第1部分 基本概念和基本定律

基本概念和基本定律155-1第一部分基本概念和基本定律1.5基尔霍夫定律1.4电源模型介绍1.3电路中基本元器件1.2基本物理量1.1电路和电路模型基本概念和基本定律155-21.1电路和电路模型1.1.1实际电路1.1.2电路模型基本概念和基本定律教学目标：1、掌握实际电路的组成三要素；2、掌握电路的作用；3、掌握理想元器件的定义；4、掌握本课程常用电路元器件的符号。基本概念和基本定律155-4一、电路的组成电路：由电气器件或设备，按一定方式连接起来，完成能量的传输、转换或信息的处理、传递。组成：电源、负载和中间环节。1.1.1电路220V开关S镇流器L启辉器日光灯管R日光灯实际电路基本概念和基本定律155-5▪前者如电力供电电路、电器设备的控制电路等。实现能量的转换、传输和控制实现信号的传递、处理和存储电路的作用：发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线▪后者如通信电路、测量电路、计算机存储电路等。放大器扬声器话筒二、电路的作用基本概念和基本定律155-61.1.2电路模型实际电路的分析方法用仪器仪表对实际电路进行测量，把实际电路抽象为电路模型，用电路理论进行分析、计算。实际的电路是由一些按需要起不同作用的元件或器件所组成，如发电机、变压器、电动机、电池、电阻器等，它们的电磁性质是很复杂的。基本概念和基本定律155-7例如：一个线圈在有电流通过时RL消耗电能（电阻性）产生磁场储存磁场能量（电感性）忽略R为了便于分析与计算实际电路，在一定条件下常忽略实际部件的次要因素而突出其主要电磁性质,把它看成理想电路元件。理想电路元件Li+–u将实际电路中的元件用理想电路元件表示，称为实际电路的电路模型。基本概念和基本定律155-8220V开关S镇流器L启辉器Q日光灯管R实际电路sRLus+-电路模型基本概念和基本定律155-9灯泡电池开关负载电源UUSIR+_控制环节手电筒电路模型基本概念和基本定律155-10①具有相同的主要电磁性能的实际电路部件，在一定条件下可用同一电路模型表示；②同一实际电路部件在不同的应用条件下，其电路模型可以有不同的形式。例电感线圈的电路模型注意基本概念和基本定律155-11电路图分为：原理图、装配图、电路模型图。前两种用于工程中安装、检修和调试；后者用于电路分析。原理图：只表示线路的接法。图形符号见表1-1；装配图：除表示电路的实际接法外，还画出有关部分的装置与结构，反映出电路的几何尺寸和各元件实际形状。电路模型图：由理想电路元件通过一定的连接构成的图。电路元件符号见表1-2。*关于电路图基本概念和基本定律155-12基本概念和基本定律155-13基本概念和基本定律155-14三、电路的分类按电路的几何尺寸l和电路的信号波长的关系，电路可以分为集总参数电路和分布参数电路。l集总参数电路其电路的几何尺寸l远远小于电路的信号波长，即：集总参数电路是由集总元件构成的电路。集总元件：假定发生的电磁过程都集中在元件内部进行。集总参数电路分线性电路、非线性电路分布参数电路其电路的几何尺寸可以和电路信号波长相比拟，即ll或基本概念和基本定律155-151.2.1电流1.2.2电压1.2.5电功率1.2.3电位1.2.4电能1.2电路基本物理量基本概念和基本定律教学目标：1、掌握并熟练运用实际电流（电压）方向与参考电流（电压）方向；2、理解电能、电位的定义；掌握电位与电压的换算；3、掌握电功率的计算；能对元器件吸收（发出）电功率作出判断；能根据元器件吸收（发出）电功率的情况判断元器件是电源还是负载。基本概念和基本定律155-171.2电路的基本物理量1.2.1电流dtdqi★国际单位制（SI）中，电流的单位为安培（A）定义：带电粒子的定向移动称为电流。其大小用电流强度表示。s//CA/时间电荷电流μA101AmA10A1A10kA1633★单位换算电流强度：单位时间内通过导体某一横截面的电荷量，即基本概念和基本定律155-18习题：从1s至3s间，通过导体横截面的电荷量从100C均匀增加到600C，则电流为多少？答案：250A基本概念和基本定律155-19方向实际方向：规定为正电荷的移动方向。参考方向：人为规定。二者关系：i0,相同，i0,相反。电流参考方向与实际方向关系ab电流的实际方向电流的参考方向i0ab电流的实际方向电流的参考方向i0如图：基本概念和基本定律155-20在电路图中，元件的电流参考方向一般用箭头表示，在文字叙述时也可用电流符号加双下标表示，如iab，它表示电流由a流向b。并有iab=-iba。用箭头表示：箭头的指向为电流的参考方向。用双下标表示：如iab,电流的参考方向由a指向b。i参考方向abiabab基本概念和基本定律155-21定义：单位正电荷由电路的a点移到b点所获得或失去的能量，称为a、b两点间的电压，即1.2.2电压dqdwu★国际单位制（SI）中，电压的单位为伏特（V）μV101VmV10V1V10kV1633★单位换算C//JV/电荷电能电压基本概念和基本定律155-22方向:实际方向：若电场力做功,使正电荷从ab失去能量，方向为ab，即a点为高电位(+)，b点为低电位()。所以电压的实际方向为从高电位指向低电位。参考方向：人为规定。二者关系：u0,相同，u0,相反。基本概念和基本定律155-23电压参考方向与实际方向关系如图ab电压的实际方向电压的参考方向u0++--ab电压的实际方向电压的参考方向u0+--+基本概念和基本定律155-24在电路图中，电压的参考方向可以用箭头、“＋”、“－”极性表示，还可以用双下标表示，如下图所示，并有uab=-uba。(1)用箭头表示：(2)用正负极性表示(3)用双下标表示uu+abuab基本概念和基本定律155-25电压电流的参考方向关系有4种：*电压电流的关联参考方向分两类:abu+-iabu-+iabu+-iabu-+i（a）关联参考方向（b）关联参考方向（c）非关联参考方向（d）非关联参考方向（1）参考方向与实际方向一致方向称为（2）参考方向与实际方向不一致方向称为关联参考方向非关联参考方向基本概念和基本定律155-26说明：1.选用哪一种，原则上任意。习惯上：无源元件取一致方向；有源元件取不一致方向。2.u、i参考方向一经确定，计算过程中不得改变。3.电路图中标出的方向均为参考方向。基本概念和基本定律155-27关于参考方向几点说明：（1）电流、电压的实际方向是客观存在的，而参考方向是人为选定的。（2）当电流、电压的参考方向与实际方向一致时，电流、电压值取正号，反之取负号。（3）分析计算每一电流、电压时，都要先选定其各自参考方向，否则计算得出的电流、电压正负值是没有意义的。（4）电路中某一支路或某一元件上的电压与电流的参考方向的选定，可以选一致的参考方向，称关联参考方向；也可选择不一致的参考方向，称非关联参考方向。基本概念和基本定律155-28判断题：在一段电路中，没有电压就没有电流，没有电流就没有电压。答案：错误基本概念和基本定律155-29定义：取电路中某一点为参考点，则电路中点a到参考点的电压称为a点的电位。表为Va。★电位的单位与电压的单位相同:伏特(V)。1.2.3电位BAABVVU电压与电位的关系：方向：电位的参考方向规定为从某点指向参考点。说明：电位是可正、可负的。例如：Vａ0，表示ａ点电位高于参考点电位。说明：参考点的选择是任意的。参考点的电位为零。工程上常选大地或机壳为参考点。基本概念和基本定律155-30baboaoobaoabVVUUUUU如图所示，以电路中的o点为参考点，则有Va=Uao，Vb=Ubo。电位表示图电压:电路中两点之间的电位差.R1VaVbbaO基本概念和基本定律155-31判断题：已知某电路中Uab＝-13V，说明a，b两点中a点电位高。答案：错误基本概念和基本定律155-32判断题：电路中电位参考点变动后,各点电位数值随之而变,两点间的电位差也要发生变化。答案：错误基本概念和基本定律155-33例已知：4C正电荷由a点均匀移动至b点电场力做功8J，由b点移动到c点电场力做功为12J，①若以b点为参考点，求a、b、c点的电位和电压Uab、Ubc;②若以c点为参考点，再求以上各值。解V248qWVaba0bVV3412qWqWVbccbcV202baabVVUV3)3(0cbbcVVU(1)acb基本概念和基本定律155-34acbV54128qWVaca0cVV3412qWVbcbV235baabVVUV303cbbcVVU(2)结论电路中电位参考点可任意选择；参考点一经选定，电路中各点的电位值就唯一确定；当选择不同的电位参考点时，电路中各点电位值将改变，但任意两点间电压保持不变。基本概念和基本定律155-35对于任意一个二端元件，如下图中的元件A。当正电荷在电场力作用下，从元件A的电压“+”极端，经元件移到电压“-”极端，即从高电位端移到低电位端，这时，电场力对正电荷做了功，该元件吸收了电能，如图a所示。元件吸收和发出能量1.2.3电能（单位：焦耳J）Aaib+u-(a)基本概念和基本定律155-36相反，正电荷从元件A的电压“-”极经元件移到电压的“+”极，是外力克服电场力做了功，该元件发出了电能，如图b所示。Aaib+u-(b)元件吸收和发出能量定义电能为功率与时间的乘积。1度电=1kW.h=3.6×106J基本概念和基本定律155-37twtpdd)(mW101WW,101kWkW,101MW333★单位换算：1.2.5电功率★国际制（SI）中，功率的单位为瓦特，简称瓦（W）。p=ui对交流对直流P=UI定义：单位时间内元件吸收或发出的电能为该电路的功率，用p表示，即基本概念和基本定律155-38（1）u、i取关联参考方向时，p=ui：p0为吸收功率，p0为发出功率；（2）u、i取非关联参考方向时，p=-ui：p0为吸收功率，p0为发出功率；所以，从P的正或负可以区分元器件的性质，或是电源，或是负载。u、i方向与p的关系：基本概念和基本定律155-39例1.1如图所示，已知元件A的U=-4V，I=2A；已知元件B的U=5V，I=-3A，求元件A、B的功率是多少，并说明是吸收还是发出功率。例1.1电路图解:AaIb+U-(a)BaIb+U-(b)(1)对于元件A,U、I为关联参考方向PA=UI=（-4）×2W=-8W＜0，元件A发出功率。(2)对于元件B,U、I为非关联参考方向PB=-UI=-5×（-3）W=15W＞0，元件B吸收功率。基本概念和基本定律155-40例1.2某电路中的一部分如图所示，三个元件中流过相同电流I=-1A，U1=2V，（1）求元件a的功率P1，并说明是吸收还是发出功率；（2）若已知元件b吸收功率为12W，元件c发出功率为10W，求U2，U3。P1＝U1I＝2×（-1）W＝-2W＜0，说明元件a发出功率2W。cbaI+U1-+U2-+U3-例1.2图（1）对于元件a，U1、I为关联参考方向解:基本概念和基本定律155-41(2)元件b的U2、I为关联参考方向，且吸收功率，则P2为正值，即P2＝U2I＝12W，所以U2=12/（-1）=-12VcbaI+U1-+U2-+U3-例1.2图(3)元件c的U3、I为非关联参考方向，且发出功率，则P3为负值，即P3＝-U3I＝-10W，所以U3＝-10V基本概念和基本定律155-421A＋10V－A1A－10V＋B-1A＋10V－C-1A－10V＋D选择题：各元件发出和吸收功率情况？A元件A、D吸收功率B、C发出功率B元件A吸收功率B、C、D发出功率C元件A发出功率B、C、D吸收功率D元件B、C吸收功率A、D发出功率答案：B基本概念和基本定律155-431.3电路元件1.3.2电感1.3.1电阻1.3.3电容基本概念和基本定