电工学（第一章）

电路原理

（PrincipleofElectricCircuits）

宋建国

songjg@

远在２５００多年前，古希腊人就发现用毛皮磨擦过的琥珀能吸引一些像绒毛、麦杆等一些轻小的东西，他们把这种现象称作“电”。公元１６００年，英国医生吉尔伯特（１５４４～１６０３）做了多年的实验，发现了“电力”，“电吸引”等许多现象，并最先使用了“电力”、“电吸引”等专用术语，因此许多人称他是电学研究之父。

１８世纪中叶，在大洋彼岸的美国，大电学家富兰克林又做了多次实验，进一步揭示了电的性质，并提出了电流这一术语。他认为电是一种没有重量的流体，存在于所有的物体之中。如果一个物体得到了比它正常的份量更多的电，它就被称之为带正电（或“阳电”）；如果一个物体少于它正常份量的电，它就被称之为带负电（或“阴电”）。所谓放电就是正电流向负电的过程。

１８００年春季，有关电流起因的争论有了进一步的突破。伏打发明了著名的“伏打电池”。这种电池是由一系列圆形锌片和银片相互交迭而成的装置，在每一对银片和锌片之间，用一种在盐水或其他导电溶液中浸过的纸板隔开。银片和锌片是两种不同的金属，盐水或其他导电溶液作为电解液，它们构成了电流回路。这是一种比较原始的电池，是由很多银锌电池连接而成的电池组。

电学认识的历程时间

事件

发明人

1834直流电动机德国雅可比

1838电报美国莫尔斯

1843申请传真专利

1876电话发明苏格兰贝尔

1879电灯发明美国爱迪生

1888交流电动机美国特斯拉

1888发明无线电德国赫兹

1929电视发明英国贝尔德

1939雷达发明英国

1947计算机美国冯.诺依曼

1946半导体美国电报电话公司

电气发明大事记第一章电路基本概念与基本定律

什么是电路？

☻电路（electriccircuits）就是由若于电气元件（electricalelements）相互连接构成的电流的通路。本课程中主要接触的电气元件包括：电压源、电流源、电阻、电容、电感、变压器、电机。电路都有哪些作用？1、传输能量：电能的产生、传输和分配

可再生能源我国发电种类及比例火电(78%)水电(20%)核电及其它(2%)2、功率变换，电力电子应用：电机驱动系统及大功率电力电子的应用。3、处理信号,控制，测量，数字逻辑计算

电信号的获得、变换和放大。本学期主要内容：1、直流电路（DCcircuits）2、动态电路（Transientcircuits）3、交流电路（ACcircuits）有何区别？本章内容之一

电路的组成

电路的模型

电路的变量

电路的功率1、电路的组成

电路为什么要计算？2、电路的模型

3.电路的变量电压voltage,电流current，功率

power，电位potential,电荷charge,磁通flux1）电流：电荷随时间的变化率2）电压：电场力移动单位电荷做的功3）电位（potential）:从某点到参考节点的电压降导线上各点电位相等。4）电动势（eletromotiveforce）:

伏打对生物电观点的质疑

（Volta,A.1745-1827）

1800年建立伏打电堆模型。伏打电池是实用电池的开端。银-锌蓄电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可以表示为：2Ag+Zn(OH)2Ag2O+Zn+H2O放电充电此电池放电时，负极上发生反应的物质是（）A.AgB.Zn(OH)2C.Ag2OD.ZnD电极反应：负极：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2正极：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-锂电池干电池叠层电池各类电池各类电池锂电池干电池叠层电池各类电池纽扣电池空气电池小型高性能燃料电池

新型燃料电池燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池燃料电池优点：能量转化率高，可持续使用，对环境友好负极:2H2+4OH-－4e-＝4H2O正极:O2+2H2O＋4e-＝4OH-总反应方程式：

2H2＋O2＝2H2O电流的方向问题电流参考方向i1电压参考方向+-U1总结电压参考方向与电流参考方向的关系4、功率本章内容之二电阻器独立电源电路的分类基尔霍夫定律重点一、电阻器(Resistor)对于线性电阻来讲：u∞i1、电路符号：2、欧姆定律：(1)采用关联参考方向时u=RiR-电阻（Resistance）单位(unit)－欧姆（Ω）令R＝1/GG:电导，单位（unit）:s(西门子)欧姆定律：i=GU(1)关联参考方向电阻器u-i关系u=RiR=tgα=ρl/s(2)采用非关联参考方向时欧姆定律：u=-Ri

或i=-Gu3、开路与短路R＝0，或G＝∞，电路视为短路u=0，i由外电路决定。G＝0，或R＝∞，电路视为开路i=0，u由外电路决定。4、电阻吸收的功率P吸=ui=i2R=u2/R关联参考方向时非关联参考方向时P吸=u(-i)=i2R=u2/R无论参考方向如何选，电阻都要吸收功率。结论：5、电阻的测量与形状

二、独立电源(independentsource)1、理想独立电压源（idealindependentvoltagesource）电路符号：1）电路特性：A、独立电压源两端电压与电路其它部分无关

直流电压源

u=Const

交流电压源

u=100Sin(50t)B、独立电压源电流由外电路决定2）u-i特性：2、理想独立电流源（idealindependentcurrentsource)电路符号：A、独立电流源电流与电路其它部分无关

直流电流源i=Const交流电流源i=100Sin(50t)B、独立电流源电压由外电路决定1）电路特性：2）u-i特性：3、独立电源的开路与短路4、独立电源的功率5、实际电源

三、电路分类1、线性与非线性：线性电路：负荷由线性电阻、线性受控源等线性元件构成的电路，用线性方程来描述。非线性电路：负荷中包含非线性元件的电路，用非线性方程来描述。2、时变与时不变：时不变电路：负荷由时不变元件构成的电路。时变电路：负荷中包含时变元件的电路。四、基尔霍夫定律

（Kirchhoff’sLaws）1、术语a、支路branch:电路中通过同一电流的每个分支

。(b)b、节点node:若3个或更多支路的连接点。(n)c、路径path:两个节点间包含的支路。e、回路loop:由支路组成的闭合路径。(l)f、网格mesh:若平面电路中不与其余支路相交的回路。2、Kirchhoff’sCurrentLaws(KCL)流入或流出节点的电流代数和为零。Σi(t)=0,KCL物理基础是电流连续性。举例广义KCL方程：i=012i1=i2+_12113V+_1VI=?3、Kirchhoff’sVoltageLaws(KVL)回路中所有电压的代数和为零。

Σu(t)=0,有两种方向：顺时针、逆时针广义KVL：电路中任意两点间的电压等于两点间任意一条路径经过的各元件电压的代数和。KCL、KVL小结：(1)KCL是对支路电流的线性约束，KVL是对支路电压的线性约束。(2)KCL、KVL与组成支路的元件性质及参数无关。(3)基尔霍夫定律与元件特性构成了电路分析的基础。(4)根据参考方向正确表示KCL,KVL。例题

求U，I举例课堂习题（1）图中电路的电压Uab等于ab-+3V3Ω+-2V1Ω2A（3）下图中，已知：100V电源发出100W功率，I＝（），U＝（）＋－100V20ΩI＋－U＋－60V（4）试求下列各电路中的未知电流。I1I2I3I1＝－5AI2＝10AI1I2I3I4I1＝－5A，I2＝10AI3＝3A（5）下图中，6V电压源发出功率()w，1A电流源吸收功率(