电工技术基础项目教程 课件 项目1直流电路的测试分析任务2

惠斯通电桥电路测量分析电工技术基础项目1任务2任务导入学习目标知识链接练习思考工作任务直流电路的测试分析1任务导入

电力系统中基本元件有哪些？这些元件两端的电压和流过这些元件的电流有什么关系？发生短路时电源正负极之间的电阻变成连接导线电阻和接头处接触电阻的和，这些电阻的和很小，此时电路中电流怎么计算？一个1亿欧姆的电阻和一个1欧姆电阻并联后总电阻是大于1欧姆还是小于1欧姆？把变电站或者发电厂中110V直流电的正极直接用金属和大地相连，会发生短路事故吗？任务2惠斯通电桥电路测量分析返回学习目标1掌握欧姆定律应用。2345知道电压源、电流源的特点。了解电阻串联、并联电路的特点。掌握分析计算等效电阻的方法。掌握分析计算电源串并联等效电源的方法。返回工作任务双电源供电电路图返回左图为惠斯通电桥电路，电源电压为10V，当电阻R1、R2、R3、R4满足什么关系时，电流表的读数为零，请同学们不断调整四个电阻阻值进行尝试；使R1=R2=100Ω，R3=R4=200Ω，请同学们测量I5的值，并用电源电压求出A、C两点间电阻值，比较这个电阻和200Ω大小关系；用一根金属导线把电源正极和大地接触，观察是否会发生短路事故。工作任务返回时，电流表的读数是否为零。电阻越并联越小。工作任务返回时，电流表的读数是否为零。电阻越并联越小。返回元件串联后接入电路，流过各元件的电流相同，各元件两端的电压与元件的阻值成正比；元件并联后接入电路，各元件两端的电压相同，流过各元件的电流与元件的电阻成反比。惠斯通电桥电路当电桥平衡时，输出电压为零，当电桥不平衡时，输出电压不为零。实际电压源可以开路，不可以短路，带的负载和电压源内阻相比越大，输出电压越接近电源电压；实际电流源可以短路，不可以开路，带的负载和电流源内阻相比越小，输出电流越接近电源电流。工作任务【总结与提升】知识链接---1.2电路基本元件及连接方式在同一电路中，流过某一导体的电流跟这段导体两端的电压成正比，跟这段导体的电阻成反比。用公式表示为：1.2.1欧姆定律返回当电压和电流的参考方向关联时：

当电压和电流的参考方向非关联时：1.2.1欧姆定律返回解：由欧姆定律可知：U=RI=800Ω×0.05A=40V，即此人的安全工作电压应不高于40V。【例题】假设某人人体最小电阻为800Ω，该人体通过电流为50mA时，会感到呼吸困难，不能自主摆脱电源，试求此人人体安全工作电压。人是否安全与人体电阻大小、触电时间长短、工作环境、人与带电体的接触面积和接触压力等都有关系，所以即使在规定的安全电压下工作，也不可粗心大意。1.2.2电路基本元件返回1．电阻元件电阻具有阻碍电流（或电荷）流动的能力，具备这种行为的电路元件称为电阻，用符号R来表示。式中，R为电阻值，其基本单位为欧姆（Ω），常用单位还有千欧（kΩ）及兆欧（MΩ）；l为导线的长度，单位为米（m）；S为导线的截面积，单位为平方米（m2）；ρ是导线材料的电阻率，单位为欧·米（Ω·m）；γ是材料的电导率，单位为西门子/米（S/m）。1.2.2电路基本元件返回1．电阻元件电阻R的倒数称为电导，用G表示，即：电导的单位为西门子（S）。同一个电阻元件既可用电阻R表示，也可用电导G表示。无论是关联还是非关联情况下电阻的功率P总是正值，即总是在消耗功率，所以电阻元件是耗能元件。电阻元件功率计算公式为：1.2.2电路基本元件返回1．电阻元件解：（a）

【例题】应用欧姆定律对下图电路列出欧姆定律公式，并求出电阻R。

（b）

（c）

（d）

1.2.2电路基本元件返回1．电阻元件解：全部电灯的功率为：

；使用2小时的电能为：

=40度；应付的费用为：40×0.56元=22.4元。【例题】某学校教室共有200盏电灯，每盏灯的功率为100W，那么全部灯使用2小时，总共消耗多少电能？若每度电费为0.56元，应付多少电费？1.2.2电路基本元件返回2．电容元件把单位电压下聚集的电荷量定义为电容器的电容量，简称为电容C，即：由具有一定间隙、中间充满介质（如空气、蜡纸、云母片、涤纶薄膜、陶瓷等）的金属极板构成。国际单位制中，C的基本单位是法拉（F），常用的单位还有微法（μF）和皮法（pF）。1.2.2电路基本元件返回2．电容元件当电容电压和电流关联情况下电容元件伏安关系：有上式可知电容器具有“隔直流、通交流”的作用，但必须明确，这里所指的交流电流是电容器反复充电、放电所形成的电流，并非电荷直接通过电容器中的绝缘介质。1.2.2电路基本元件返回2．电容元件从能量的观点看，电容器是一个储能元件，储存的能量与u2成正比，也与C成正比。【例题】一电容器，C=2μF，充电后，电压变为500V，求此时电容器储存的电能？解：1.2.2电路基本元件返回3．电感元件电感器就是常说的电感线圈，使用电阻忽略为零的导线绕制的电感线圈，称为电感元件。在交变电作用下，当电感两端的电压与流过电感的电流关联情况下，电感元件感应电动势和电感的电压与流过电感的电流的伏安关系为：只有通过电感线圈的电流变化时，电感两端才有电压；在直流电路中，电感相当于短路。1.2.2电路基本元件返回3．电感元件从能量的观点看，电感器是一个储能元件，储存的能量与i2成正比，也与L成正比：【例题】一电感线圈，其电感L=3.82

，当通过的电流为1600A时，试求此时线圈中储存的磁场能量？解：1.2.2电路基本元件返回4．电压源（1）理想电压源直流理想电压源端电压U恒等于电压US或电动势E，交流理想电压源端电压按正弦规律变化，无论是直流理想电压源还是交流理想电压源其内阻都为零。直流理想电压源的符号及其输出电压与输出电流的关系（伏安特性）如下图所示。1.2.2电路基本元件返回4．电压源（1）理想电压源【例题】一个负载RL接于10V的恒压源上，如下图所示，求：当①RL=10Ω，②RL=100Ω，③RL=∞时，通过恒压源的电流大小及恒压源输出电压Uab大小。解：①当RL=10Ω时，

，Uab=10V；

②当RL=100Ω时，

，Uab=10V；

③当RL=∞时，

，Uab=10V。

1.2.2电路基本元件返回4．电压源（2）实际电压源实际电压源在对外提供功率时，不可避免地存在内部功率损耗。实际电压源内阻越大，内部功率损耗越大，实际电压源带负载后端电压下降越快，负载得到的电压越小。实际直流电压源带负载电路模型及伏安特性曲线如下图所示。1.2.2电路基本元件返回5．电流源（1）理想电流源直流理想电流源电流I恒等于电流Is，交流理想电流源电流是按正弦规律变化，无论是直流理想电流源还是交流理想电流源其内阻都为无穷大。直流理想电流源的符号及其伏安特性如下图所示。1.2.2电路基本元件返回5．电流源（2）实际电流源实际电流源可以用一个理想电流源Is和内阻Ri相并联的模型来表示，内阻Ri表明电源内部的分流效应。实际电流源内阻越大，实际电流源内部电阻Ri分流作用越小，也就越接近理想电流源。实际直流电流源带负载电路模型及伏安特性曲线如下图所示。当R=3Ω时电流源的端电压为：

；当R=5Ω时电流源的端电压为：

。1.2.2电路基本元件返回5．电流源（2）实际电流源【例题】计算右图所示电路中R分别为3Ω和5Ω时电阻上的电压及电流源的端电压。

解：根据恒流源的基本性质，其电流为定值且与外电路无关，故知流过电阻R上的电流为恒流源的电流，即1A。当R=3Ω时电阻两端的电压为：

；当R=5Ω时电阻两端的电压为：

。1.2.3元件串并联与混联电路返回若干元件依次连接，中间没有分岔支路的连接方式，称为元件的串联。1．元件串联电路I=I1=I2=I3U=U1+U2+U3R=R1+R2+R3P=P1+P2+P3特点有：1.2.3元件串并联与混联电路返回【例题】一个继电器的线圈电阻为

，允许流过的电流为30mA。现要接到24V的直流电压上去，需要多大的限流电阻？1．元件串联电路解：因串联电路中电流处处相等，所以总电流最大只能为30mA，据此可以求出串联电路的总电阻，然后用总电阻减去继电器线圈电阻即可得到限流电阻大小，计算过程如下：1.2.3元件串并联与混联电路返回将若干元件的一端共同连在电路的一点上，把它们的另一端共同连在另一点上，这种连接方式称为元件的并联。2．元件并联电路U=U1=U2I=I1+I2P=P1+P2+P3特点有：1.2.3元件串并联与混联电路返回【例题】有一个磁电系仪表，其表头满偏电流

，内阻Rg=1.6kΩ，若将该表头扩大成量程为1mA的电流表，需要并联多大分流电阻？2．元件并联电路解：设上图中的电流I最大值为1mA，则根据满偏电流可得表头的满偏电压为：

，因并联电路中各支路两端的电压相等，根据欧姆定律可得分流电阻：

1.2.3元件串并联与混联电路返回电路里面有串联也有并联的电路就叫混联电路。3．元件混联电路混联电路的特点是：电路中既有串联电路又有并联电路，并联电路可以使并联支路上某个用电器单独工作或不工作；混联电路的缺点：如果干路上有一个用电器损坏或断路会导致整个电路无效。1.2.3元件串并联与混联电路返回【例题】求下图电路中a，b两点之间的电阻？3．元件