1 电路的基本概念与基本定律

+ Ro
+
I +
U0 I
R
电源短路
E I IS R0 U= 0 P= 0 PE = P = I² 0 R
E
+
U R
-
R0
短路电流（很大） 电源端电压 负载功率 电源产生的能量全被内阻消耗掉 下一页 总目录 章目录 返回 上一页
电源短路
E 特征: E I IS R0 U= 0 P= 0 PE = P = I² 0 R
VA 20I + 12 -5.84V
VA 12 - 20I 1.96V
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作
第六版 P26 1.5.2 1.6.2 第七版
P31 1.5.10 1.6.4
业
1.7.3
1.7.5
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VD VB - 3 12 - 3 9V
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1.7.5
-12V 3kΩ 3.9kΩ 20kΩ
S
I
+12V
解: (1)当开关S断开时
12 + 12 I -0.892m A 3 + 3.9 + 20
(2)当开关S闭合时
12 I 0.502m A 3.9 + 20
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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。 例: IA IAB IB IC 广义结点
A
ICA
IA=IAB－ICA
IB=IBC－IAB IC=ICA－IBC IA + IB + IC = 0
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B
C
IBC
基尔霍夫电压定律（KVL定律)
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结论：
(1)电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中 各点的电位也将随之改变； (2) 电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考 点的不同而变， 即与零电位参考点的选取无关。 • 借助电位的概念可以简化电路作图 c 20 a 5 d c 20 5 6 d +90V
欠载(轻载)： I < IN ，P < PN (不经济)
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电阻类负载（电阻器，白炽灯，电炉）的电 练习： 压、电流、功率都不能超过其额定值。 1.额定值为1W100 的碳膜电阻，在使用时电流和电压 不得超过多大数值？ 2.下图中，方框代表电源或负载。已知U=220V，I=－1A， 哪些方框是电源，哪些是负载？
5Ω 5A 4Ω
图1.05
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I5
+ 18V 3Ω E
I1 -4A 4Ω I2 I3 1A
1.6.4 解：由KCL,得： I1 + I 3 + I 5 0
I4
I 5 -( I1 + I 3 ) -(-4 + 1) 3A
又由KVL, 由KCL,
E 3 I 4 - 4 I 2 (1) I 2 + I 3 + I 4 0 (2)
+ -
I
+
U R R0 短路电流（很大） 电源端电压 负载功率 电源产生的能量全被内阻消耗掉
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电气设备的额定值 额定值: 电气设备在正常运行时的规定使用值， 通常指电压、电流和功率。 例： 灯泡：UN = 220V ，PN = 60W
电阻： RN = 100 ，PN =1 W 电气设备运行时，电压、电流和功率的实际值不 一定等于额定值。 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)
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基尔霍夫电流定律(KCL定律)
在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结 点的电流。 I1 + E1 即: Ｉ入= Ｉ出 I2 a 或: Ｉ= 0
R1
I3 R3
b
R2
+ -
I 对结点 a： 1+I2 = I3 E2
或 I1+I2–I3= 0 若规定流入节点的电流取正号， 则从该节点流出的电流取负号。
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1.7.1 在图1.07中，B点的电位VB为（
）
（1）-1V
A
（2）1V
75k B
（3）4V
50k C +5V
－5V
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1.7.3
C 2Ω 1A 2Ω + 6V B 3Ω + 3V
-
D(开路）
I2
I3=0
3A 10Ω A + 12V -
1.5.7 在图1.04中，三个电阻共消耗的功率为（ （1）15W （2）9W （3）无法计算 - 6V + 2A R1 + 3V -
）
R2 1A
图1.04
R3
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基尔霍夫定律
c +
E1 I1 R1 1 I3 R3 a I2 R2 3 2
d +
E2
b 支路：电路中的每一个分支。 一条支路流过一个电流，称为支路电流。 结点：三条或三条以上支路的联接点。 回路：由支路组成的闭合路径。 网孔：内部不含支路的回路。
PE = P + P
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电源发出的功率=负载取用和消耗的功率
电源与负载的判别 根据 U、I 的实际方向判别 电源： 电流从电压“+”端流出；（发出功率）
负载： 电流从电压“+”端流入。（吸收功率）
I
＋
U
－
I
＋
U
－
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电源开路
I=0 U = U0 = E 开路电压 负载功率 P= 0 E
电源有载工作、开路与短路
电源有载ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ作
+
I + E 电源输出端电压电流 U R 关系： R0 U = E – IR0 U I U 电源的外特性 E 当 R0<<R 时，则U E ，表明 当负载变化时，电源的端电压 I 变化不大，即带负载能力强。 0
功率平衡
UI = EI – I² o R
I U I U
I U
I U
（a）
（b）
（c）
（d）
3.一台直流发电机，其铭牌标有 40 kW /230 V/ 174 A。什么 是发电机的空载运行、轻载运行、满载运行和过载运行？负 载的大小一般指什么而言？
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1.5.1 在图1.01中，负载增加是指（ ） （1）负载电阻R增大 （2）负载电流I增大 + + （3）电源电压U增高 E U R0 –
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 R1 I a R2 2 对回路3：U2+U3 = U4+U1 + U3 - U4 + 或 U1 －U2 － U3 + U4 = 0 + + E2 E1 –E2 – I1R1 + I2R2 =0 E1 U1 I3 R3 U2 ①列方程前标注回路循行方向；
I 4 2A
解之，得： I 2 -3A,
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电位的概念及计算
电位：电路中某点至参考点的电压，记为“VX” 。 通常设参考点的电位为零。 某点电位为正，说明该点电位比参考点高； 某点电位为负，说明该点电位比参考点低。 电位的计算步骤: (1) 任选电路中某一点为参考点，设其电位为零； (2) 计算各点至参考点间的电压即为各点的电位。
1A I
+ 5V –
2A
+
+ a+ Uab
b
12V
3A 5A
5V –
_
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练习：
2. 所示两个电路中，Uab和I是否等于零？如将图（a） 中右下臂的6 改为3 ，又如何？
I1/2 2
a
I1/2 6 I =0 5
a
I =0 b
+ 6V _ 1
2
+12V _ 1
5
I1
2 I1/2
+
b 12V
(a)
I1/2 –
(b)
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1.6.1 在图1.05所示的部分电路中，a,b两端的电压 Uab为（ ）
（1）40V （2）-40V （3）-25V 2A
+
Uab -
3V + -
－ 1A 30V 3A 10Ω 4A + 12V + + － 5V I － 4A 3Ω 1A
电流在闭合 路径中流通
I2
(a)
A
2K
2k
+
6V –
I1
I2
(b)
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A
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例2： 电路如下图所示，(1) 零电位参考点在哪里？ 画电路图表示出来。(2) 当电位器RP的滑动触点向 下滑动时，A、B两点的电位增高了还是降低了？ +12V + 12V – 解：（1）电路如左图， I R1 零电位参考点为+12V R1 A A 电源的“–”端与–12V RP RP 电源的“+”端的联接处。 B B R2 R2 （2） VA = – IR1 +12 –12V – + VB = IR2 – 12 12V 当电位器RP的滑动触点向下滑动时，回路中的电 流 I 减小，所以A电位增高、B点电位降低。
b
注意：
②应用 U = 0列方程时，如果规定电位降取正号，则电位升就 取负号。 总目录 章目录 返回 上一页 下一页
推广： 开口电路可按闭合回路处理
对回路1：
电位升 = 电位降 E2 =UBE + I2R2
U=0 I2R2 – E2 + UBE = 0
+ E1 –
E2
+
– I2 1
B +
UBE _
+ 4A E1 6 140V -
b
6A + E2 10A - 90V
+140V
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例1: 图示电路，计算开关S 断开和闭合时A点 +6V 的电位VA 解: (1)当开关S断开时 电流 I1 = I2 = 0， 电位 VA = 6V 。
I1
S
2k 2k
(2) 当开关闭合时,电路 如图（b） 电流 I2 = 0， 电位 VA = 0V 。
解：因D处开路， 故 I3=0.
-
I1
由KCL,得：I1 1A I1 3 + I 2
I 2 I1 - 3 -2A
VA 12 - 10I1 12 - 10 1 2V VB VA + 6 - 2 I 2 2 + 6 - 2 (-2) 12V
VC VB - 2 1 12 - 2 10V
I
R
1.5.2 在图1.01中，电源开路电压U0为230V，电源 短路电流IS为1150A，当负载电流I为50A时，负载 电阻R为（ ） （1）4.6Ω （2）0.2 Ω （3）4.4 Ω
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1.5.3 如将两只额定值为220V/100W的白炽灯串联 接在220V的电源上，每只灯消耗的功率为（ ）。 设灯电阻未变。 （1）100W （2）50W （3）25W 1.5.4 用一只额定值为110V/100W的白炽灯和一只 额定值为110V/40W的白炽灯串联接在220V的电源 上，当开关闭合时，（ ） （1）能正常工作 （2）100W的灯丝烧毁 （3）40W的灯丝烧毁
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1.5.5 在图1.02中，电阻R为（
（1）0Ω （2）5 Ω （3）-5 Ω
-4A
R － 10V +
）
+
10V
－
1.5.6 在图1.03中，电压电流的关系式为（
）
（1）U=E－RI （2） U=E+RI （3） U= － E+RI
I R
－ E
+
－
U
+
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第1章 电路的基本概念与基本定律
1 欧姆定律, 电源有载工作、开路与短路, 电源与负载，功率平衡，额定值 欧姆定律
U、I 参考方向相同时， U、I 参考方向相反时， + + U = – IR U=IR U – I R U I R – 通常取 U、I 参考方向相同。
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R1
R2
E
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如何列回路电压方程
首先标出电流参考方向和电动势极性
+
E1 –
R1 I1
E2
+ – I3 R3
R2
I2
电位升-电位降=0 E1 －E2 +R2I2 －R1I1 =0
E2－R3I3－R2I2=0
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练习： 1. 下图所示电路中，电流I与电压Uab各为多少？