电工电子技术基础第1单元 电路基本概念及基本定律(自学版)

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(2) 功率平衡关系
电压源“吸收”电功率： PUS＝US I＝( 3 3 ) W = 9 W
电流源发出电功率： PIS＝U IS＝( 6 3 ) W = 18 W
I US
R
+
IS
U
−
电阻 R 消耗的电功率： PR＝RI 2 ＝( 1 32 ) W = 9 W
功率平衡关系：
PIS ＝ PUS＋ PR
1820 年，法国物理学家安培（1775－1836）确定了通有电流的线 圈的作用与磁铁相似。同年，丹麦物理学家奥斯特(1777-1851)发现了电 流对磁针有力的作用，他们共同揭开了电学理论新的一页。
安培
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2. 电位
电场力将单位正电荷从电 路的某一点移至参考点时所消
I
＋
＋
耗的电能。 参考点的电位为零。
电路的这一状态称为通路。
E
US
UL
－
－
通路时，电源向负载输出电能，电源这时的状态称为
有载或称电源处于负载状态。
额定值 各种电气设备在工作时，其电压、电流和功率 都有一定的限制，这些限制用来表示它们的正常工作条件 和工作能力，称为电气设备的额定值。使用时不可超过额 定值。
26
2. 开路
当某一部分电路与其它电路
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1800 年意大利物理学家伏特(1745-1827)发明了伏打电池，从 而使化学能可以转化为源源不断的电能。电学研究迈出了静电范围。 电学的重要里程碑。
用导体将伏打 电池的两极连 接起来，这就 是人类历史上 的第一个电路。
伏特
17
3. 电压 电场力将单位正电荷从电路
的某一点移至另一点时所消
耗的电能。
y
v0
T2 t
O
T1
v0
33
2. 电压的参考方向（极性）
电压的真实方向与参考方向之间也无外乎有两种可能，例如：
（1）中间图， U=24V>0，表明真实方向与图中的参考方向相同。
（2）右下图，U=-24V<0，表明真实方向与参考方向相反。但不用
更改。 a
+ 参
考
方
U
向
−
b
a
+
真
实
方
24V
向
−
b
a
+
真
实
方
− 24V
向
−
b
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3. 关联参考方向的应用
只规定电流（或电压）的参考方向，电压（或电流）的参考方
向按照某种关联关系而随之确定。
关联关系只有两种：
相同：对消耗电能的元件，选择相同的参考方向更方便。
+U −
+U −
a
b
I
无源元件或电路
a
b
I
有源元件或电路
相反：对发出电能的元件，则选择相反的参考方向更方便。
一般结论：各元件发出功率之和等于消耗功率之和
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[例1.5.2] 计算各元件的功率，说明是发出还是取用。
[解] 电阻总是取用功率
PR
=
52 10
=
2.5W
3A
5V
电流源发出功率 电压源发出功率
PIS = 3 5 = 15W
10
5
PUS
=
5 I
=
5( 10
− 3)
=
−12.5W
实际为取用功率
思考：如将电流源的方向改成自上向下，再计算各元件功率。
52
1.6 基尔霍夫定律
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1. 描述电路结构的术语之一
（1）结点：电路中3个或 3个以上元件的连接点称为结 点（节点）。
注：有时把两个元件的连 接点也成为结点（节点）。
＋ I1 US1
－
R1
a ＋ I2 US2 －
R2
b
图中有 a、b 两个结点 。
I3 R3 R4
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（2）支路：两结点之间 ＋ I1 的每一条分支电路称为支路。 US1
主单位：欧姆（Ω）， Ω = V/A=伏/安。例如：100 Ω 、220 Ω 、560 Ω 、910 Ω。 900W电饭锅电阻54 Ω、100W白炽灯电阻 484 Ω。
比欧姆大的单位：千欧（ kΩ ）、 兆欧（ MΩ ）。 例如： 150 kΩ 、330 kΩ 、4.7 MΩ 。 绝缘电阻几 MΩ到数百MΩ 。用 兆欧表测量。
S1 S2
断开，该部分电路中没有电流， 亦无能量的输送和转换，这部分
E
电路所处的状态称为开路（也叫
EL1
Байду номын сангаасEL2
断路）。
当电源被断开时，它不输出电功率，称电源为空载。
∆ 开路的特点
有
开路处的电流等于零，电阻为无限大。 源
开路处的电压视被断开电路情况而定。
电 路
I＝0 U 视被断开 电路而定
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3. 短路
aI
b
电流的真实方向与参考方向之间无外乎有两种可能，例如： （1）左图。 I=6A>0，表明真实方向与图中的参考方向相同。
a 6A
真实方向
b
a −6A
b
真实方向
（2）右图，I=-6A<0，表明真实方向与参考方向相反。但不用更改。
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与运动系统的类比
假定的运动方向
x
y
运动实际方向 运动实际方向
vx
yx
S
E
4
液晶电视机电源电路
声控光控灯电路
5
水电厂 火电厂
电气铁路
核电厂
电力网络（覆盖数千公里）
变电站
550000kV
枢纽变电所
输电线路
风电
地区变电所
111100kV 配电线路
工厂
居民
10kV
配电变电所
居民区
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二、电路的作用 实现能量的传输和转换。 实现信号的传输和处理。
电
E
池 组
三、电路的组成 电源：将非电能转换为电能。
+热
电 偶
负载：将电能转换为非电能。
开关
导线等：传输、控制电能或电信号。
电
E池
组
灯 泡
电 流 mA 表
S
灯 泡
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四、电路的分类
直流电路（DC）：电压、电流在所研究的时间内不发生变化的电路。
交流电路（AC）：电压、电流在所研究的时间内按周期规律变化，
u
平均值为零的电路。例如正弦交流电路。
U1 直流电压
－c R1
有 acb 、adb、aeb 三条支路 。
a
＋ I2 US2
I
＋
US
U
U
－
－
－
▲ 当电压和电流实际方向如上图时，它们输出（产生）电功率，
起电源作用。
＋
I
＋
IS
I
＋
US
U
U
－
－
－
▲ 当电压和电流实际方向如上图时，它们取用（消耗）电功率，
起负载作用。
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理想电源与实际电源的区别 （1）理想电压源的电压、理想电流源的电流，它们都与
负载无关（短路与开路除外），实际电源则不然。 （2）理想电源没有容量限制，而实际电源都有容量限制。 （3）除可充电电源外，实际电源不允许或不能处于充电状态。 （4）可充电电源在充电和放电时的电压是不一样的。
E
US
UL
－
－
电位用斜体 V （直流电路） 或 v（交变 电路） 来表示。
参考点的选择：
① 选大地为参考点，符号：
② 选元件汇集的公共端或公共线为参考点，符号：
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电位的单位 （国际单位制， ISO单位制）： 主单位：伏（V）,V=J/C=焦耳/库仑。 5V、3V、220V、380V。 比伏小的单位：毫伏（mV）、 微伏（μV）。 100mV、30 μV。 比伏大的单位：千伏（kV）、兆伏（MV）。220kV、750kV。
电 压 源
电 流 源
电
电
电
阻
容
感
元
元
元
件
件
件
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一、理想有源元件
1. 电压源
提供确定的输出电压 US ，称为源电压。
I
＋
U
＋ US
U＝ US ＝定值
US
－
－
O
I
▲ 电压源的特点
输出电压 U 等于源电压 US ，是由其本身所确定的定值， 与输出电流或者说与外电路的情况无关（短路除外）。
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各种一次电池
当某一部分电路的两端理想 导线或开关连接起来，使得该部 分电路中的电流全部被导线或开 关所旁路，这一部分电路所处的 状态称为短路或短接。
电源短路 EL1 S1
S2 EL2
∆ 短路的特点： 短路处电压等于零，电阻等于零。 短路处电流视被短接电路情况而定。
I 视被短接电路而定 有
源 电
U＝0
路
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问题： 对电气设备来说，短路和开路，哪个更危险？
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显然，需要借助外力来克服重力，将小球从地板移到高处。
小球
墙 壁
地板
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电动势
I
电源中的局外力（非电场力）将
＋
＋
单位正电荷从电源负极移至电源正极 E
US
UL
时所转换而来的电能称为电源的电动
－
－
势。
符号： E 或 e，单位与电压和电位相同。
电动势的实际方向：由低电位指向高电位。
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5. 电功率 单位时间内所转换的电能。
可变电阻 功率电阻
压敏电阻