL源于能量守恒原理。列方程时，先任意选择回路的绕行方向，当回路中的电压参考方向与回路绕行方向一致时，该电压前取“＋”号，否则取“－”号。（1-18）∑u=062.基尔霍夫电压定律（简称KVL）KVL指出：任一时刻，沿电路例1-8在如图1-32所示电路中，已知=3V，=－4V，=2V。试应用KVL求电压和。解方法一步骤一：任意选择回路的绕行方向，并标注于图中步骤二：据KVL列方程。当回路中的电压参考方向与回路绕行方向一致时，该电压前取“＋”号，否则取“－”号。回路Ⅰ：回路Ⅱ：63.例1-8在如图1-32所示电路中，已知=步骤三：将各已知电压值代入KVL方程，得回路Ⅰ：回路Ⅱ：两套“＋、－”符号：①在公式∑u=0中，各电压的参考方向与回路的绕行方向是否一致决定的“＋、－”号；②电压本身的“＋、－”值。这就是KVL定义式中电压代数和的真正含义。64.步骤三：将各已知电压值代入KVL方程，得回路Ⅰ：回路Ⅱ：方法二利用KVL的另一种形式，用“箭头首尾衔接法”，直接求回路中惟一的未知电压，其方法如图1-25所示。回路Ⅰ：回路Ⅱ：将已知电压与未知电压的参考方向箭头首尾衔接65.方法二利用KVL的另一种形式，用“箭头首尾衔接法”，直接求回例1-9电路如图1-34所示，试求的表达式。解66.例1-9电路如图1-34所