电工基础（第2版）课件：电路的基本概念认知

了解电路模型和电路的基本物理量；理解电流、电压参考方向的问题；深刻理解电路中电位的概念并能熟练计算电路中各点的电位；熟悉电路在不同工作状态下的特点。

电路的基本概念认知学习要点负载：1.1电路和电路模型电路

——由实际元器件构成的电流的通路。一、电路的组成电源（或信号源）：电路中提供电能或信号的装置。如发电机、蓄电池、话筒等。在电路中接收电能的设备。如电动机、电灯等。中间环节：电源和负载之间不可缺少的连接、控制和保护部件，如连接导线、开关设备、测量设备以及各种继电保护设备等。

电路可以实现电能的传输、分配和转换。电力系统中：电子技术中：

电路可以实现电信号的传递、存储和处理。二、电路的主要功能三、电路模型和电路元件电源负载实体电路中间环节

与实体电路相对应、由理想元件构成的电路图，称为实体电路的电路模型。电路模型负载电源开关连接导线SRL+

U–IUS+_R0白炽灯的电路模型可表示为：

实际电路器件品种繁多，其电磁特性较为复杂，采取模型化处理可获得有意义的分析效果。如iR

R

L消耗电能的电特性可用电阻元件表征产生磁场的电特性可用电感元件表征由于白炽灯中耗能的因素大大于产生磁场的因素，因此L可以忽略。

理想电路元件是实际电路器件的理想化和近似，其电特性单一、确切，可进行定性、定量的分析和计算。白炽灯电路RC+

US–电阻元件只具耗能的电特性电容元件只具有储存电能的电特性理想电压源输出电压恒定，输出电流由它和负载共同决定理想电流源输出电流恒定，两端电压由它和负载共同决定L电感元件只具有储存磁能的电特性IS理想电路元件分有无源和有源两大类无源二端元件有源二端元件

必须指出，电路在进行上述模型化处理时，实际电路中各部分的基本电磁现象可以分别研究，我们要做到的是具体电路，具体分析。1.2电路基本物理量常用的电工测量、计量工具：机械万用表数字万用表钳表电能表一、电流（i或I）电荷有规则的定向移动形成电流。电流的大小用电流强度来表示，用于表征同一时间内流过导体横截面的电荷量的多少。·大小：·方向：习惯上规定为正电荷移动的方向。·单位：安培【A】换算：1A=103mA=106μA=109nAIQt=·分类：（1）直流电流：大小、方向均不随时间变化的电流。或写为（2）变动电流：大小、方向随时间变化的电流。（日常接触较多的是正弦交流电流）注意：变量用小写字母表示，恒量用大写字母表示。

在电路分析中，表示电流方向可用实线箭头表示，也可用双下标表示：例如：①电流I由A流向B，为IAB或

②电流I由B流向A，为IBA或（注意：IAB=-IBA，两个电流大小相等，负号表示方向相反。）二、电压（u或U）

物理学上对电压的定义是：电场力把单位正电荷从电场中的一点A移到另一点B所做的正功称为A、B两点间的电压。·大小：·方向：规定为由高电位（+）指向低电位（-）。（即电压降落的方向，故电压又称作电压降。）·单位：伏特【V】

换算：1V=103mV=10－3KV·分类：（1）直流电压：（2）交流电压。

在电路分析中，电流方向的表示方法：⑴实线箭头，⑵双下标，⑶高、低电位：

例如：UAB为电压U由A指向B，或A、B两点间的电压、A点到B点的电压。

当电场力做功将正电荷从B点移到A点，电压用uBA

表示。

uAB

=－uBA

负号表示的是电压的方向相反。∴

改变电压的起点与终点的顺序，电压的数值不变，两者相差一个负号。三、电位（V）

在分析电子电路中，常用到电位这一概念。例如二极管的阳极电位大于阴极电位时，二极管导通。

电位：在规定了参考点（O）以后，电路中任一点（A）到参考点（O）之间的电压称为该点（A）的电位（VA）。·单位：伏特【V】

注意：①

应用电位时，须规定电路中某一点作为参考点，该点电位称为参考电位；②

参考点电位一般为0，即VO=0，在电路图中用符号“

”表示参考点。

电位、电压的区别与联系：例：如图，UAB=5V。①

以B点为参考点时，VB=0，VA=UAB=5VVA-VB=5V=UAB②

以A点为参考点时，VA=0，VB=UBA=-UAB=-5VVA-VB=0-（-5）=UAB∴

可见：（Ⅰ）电路中任意两点间的电压等于该两点之间的电位差；（Ⅱ）各点电位的高低是相对的，两点间的电压是绝对的。

（参考点选择不同，电路中各点的电位值随之改变，但任意两点间的电压值是不变的）四、电流、电压的参考方向

在电路分析中，求解的电路变量如电压、电流都是有大小和方向的，且它们的实际方向事先往往不懂。

为了分析、计算的方便，就事先任意假定一个方向作为它们的参考方向，即正方向。分析计算后：

电流（电压）值为正值，则实际方向与参考方向一致；

电流（电压）值为负值，则实际方向与参考方向相反。

为什么要在电路图中预先标出参考方向？名词解释：aI负载元件＋U－b非关联参考方向关联参考方向aI电源元件＋U－b五、电能、电功率1、电能

电能的转换是在电流作功的过程中进行的。因此，电流作功所消耗电能的多少可以用电功来量度。·大小：直流情况下：·单位：焦耳【J】，工程上常用千瓦时（kWh）或度。1度=1kWh=3.6×106J2、电功率

能量的统计是用功，但实际应用中各用电设备的功率不同，用电时间不同，很难比较。所以在工程上表征用电设备耗能大小的是用功率。（电器铭牌中常见）·大小：电工技术中，单位时间内电流所作的功称为电功率，即电能对时间的变化率，表示元件消耗或提供电能的快慢。

电功率反映了电路元器件能量转换的本领。

·单位：瓦特【W】1W=103mW=10－3kW

判断元件是吸收功率或输出功率的方法：（1）元件的电压、电流为关联参考方向（p=u.i）；（2）元件的电压、电流为非关联参考方向（p=-u.i）；则当p＞0时，元件消耗电能，吸收功率；

当p＜0时，元件向外提供电能，输出功率。

•

举例：右下图电路，若已知元件中电流为I=－100A，电压U=10V，求电功率P，并说明元件是电源还是负载。+UI元件

解：元件的UI为非关联参考方向，因此:元件吸收正功率，说明元件是负载。右下图电路，若已知元件吸收功率为20W，电压U=5V，求电流I。+UI元件

分析：由图可知元件的UI为关联参考方向，因此:I为正值，说明它的实际方向与图上标示的参考方向相同。想想练练1、某用电器的额定值为“220V，100W”，此电器正常工作10小时，消耗多少焦耳电能？合多少度电？2、一只标有“220V，60W”的电灯，当其两端电压为多少伏时电灯能正常发光？正常发光时电灯的电功率是多少？若加在灯两端的电压仅有110伏时，该灯的实际功率为多少瓦？额定功率有变化吗？

3600000J，1度电220V，60W；15W，不变。检验学习结果电路由哪几部分组成？试述电路的功能？为何要引入参考方向？参考方向和实际方向有何联系与区别？何谓电路模型？理想电路元件与实际元器件有何不同？如何判断元件是电源还是负载？

学好本课程，应注意抓好四个主要环节：提前预习、认真听课、及时复习、独立作业。还要处理好三个基本关系：听课与笔记、作业与复习、自学与互学。1.3电路基本元件及其伏安特性一、电阻元件（R）

电阻产品实物图电阻是物体对电流的阻碍作用，主要表现为消耗电能、产生热量。

主要应用：发热、发光等特性（白炽灯、电炉、电烙铁等），串联分压，并联分流等。R

电阻元件是实际电阻的理想模型，具有阻碍电流通过，消耗电能，产生热量的特点（电阻性）,而其他电磁性质忽略不计。·单位：欧姆（Ω）

换算：1MΩ=1000KΩ，1KΩ=1000Ω；

电路符号

电阻元件的特点：1、物体的电阻是其本身所固有的，其阻值与物体的材料性质、几何尺寸以及所处的环境有关：线性电阻元件伏安特性0UI2、线性电阻上电压与电流的关系满足于欧姆定律：

（关联参考方向）·伏安特性：元件两端电压u与通过该元件的电流i之间的关系。)

在平面直角坐标系中，以电流i为横坐标，电压u为纵坐标，可画出线性电阻元件的伏安特性曲线（该曲线是一条过原点的直线）

在第一象限（0°~90°），tg值单调递增，R值越大斜率越大，直线越陡。·线性电阻元件：

，电阻值不随通入电流大小变化而改变，元件的伏安特性曲线是一条直线，服从欧姆定律。·非线性电阻元件：

，电阻值随通入电流大小变化而变化，元件的伏安特性曲线不是一条直线，不服从欧姆定律,例如二极管。

为分析、计算的方便，引入电导参数G，常应用于电阻并联电路的分析、计算。

单位：西门子（S）注：电导表示元件传导电流的能力，电阻表示物体阻碍电流的能力。3、电阻元件是耗能元件，所消耗的电能为·名词解释：电路三种运行状态：（1）通路：电路是导通的；（2）开路（断路）：电路被断开了，无论断口电压为多少，电流始终为0；（3）短路：电路被导线短接了，无论电流多大，端电压始终为0。（电路短路电流很大，会破坏电工设备，是不允许的）二、电感元件（L）L

实际电感线圈由导线绕制而成，通以电流，在其周围产生磁场。实际应用主要有滤波、变压、变流、选频等。

电感元件是实际电感线圈的理想化模型，忽略其自身的损耗，突出其具有储存磁场能量的特性。

电感产品实物图

电感元件图符号·单位：亨利（H）

换算：1H=1000mH，1mH=1000µH。1、线性电感元件的伏安特性满足：电感元件具有“通直阻交”的特性。2、电感元件是储能元件，储存磁场能量为：附：电容器由一对相互靠近而中间隔以绝缘介质（如空气、纸、云母等）的导体构成。将电容器两个极板与一直流电源接通，电容器两极板将分别聚集等量异种电荷，在极板之间建立起电场。若将直流电源撤开，极板上的电荷，极板间的电场依然存在。C

电容产品实物图

电容元件图符号三、电容元件（C）电容元件是实际电容器的理想化模型，忽略其自身的损耗，突出其具有储存电场能量的特性。·单位：法拉（F）

换算：1F=106µF，1µF=106pF。1、线性电容元件：电容元件上的电压发生变化时，极板的的电荷发生变化，电容所在支路有电流通过。2、线性电容元件的伏安特性满足：

电容元件具有“隔直通交”的特性。3、电容元件是储能元件，储存电场能量为：四、

电源元件

任何电源都可以用两种电源模型来表示，输出电压比较稳定的，如发电机、干电池、蓄电池等通常用电压源模型(理想电压源和一个电阻元件相串联的形式)表示；柴油机组汽油机组蓄电池

各种形式的电源设备图

输出电流较稳定的：如光电池或晶体管的输出端等通常用电流源模型(理想电流源和一个内阻相并联的形式)表示。US+_R0ISR0●电压源●电流源理想电压源的外特性0UI（1）电压源1）理想电压源