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第1章直流电路1.1电路的组成及基本电量1.2电路的基本定律1.3直流电路的分析计算本章主要内容本章的重点和难点1、电压和电流的正方向2、电路的基本定律——基尔霍夫定律3、关于电位的计算4、戴维宁定理§1.1电路的组成及基本电量电路:是供电电流流通的路径,它是为了某种需要由某些电气元件或设备按一定方式组合起来的。一、电路的组成电源、负载、中间环节三部分。发电机电灯电动机电炉升压变压器降压变压器输电线电源中间环节负载电源:将非电能转换成电能的装置,例如:发电机、干电池负载:将电能转换成非电能的装置,例如:电动机、电炉、灯中间环节:连接电源和负载的部分,有传输和分配电能的作用。例如:输电线路直流电源直流电源:提供能源信号处理:放大、调谐、检波等负载信号源:提供信息放大器扬声器话筒电源或信号源的电压或电流称为激励,它推动电路工作;由激励所产生的电压和电流称为响应。电路的作用在电力系统中,电路是实现电能的传输、分配和转换。在电子电路中,电路的作用是传递和处理信号。二、电路模型我们在研究和分析一个实际电路时,对于一些与研究无关的因素我们无需考虑,比如负载电源的形状、大小等等,只考虑其电特性就可以。用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电路中的器件。这样我们在画一个电路图时无需把实物的形状画出,可将电源负载等简单化,理想化。理想电路元件:主要有电阻、电感、电容元件、电源元件。理想化电路元件的图形符号电路模型:由理想电路元件所组成的电路,就是实际电路的电路模型,简称为电路。手电筒的电路模型例:手电筒R+RoE–S+U–I电池导线灯泡开关手电筒由电池、灯泡、开关和筒体组成。今后分析的都是指电路模型,简称电路。在电路图中,各种电路元件都用规定的图形符号表示。手电筒的电路模型R+RoE–S+U–I电池导线灯泡开关电池是电源元件,其参数为电动势E和内阻Ro;灯泡主要具有消耗电能的性质,是电阻元件,其参数为电阻R;筒体用来连接电池和灯泡,其电阻忽略不计,认为是无电阻的理想导体。开关用来控制电路的通断。简单电路和复杂电路凡能用欧姆定律和电阻串、并联求解的电路,称为简单电路,否则称为复杂电路。在电路中我们经常用到下列术语:支路:电路中每一段无分支的电路称为支路。(流过的电流相等)节点:电路中三条或三条以上的支路的连接点称为节点。回路:电路中任何一闭合路径称为回路。网孔:内部不含支路的回路称为网孔。电路的基本物理量电流电动势电压电位电功率三、电路的基本物理量及其正方向1、电流电荷的定向移动形成电流。电流大小:单位时间内通过导体截面的电量。大写I表示直流电流小写i表示电流的一般符号电流的方向?dtdqi电流的单位:安培(A)(国际单位制),1安培表示1秒内通过截面的电荷量为1库仑。常用单位还有千安kA,毫安mA,微安µAA10KA13A10mA10A163A10mA132、电动势用E表示,单位:伏[特](V)。电动势方向:电源负极→正极,即电位升高方向。电动势是衡量外力即非静电力做功能力的物理量。外力克服电场力把单位正电荷从电源的负极搬运到正极所做的功,称为电源的电动势。3、电压电路中a、b点两点间的电压定义为单位正电荷由a点移至b点电场力所做的功。dqdWu电路中a、b点两点间的电压等于a、b两点的电位差。baabVVU电压的方向?电压的单位:在国际单位制中,电压的单位是伏特(V)。电压的单位还有千伏(KV)、毫伏(mV)和微伏(μV),它们之间的换算关系是:V10KV13V10mV10V163V10mV13物理量的实际方向物理量单位实际正方向电流IA、kA、mA、μA正电荷移动的方向电压UV、kV、mV、μV电位降落的方向(高电位低电位)实际方向:物理中对电量规定的方向。参考方向:在分析计算时,对电量人为规定的方向。参考方向的表示方法:Iab双下标箭标abRI电流:Uab双下标电压:正负极性+–abU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。实际方向与参考方向的关系注意:在参考方向选定后,电流(或电压)值才有正负之分。若I=5A,则电流从a流向b;例:若I=–5A,则电流从b流向a。abRIabRU+–若U=5V,则电压的实际方向从a指向b;若U=–5V,则电压的实际方向从b指向a。电路分析中的正方向(参考方向)在复杂电路中难于判断元件中物理量的实际方向,电路如何求解?电流方向AB?电流方向BA?E1ABRE2IR(1)在解题前先设定一个正方向,作为参考方向;解决方法(3)根据计算结果确定实际方向:若计算结果为正,则实际方向与假设方向一致;若计算结果为负,则实际方向与假设方向相反。(2)根据电路的定律、定理,列出物理量间相互关系的代数表达式;例已知:UE=2V,R=1Ω问:当U分别为3V和1V时,IR=?解:(1)假定电路中物理量的参考方向如图所示;(2)列电路方程:REUUURERUUUIRRREUUUUEIRRabU+_+_UR+_UE(3)数值计算A1121V1A112-33VRRIUIU(实际方向与参考方向一致)(实际方向与参考方向相反)ERUUIRIRRabU+_+_UR+_(3)为了避免列方程时出错,习惯上把I与U的方向按相同方向假设。(1)“实际方向”是物理中规定的,而“参考方向”则是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。(2)在以后的解题过程中,注意一定要先假定物理量的参考方向,然后再列方程计算。缺少“参考方向”的物理量是无意义的.提示对一个元件,电流参考方向和电压参考方向可以相互独立地任意确定,但为了方便起见,常常将其取为一致,称关联参考方向;如不一致,称非关联参考方向。+ u -(a)关联方向abi- u +(b)非关联方向abi如果采用关联方向,在标示时标出一种即可。如果采用非关联方向,则必须全部标示。4、电位单位:V首先选定参考点,参考点的电位为零,电路中某点的电位即为该点到参考点的电压。参考点在电路图中用符号“”表示,电位计算电压计算5、电功率aIRUb功率的概念:设电路任意两点间的电压为U,流入此部分电路的电流为I,则这部分电路消耗的功率为:WIUP功率有无正负?如果UI方向不一致结果如何?单位:瓦特在U、I正方向选择一致的前提下,IRUab或IRUab“吸收功率”(负载)“发出功率”(电源)若P=UI0若P=UI0IUab+-根据能量守衡关系P(吸收)=P(发出)当计算的P0时,则说明U、I的实际方向一致,此部分电路消耗电功率,为负载。所以,从P的+或-可以区分器件的性质,或是电源,或是负载。功率的结论在进行功率计算时,如果假设U、I正方向一致。当计算的P0时,则说明U、I的实际方向相反,此部分电路发出电功率,为电源。6、电能时间t内所转换的电功率。W=Pt单位:焦[耳](J)。注:在实际应用中,电能的另一个常用单位是千瓦时(1KW·h),1千瓦时就是常说的1度电。J103.6hKW16三、电路的工作状态1、负载状态I+US-R0Rabcd+U-RRUI0SIRU0SIRUUPPPEP=UI:电源输出的功率PS=USI:电源产生的功率ΔP=I2R0:内阻消耗的功率I+US-R0SRabcd+U-2、空载状态00S0CPUUUI3、短路状态02E0SSC00RIPPPRUIIUI+US-R0Rabcd+U-4、额定值与实际值各种电器设备的电压,电流和功率的额定值是指制造厂为了使产品正常运行而规定的正常容许值。用UN,IN,PN表示。额定值是电器设备的额定工作条件;在使用时,电压、电流、功率的实际值不一定等于它们的额定值。
本文标题:1、2(电路的组成及基本电量)
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