chapter1_电路的基本概念与基本定律

说明：在一个电路中，电源产生的功率和负载取用的功率及内阻上消 耗的功率是平衡的。
3、电源与负载的判别
1. 根据 U、I 的实际方向判别 电源： U、I 实际方向相反，即电流从“+”端流出， （发出功率）； 负载： U、I 实际方向相同，即电流从“-”端流出。 （吸收功率）。 2. 根据 U、I 的参考方向判别 U、I 参考方向相同，P =UI 0，负载； P = UI 0，电源。 U、I 参考方向不同，P = UI 0，电源； P = UI 0，负载。
发电机 升压 变压器 输电线 降压 变压器
电灯 电动机 电脑 ...
(2)实现信号的传递与处理 话筒 扬声器
放 大 器
2. 电路的组成部分
电源: 提供 电能的装置
负载: 取用 电能的装置
发电机
升压 变压器
输电线
降压 变压器
电灯 电动机 电炉 ...
中间环节：传递、分 配和控制电能的作用
2.电路的组成部分
电气设备的额定值 例： 空调：UN = 220V ，PN = 1500W 电炉： UN = 220V ，PN =800 W 额定值: 电气设备在正常运行时的规定正常容许值 UN 、ＩN 、PN
1. 额定值反映电气设备的使用安全性；
2. 额定值表示电气设备的使用能力。 电气设备的三种运行状态
额定工作状态： I = IN ，P = PN (经济合理安全可靠) 过载(超载)： I > IN ，P > PN (设备易损坏) 欠载(轻载)： I < IN ，P < PN (不经济.4.4
1.5 电源有载工作、开路与短路
1.5.1 电源有载工作
将下图的开关合上，接通电源与负载，这就是电源的有载 工作。 I
+
E
+ U
1、电压与电流

应用欧姆定律可列出电路中的电流：
R0
I
R
E I R0 + R
或 U = E – IR0 U 电源的外特性 由上式可见，电源端电压小于电动势， E 两者之差为电源内阻产生的电压降，电
I1 + E1 R1 1
a
I2 R2 3 +
I3
b
R3
2
E2
例1： I1 G I3 I
+
a
I2 c I4
IG
d
b E
–
支路：ab、ac、ad、bc、 bd、cd… （共6条） 结点：a、 b、c、d (共4个） 回路：abda、abca、 acbda、 bcdb、acda、avdba、 abcda … （共7 个）
+ E _
+ U _ b
电压： 正负极性 + a Uab U–
b
双下标
(3) 实际方向与参考方向的关系 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。 例： a I R + U – a R b b 若 I = 5A，则电流从 a 流向 b； 若 I = –5A，则电流从 b 流向 a 。
2.《电工学电工技术全程辅导》，韩朝主编 ，北 京理工大学出版社
第 1 章 电路的基本概念与基本定律
湖南工业大学 电工学教研室
第1章 电路的基本概念与基本定律
1.1 电路的作用与组成部分
1.2 电路模型 1.3 电压和电流的参考方向 1.4 欧姆定律 1.5 电源有载工作、开路与短路 1.6 基尔霍夫定律（重点）
【例1.5.2】有一220V 60W 的电灯，接在 220V的电源上，试求通过灯的电流和电灯在 220V电压下工作时的电阻。如果每晚用3h（小 时），问一个月消耗电能多少？
【解】
P 60 I A 0.273 A U 220
U 220 R 0.806 I 0.273
W Pt 60W (3 30)h 5.4kW h
1.7 电路中电位的概念及计算
第1章 电路的基本概念与基本定律
本章要求: 1.理解电压与电流参考方向的意义；
2. 理解电路的基尔霍夫定律并能正确应用；
3. 了解电路的有载工作、开路与短路状态，理 解电功率和额定值的意义； 4. 会计算电路中各点的电位。
1.1 电路的作用与组成部分
电路是电流的通路，是为了某种需要由电工设备 或电路元件按一定方式组合而成。 1. 电路的作用 (1) 实现电能的传输、分配与转换
b
2．广义结点 电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一 假设的闭合面。 I =? 例: 广义结点 IA A I IB IC
B
C
5
+ 6V _ 1
2
+12V _ 1
5
IA + IB + I C = 0
I=0
1.6.2 基尔霍夫电压定律（KVL定律)
1．定律 在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行 一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。 在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各 段电压的代数和恒等于零。 即： U = 0 I1 I2 a E 对回路1： 1 = I1 R1 +I3 R3 或 I1 R1 +I3 R3 –E1 = 0 R2 + R1 + I3 R3 E2 对回路2：I R +I R =E E1 1 2 2 3 3 2 2 或 I2 R2+I3 R3 –E2 = 0 b 基尔霍夫电压定律（KVL） 反映了电路中任一 回路中各段电压间相互制约的关系。
【例1.5.3】有一额定值为5W 500 的绕线 电阻，其额定电流为多少？在使用时电压不 得超过多大的数值？
【解】 根据瓦数和欧姆数可以求出额定电流，即：
I
P 5 A 0.1A R 500
在使用时不得超过
U RI 500 0.1V 50V
1.5.2 电源开路
开关 断开 特征:
（1）电源： U E1 R01 I
E1 U + R01 I 223
负载： U E + R I 2 02
E2 U R02 I 217
（2） 由（1）两式得： E1
两边同乘以I:
E2 + R01I + R02 I
E1 I E2 I + R01 I 2 + R02 I 2 223 5W 217 5W + 0.6 52W + 0.6 52W
电工学
电工学是研究电工技术和电子技术的理论和应用的技术基础课程。
本课程的特点
学习方法：
1. 基础性 2. 应用性 3. 先进性
1.掌握物理概念、理论和工作原理
2.独立完成练习和习题 3.工程性很强，要重视试验和生活实际应用 4.要预习、复习，并适当做笔记 参考书： 1.《电工学》，王元熊主编，上海交大出版社
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 。
注意： 在参考方向选定后，电流 ( 或电压 ) 值才有正负 之分。 （ 习题1.3.1-1.3.3）
1.4 欧姆定律
U 欧姆定律：流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比： R I
U、I 参考方向相同时， U、I 参考方向相反时， + + U = – IR U=IR
信号处理： 放大、调谐、检波等
信号源: 提供信息
话筒
放 大 器
扬声器
直流电源: 提供能源
负载
直流电源
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。
所谓电路分析，就是在已知电路的结构和元件参数的条件下，讨论电 路的激励与响应之间的关系。
1. 2 电路模型
• 实际电路都是根据人们的需要将实际的电路元件或 器件搭接起来，以完成人们的预想要求。 • 为了便于对实际电路进行分析和用数学描述，将实 际元件理想化。 • 理想电路元件：突出实际电路元件主要电磁性质， 忽略次要因素。（电阻、电感、电容、电源） • 由：理想电路元件组成的电路就是实际电路的 电路模型。（对实际电路电磁性质的科学抽象和概括）
电压 U
电动势E
电路分析中的参考方向（假设方向）
问题的提出：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？
A
R IR
B
U1
U2
2. 电路基本物理量的参考方向 (1) 参考方向 I a R
在分析与计算电路时，对 电量任意假定的方向。
(2) 参考方向的表示方法 电流： I 箭 标 a R b
I=0 U = U0 = E 电源端电压 ( 开路电压 ) 负载功率 P= 0
+
E
I +

Ro
U0
R
1.5.3 电源短路
电源两端被短接 特征: E I IS 短路电流（很大） R0 U= 0 电源端电压 P= 0 负载功率 PE = P = I² 0 电源产生的能量全被内阻消耗掉 R
手电筒的电路模型
导线
• 实际电路：
灯 泡
开关 开关
电 池
• 电路模型：
+ +
SS E 开关 E 开关 R00 R
I
R R
灯 泡 电 珠
干电池 干电池
手电筒的电路模型
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。
I E
S
开关 R
+ +
–
U
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。