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1、下一頁(yè),章目錄,返回,上一頁(yè),退出,第,1,章 電路的基本概念與基本定律,1.1,電路的作用與組成部分,1.2,電路模型,1.3,電壓和電流的參考方向,1.4,歐姆定律,1.5,電源有載工作、開(kāi)路與短路,1.6,基爾霍夫定律,1.7,電路中電位的概念及計(jì)算,本章要求:,1.理解電壓與電流參考方向的意義；,2.,理解電路的基本定律并能正確應(yīng)用；,3.,了解電路的有載工作、開(kāi)路與短路狀態(tài)，理解,電功率和額定值的意義；,4.,會(huì)計(jì)算電路中各點(diǎn)的電位。,第,1,章 電路的基本概念與基本定律,1.1,電路的作用與組成部分,(1)實(shí)現(xiàn)電能的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換,(2)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞與處理,放大器,揚(yáng)聲器,話(huà)筒
2、,1.電路的作用,電路是電流的通路，是為了某種需要由電工設(shè)備或電路元件按一定方式組合而成。,發(fā)電機(jī),升壓,變壓器,降壓,變壓器,電燈,電動(dòng)機(jī)電爐,.,輸電線(xiàn),2.,電路的,組成部分,電源:,提供,電能的裝置,負(fù)載:,取用,電能的裝置,中間環(huán)節(jié)：,傳遞、分,配和控制電能的作用,發(fā)電機(jī),升壓,變壓器,降壓,變壓器,電燈,電動(dòng)機(jī)電爐,.,輸電線(xiàn),直流電源,直流電源:,提供能源,負(fù)載,信號(hào)源:,提供信息,2.,電路的,組成部分,放大器,揚(yáng)聲器,話(huà)筒,電源或信號(hào)源的電壓或電流稱(chēng)為激勵(lì)，它推動(dòng)電路工作；由激勵(lì)所產(chǎn)生的電壓和電流稱(chēng)為響應(yīng)。,信號(hào)處理：,放大、調(diào)諧、檢波等,1.2,電路模型,手電筒的電路模型,
3、為了便于用數(shù)學(xué)方法分析電路,一般要將實(shí)際電路模型化，用足以反映其電磁性質(zhì)的理想電路元件或其組合來(lái)模擬實(shí)際電路中的器件，從而構(gòu)成與實(shí)際電路相對(duì)應(yīng)的電路模型。,例：手電筒,手電筒由電池、燈泡、開(kāi)關(guān)和筒體組成。,理想電路元件主要有電阻元件、電感元件、電容元件和電源元件等。,+,R,0,R,開(kāi)關(guān),E,I,電珠,+,U,干電池,導(dǎo)線(xiàn),手電筒的電路模型,電池,是電源元件，其參數(shù)為電動(dòng)勢(shì),E,和內(nèi)阻,R,o,；,燈泡,主要具有消耗電能的性質(zhì)，是電阻元件，其參數(shù)為電阻,R,；,筒體,用來(lái)連接電池和燈泡，其電阻忽略不計(jì)，認(rèn)為是無(wú)電阻的理想導(dǎo)體。,開(kāi)關(guān),用來(lái)控制電路的通斷。,今后分析的都是指電路模型，簡(jiǎn)稱(chēng)電路。在
4、電路圖中，各種電路元件都用規(guī)定的圖形符號(hào)表示。,+,R,0,R,開(kāi)關(guān),E,I,電珠,+,U,干電池,導(dǎo)線(xiàn),1.3,電壓和電流的參考方向,物理中對(duì)基本物理量規(guī)定的方向,1.電路基本物理量的實(shí)際方向,物理量,實(shí) 際 方 向,電流,I,正電荷運(yùn)動(dòng)的方向,電動(dòng)勢(shì),E,(電位升高的方向),電壓,U,(電位降低的方向),高電位,低電位,單 位,kA、A、mA、A,低電位,高電位,kV、V、mV、V,kV、V、mV、V,(2),參考方向的表示方法,電流：,U,ab,雙下標(biāo),電壓：,(1),參考方向,I,在分析與計(jì)算電路時(shí)，對(duì)電量任意假定的方向。,I,ab,雙下標(biāo),2.電路基本物理量的參考方向,箭 標(biāo),a,b
5、,R,I,正負(fù)極性,+,a,b,U,U,+,_,+,R,0,E,3V,注意：,在參考方向選定后,電流(或電壓)值才有正負(fù)之分。,實(shí)際方向與參考方向,一致,，電流(或電壓)值為,正值,；,實(shí)際方向與參考方向,相反,，電流(或電壓)值為,負(fù)值,。,(3),實(shí)際方向與,參考方向的關(guān)系,I,=0.28A,I,=,0.28A,電動(dòng)勢(shì),為,E,=3V,方向由負(fù)極,指向正極,；,U,+,+,R,0,E,3V,U,+,例:,電路如圖所示。,電流,I,的參考方向與實(shí)際方向相同，,I,=0.28A,由,流向,反之亦然。,電壓,U,的參考方向與實(shí)際方向相反,U,=,2.8V,;,即:,U,=,U,電壓,U,的參考方
6、向與實(shí)際方向相同,U,=2.8V,方向由,指向,；,2.8V,2.8V,1.4,歐姆定律,U,、,I,參考方向相同時(shí),U,、,I,參考方向相反時(shí),R,U,+,I,R,U,+,I,表達(dá)式中有兩套正負(fù)號(hào)：,(1)式前的正負(fù)號(hào)由,U,、,I,參考方向的關(guān)系確定；,(2),U,、,I,值本身的正負(fù)則說(shuō)明實(shí)際方向與參考方向,之間的關(guān)系。,通常取,U,、,I,參考方向相同。,U,=,I R,U,=,IR,解:,對(duì)圖(a)有,U,=,IR,例:,應(yīng)用歐姆定律對(duì)下圖電路列出式子，并求電阻,R,。,對(duì)圖(b)有,U,=,IR,R,U,6V,+,2A,R,+,U,6V,I,(a),(b),I,2A,電流的參考方向
7、,與實(shí)際方向相反,電壓與電流參,考方向相反,電路端電壓與電流的關(guān)系稱(chēng)為伏安特性。,遵循歐姆定律的電阻稱(chēng)為線(xiàn)性電阻，它表示該段電路電壓與電流的比值為常數(shù)。,I,/,A,U,/,V,o,線(xiàn)性電阻的伏安特性,線(xiàn)性電阻的概念：,線(xiàn)性電阻的伏安特性是一條過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)。,1.5,電源有載工作、開(kāi)路與短路,開(kāi)關(guān)閉合,接通電源與負(fù)載,負(fù)載端電壓,U,=,IR,1.電壓電流關(guān)系,1.5.1 電源有載工作,(1),電流的大小由負(fù)載決定。,(2)在電源有內(nèi)阻時(shí)，,I,U,。,或,U,=,E,IR,0,電源的外特性,E,U,I,0,當(dāng),R,0,R,時(shí)，則,U,E,，表明當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，電源的端電壓變化不大，即帶負(fù)載能力
8、強(qiáng)。,R,0,E,R,+,I,開(kāi)關(guān)閉合,接通電源與負(fù)載。,負(fù)載端電壓,U,=,IR,電源有載工作,或,U,=,E,IR,o,UI,=,EI,I,2,R,o,P,=,P,E,P,負(fù)載,取用,功率,電源,產(chǎn)生,功率,內(nèi)阻,消耗,功率,(3)電源輸出的功率由負(fù)載決定。,負(fù)載大小的概念:,負(fù)載增加指負(fù)載取用的,電流和功率增加(電壓一定)。,R,0,E,R,+,I,1.電壓電流關(guān)系,2.功率與功率平衡,3.,電源與負(fù)載的判別,U,、,I,參考方向不同，,P,=,UI,0,，,電源,；,P,=,UI,0,，,負(fù)載,。,U,、,I,參考方向相同，,P,=,UI,0,，,負(fù)載,；,P=UI,0,，,電源,。,
9、(1),根據(jù),U,、,I,的,實(shí)際方向判別,(2),根據(jù),U,、,I,的,參考方向判別,電源：,U,、,I,實(shí)際方向相反，即電流從“+”端流出，,（發(fā)出功率）,負(fù)載：,U,、,I,實(shí)際方向相同，即電流從“,-,”端流出。,（吸收功率）,例:,已知:電路中,U,=220V，,I,=5A，內(nèi)阻,R,01,=,R,02,=0.6,。,求:(1)電源的電動(dòng)勢(shì),E,1,和負(fù)載的反電動(dòng)勢(shì),E,2,；,(2)說(shuō)明功率的平衡關(guān)系。,R,01,E,1,U,I,+,+,R,02,E,2,+,解：,(1)對(duì)于電源,U,=,E,1,-,U,1,=,E,1,-,IR,01,即,E,1,=,U,+,IR,01,=220+
10、5,0.6=223V,U,=,E,2,+,U,2,=,E,2,+,IR,02,即,E,2,=,U,-,IR,02,=220-5,0.6=217V,(2),由上面可得，,E,1,=,E,2,+,IR,01,+,IR,02,等號(hào)兩邊同時(shí)乘以,I,，則得,E,1,I,=,E,2,I,+,I,2,R,01,+,I,2,R,02,代入數(shù)據(jù)有 223 5=217 5+5,2,0.6+5,2,0.6,1115W=1085W+15W+15W。,電氣設(shè)備的額定值,額定值:電氣設(shè)備在正常運(yùn)行時(shí)的規(guī)定使用值,1.額定值反映電氣設(shè)備的使用安全性；,2.額定值表示電氣設(shè)備的使用能力。,例：,一只,220V,60W的白熾
11、燈,接在220V的電源上，試求通過(guò)電燈的電流和電燈在220V電壓下工作時(shí)的電阻。如果每晚工作3h(小時(shí))，問(wèn)一個(gè)月消耗多少電能?,注意：,電氣設(shè)備工作時(shí)的實(shí)際值不一定都等于其,額定值，要能夠加以區(qū)別。,解:,通過(guò)電燈的電流為,電氣設(shè)備的三種運(yùn)行狀態(tài),欠載(輕載),：,I I,N,，,P I,N,，,P P,N,(設(shè)備易損壞),額定工作狀態(tài)：,I=I,N,，,P=P,N,(經(jīng)濟(jì)合理安全可靠),在220V電壓下工作時(shí)的電阻,一個(gè)月用電,W,=,Pt,=60W,(3 30),h,=0.06kW 9,0h,=5.4kW.,h,特征:,開(kāi)關(guān) 斷開(kāi),電源開(kāi)路,I=,0,電源端電壓,(開(kāi)路電壓),負(fù)載功率,
12、U,=U,0,=E,P,=,0,1.開(kāi)路處的電流等于零；,I,=0,2.開(kāi)路處的電壓,U,視電路情況而定。,電路中某處斷開(kāi)時(shí)的特征:,I,+,U,有,源,電,路,I,R,o,R,+,-,E,U,0,+,-,電源外部端子被短接,電源短路,特征:,電源端電壓,負(fù)載功率,電源產(chǎn)生的能量全被內(nèi)阻消耗掉,短路電流（很大）,U,=,0,P,E,=,P=I,R,0,P,=,0,1,.,短路處的電壓等于零；,U,=0,2,.,短路處的電流,I,視電路情況而定。,電路中某處短路時(shí)的特征:,I,+,U,有,源,電,路,I,R,R,o,+,-,E,1.6,基爾霍夫定律,支路：,電路中的每一個(gè)分支。,一條支路流過(guò)一個(gè)
13、電流，稱(chēng)為支路電流。,結(jié)點(diǎn)：,三條或三條以上支路的聯(lián)接點(diǎn)。,回路：,由支路組成的閉合路徑。,網(wǎng)孔：,內(nèi)部不含回路的回路。,I,1,I,2,I,3,1,2,3,b,a,+,-,E,2,R,2,+,-,R,3,R,1,E,1,例1：,支路：ab、bc、ca、,（共6條）,回路：abda、abca、adbca,（共7 個(gè)）,結(jié)點(diǎn),：,a、b、c、d,(共4個(gè)）,網(wǎng)孔：abd、abc、bcd,（共3 個(gè)）,a,d,b,c,E,+,G,R,3,R,4,R,2,I,2,I,4,I,G,I,1,I,3,I,R,1,6條支路-b=6,4個(gè)節(jié)點(diǎn)-n=4,7個(gè)回路-L=7,該電路擁有,HOME,基爾霍夫電流定律(
14、,KCL定律),1定律,即:,入,=,出,在任一瞬間，流向任一結(jié)點(diǎn)的電流等于流出該結(jié)點(diǎn)的電流。,實(shí)質(zhì):,電流連續(xù)性的體現(xiàn)。,或:,=0,對(duì)結(jié)點(diǎn),a,：,I,1,+,I,2,=,I,3,或,I,1,+,I,2,I,3,=0,基爾霍夫電流定律,（KCL）,反映了電路中任一結(jié)點(diǎn)處各支路電流間相互制約的關(guān)系。,b,a,+,-,E,2,R,2,+,-,R,3,R,1,E,1,I,1,I,2,I,3,電流定律可以推廣應(yīng)用于包圍部分電路的任一假設(shè)的閉合面。,2推廣,I,=?,例:,I,=0,I,A,+,I,B,+,I,C,=0,2,+,_,+,_,I,5,1,1,5,6V,12V,I,A,I,B,I,CA,
15、I,BC,I,AB,A,C,B,I,C,廣義結(jié)點(diǎn),在任一瞬間，沿任一回路循行方向，回路中各段電壓的代數(shù)和恒等于零。,基爾霍夫電壓定律（,KVL,定律),1,定律,即：,U,=0,在任一瞬間，從回路中任一點(diǎn)出發(fā)，沿回路循行一周，則在這個(gè)方向上電位升之和等于電位降之和。,對(duì)回路1,：,對(duì)回路2,：,E,1,=,I,1,R,1,+,I,3,R,3,I,2,R,2,+,I,3,R,3,=,E,2,或,I,1,R,1,+,I,3,R,3,E,1,=0,或,I,2,R,2,+,I,3,R,3,E,2,=0,1,2,基爾霍夫電壓定律,（KVL,）,反映了電路中任一回路中各段電壓間相互制約的關(guān)系。,I,1,I
16、,2,I,3,b,a,+,-,E,2,R,2,+,-,R,3,R,1,E,1,1列方程前,標(biāo)注,回路循行方向；,電位升=電位降,E,2,=,U,BE,+,I,2,R,2,U,=0,I,2,R,2,E,2,+,U,BE,=0,2應(yīng)用,U,=0,列方程時(shí),，,項(xiàng)前符號(hào)的確定：,如果規(guī)定電位降取正號(hào)，則電位升就取負(fù)號(hào)。,3.開(kāi)口電壓可按回路處理,注意：,1,對(duì)回路1,：,E,1,U,BE,E,+,B,+,R,1,+,E,2,R,2,I,2,_,例：,對(duì)網(wǎng)孔abda,：,對(duì)網(wǎng)孔acba,：,對(duì)網(wǎng)孔bcdb,：,R,6,I,6,R,6,I,3,R,3,+,I,1,R,1,=0,I,2,R,2,I,4,R,4,I,6,R,6,=0,I,4,R,4,+,I,3,R,3,E,=0,對(duì)回路 adbca，沿逆時(shí)針?lè)较蜓?：,I,1,R,1,+,I,3,R,3,+,I,4,R,4,I,2,R,2,=0,應(yīng)用,U,=0,列方程,對(duì)回路 cadc，沿逆時(shí)針?lè)较蜓?：,I,2,R,2,I,1,R,1,+,E,=0,a,d,b,c,E,+,R,3,R,4,R,1,R,2,I,2,I,4,I,6,I,1,I,3,
電工學(xué)第六版課件1秦增煌
