电路基本概念和定律
《电工与电子技术》电路的基本概念和基本定律
第二节 电路的基本物理量
第二节 电路的基本物理量
第二节 电路的基本物理量
通常电业部门用kW·h（千瓦时）测量用户消耗的电能。1kW·h（或1度电）
是功率为1kW的元件在1h内消耗的电能，即1kW·h = 3 600 000 J。
电气设备或元件长期正常运行的电流容许值称为额定电流，其长期正常运
行的电压容许值称为额定电压，额定电压和额定电流的乘积称为额定功率。
反映电源把其他形式的能转换成电能的本领的物理量。电源电动势使电源两
端产生电压。电源电压在数值上与电源电动势相等。在电路中，电动势常用E
表示。单位是伏（V）。电路中，电压的实际方向定义为电场力推动正电荷移
动的方向，也就是电位降低的方向。可用极性“+”和“－”表示，其中“+”
表示高电位，“－”表示低电位。也可用一个箭头或双下标表示，如Uab表示
到另一点所做的功为1焦耳时，该两点间的电压为1伏特。常用的电压单位还有
千伏（kV）、毫伏（mV）和微伏（μV）。
第二节 电路的基本物理量
u ab
dw
dq
（1-4）
第二节 电路的基本物理量
电路中的电流和电压由电源电动势维持。电源电动势是指在电源内部，
非静电力把正电荷从负极板移到正极板时要对电荷所做的功。电源电动势是
称模型化），即在一定条件下突出其主要的电磁性质，忽略其次要因素，把
它近似地看作理想电路元件。由理想电路元件组成的与实际电路元件相对应
的电路，并用统一规定的符号表示而构成的电路，就是实际电路的电路模型，
它是对实际电路电磁性质的科学抽象和概括。
第一节 实际电路和电路模型
理想电路元件（今后“理想”两字常略去不写）主要有理想电压源、理想
第一章 电路的基本概念和基本定律
电路的基本概念和基本定律
伏-安关系： 电压电流关系 （u，i关联参考方向下）
i u e
N
d e dt dLi di L dt dt
di u e L dt
电磁感应定律 感应电动势阻碍电流 变化，且其大小与电 流变化快慢有关
对于线性电感
伏安关系
说明1： 电压与电流的变化率成正比，电感是动态元件 当
如果U 、I方向不 一致该如何？
江苏大学电工电子教研室
电路的基本概念和基本定律
二、功率的计算：
U、 I 为关联参考方向时： U、 I 为非关联参考方向时：
P = UI或 p＝ui
三、功率性质： 若计算结果 P（p） 0
若计算结果P（p） 0
Hale Waihona Puke + u –+
i
i
u –
P = －UI或 p＝－ui
电工技术（电工学I）
第一章 电路的基本概念和基本定律 Basic conception and Laws of circuit
江苏大学电气信息工程学院
School of electric and information，UJS
电路的基本概念和基本定律
内容
1.1 电路的作用与组成
1.2 电路模型 1.3 电流和电压的参考方向 1.4 电路的功率
江苏大学电工电子教研室
电路的基本概念和基本定律
4.关联与非关联参考方向 对任一元件或一段电路 关联方向：
I
与
U
的参考方向一致
a
I U
b
非关联方向：
I
与
U
的参考方向相反
a
第一章电路的基本概念和基本定律
开关
实际电路
电源
电路模型 3
（1）电源：供给电能的设备。
把其它形式的能量转换为电能。
（2）负载： 消耗电能的设备。
把电能转换为其它形式的能量
（3）中间环节（又称传输控制环节）：
各种控制电器和导线，起传输、分 配、控制电能的作用。
4
1.1.2 电路中的物理量 1、电流
定义 电荷有规律的定向运动即形成电流
(2) 列电路方程：
Uab UR E
UR Uab E
IR
UR R
Uab E R
15Leabharlann R aIR E UR
b U
IR
U
R
E
(3) 数值计算
U 3V
IR
3-2 1
1A
（实际方向与假设方向一致）
U 1V
IR
1 2 1
1A
（实际方向与假设方向相反）
16
（共7 个）
31
(一) 克氏电流定律（KCL）
对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流等于由节点
流出的电流, 即： I 入= I 出 或者说，在任一瞬 间，一个节点上电流的代数和为 0。 即： I =0
例
I2
I1 I3 I2 I4
I1
I3
或：
I4
I1 I3 I2 I4 0
(二) 克氏电压定律（KVL）
对电路中的任一回路，沿任意循行方向转一周，其 电位升等于电位降。或各电压的代数和为 0。
I1
a
I2
即： U 0
R1
R2
例如： 回路 #3
电路的基本概念和基本定律
电路的基本概念和基本定律一、电路基本概述1.电流流经的路径叫电路，它是为了某种需要由某些电工设备或元件按一定方式组合起来的，它的作用是A：实现电能的传输和转换；B：传递和处理信号（如扩音机、收音机、电视机）。
一般电路由电源、负载和连接导线（中间环节）组成。
（1）电源是一种将其它形式的能量转换成电能或电信号的装置，如：发电机、电池和各种信号源。
（2）负载是将电能或电信号转换成其它形式的能量或信号的用电装置。
如电灯、电动机、电炉等都是负载，是取用电能的设备，它们分别将电能转换为光能、机械能、热能。
（3）变压器和输电线是中间环节，是连接电源和负载的部分，它起传输和分配电能的作用。
2. 电路分为外电路和内电路。
从电源一端经过负载再回到电源另一端的电路，称为外电路；电源内部的通路称为内电路。
3．电路有三种状态：通路、开路和短路。
（1）通路是连接负载的正常状态；（2）开路是R→∝或电路中某处的连接导线断线，电路中的电流I＝0，电源的开路电压等于电源电动势，电源不输出电能。
例如生产现场的电流互感器二次侧开路，开路电压很高，将对工作人员和设备造成很大威胁；（3）短路是相线与相线之间或相线与大地之间的非正常连接，短路时，外电路的电阻可视为零，电流有捷径可通，不再流过负载。
因为在电流的回路中仅有很小的电源内阻，所以这时的电流很大，此电流称为短路电流。
短路也可发生在负载端或线路的任何处。
产生短路的原因往往是由于绝缘损坏或接线不慎，因此经常检查电气设备和线路的绝缘情况是一项很重要的安全措施。
为了防止短路事故所引起的后果，通常在电路中接入熔断器或自动断路器，以便发生短路时，能迅速将故障电路自动切除。
4、电路中产生电流的条件：（1）电路中有电源供电；（2）电路必须是闭合回路；5、电路的功能：（1）传递和分配电能。
如电力系统，它是由发电机，升压变压器，输电线、降压变压器、供配电线路和各种高、低压电器组成。
（2）传递和处理信号。
电路的基本概念和定律、定理
基尔霍夫电流定律
总结词
基尔霍夫电流定律也称为节点电流定 律，它指出在电路中，流入一个节点 的电流总和等于流出该节点的电流总 和。
详细描述
这意味着对于任意一个封闭的电路或 节点，所有流入的电流必须等于所有 流出的电流。这个定律是电路分析中 的一个基本原则，适用于任何电路中 的节点。
基尔霍夫电压定律
对于高频交流信号，诺顿定理可能不适用， 因为电路的分布参数效应需要考虑。
THANKS
感谢观看
05
CATALOGUE
诺顿定理
诺顿定理的定义
01
诺顿定理：在任何线性无源二端 网络中，对其外部任一节点，流 入该节点的电流代数和等于零。
02
诺顿定理是电路分析中的重要定 理之一，它与基尔霍夫电流定律 （KCL）相似，但适用于更广泛 的电路情况。
诺顿定理的应用
01
02
03
验证电路的正确性
通过应用诺顿定理，可以 验证电路中电流的正确性 ，确保电路设计无误。
电路的组成
总结词
电路的组成包括电源、负载、开关、导线等部分。
详细描述
电源是电路中提供电能的设备，如电池、发电机等；负载是电路中消耗电能的 设备，如灯泡、电机等；开关用于控制电路的通断；导线用于连接各元件，形 成电流的通路。
电路的状态
总结词
电路的状态分为开路、短路和闭路三种。
详细描述
开路是指电路中无电流通过的状态，通常是由于开关未闭合或导线断开等原因造成的；短路是指电流不经过负载 直接由电源正负极流过的状态，会导致电流过大、发热甚至烧毁电源；闭路是指电路中电流正常流通的状态，负 载正常工作。
总结词
基尔霍夫电压定律也称为回路电压定律，它指出在电路中，沿着任意闭合回路的电压降总和等于零。
电工基础——电路的基本概念和定律
教学方法
通过自学的方法引入参考方向的定义
思考题
1. 为什么要在电路图上规定电流的参考方向？ 请说明参考方向与实际方向的关系？
2.电压参考方向都有哪些表示方法？
1.3 电功率和电能
目的与要求
或
i Gu
5.功率
在电流和电压关联参考方向下, 任何瞬
时线性电阻元件接受的电功率为
u 2 p ui Ri Gu R
2
2
线性电阻元件是耗能元件。
6.焦耳定律
如果电阻元件把接受的电能转换成热能, 则从 t0到t时间内。电阻元件的热［量］ Q, 也就是 这段时间内接受的电能W为
Q W
负, 故 P=16+32-24=24W
Ⅳ、教学方法
讲授法
Ⅴ、思考题
1.当元件电流，电压选择关联参考方向时，什么情 况下元件接受功率？什么情况下元件发出功率？
2.有两个电源，一个发出的电能为1000kW.h,另一 个发出的电能为500kW.h。是否可认为前一个电源 的功率大，后一个电源的功率小？
A B A B
＋
u
－
u
(a)
(b)
图1.3 电压的参考方向
1.2.2 电压及其参考方向（四）
4.若电压的参考方向与实际方向一致，电压为正。
若电压的参考方向与实际方向相反，电压为负。
5.分析电路时，首先应该规定电流电压的参考方 向。
1.2.2 电压及其参考方向（五）
6.元件的电压参考方向与电流参考方向是一致的, 称为关联参考方向。
1.1.1 电路(一）
1. 电路是电流的流通路径, 它是由一些电气设 备 和元器件按一定方式连接而成的。复杂的 电路呈网状, 又称网络。 电路和网络这两个术 语是通用的。
电路的基本概念和基本定律
一、电压和电流
I
• 电路特征： I = E/(R0+R) U = IR = E – IR0 将上式乘以I，得 P = PE - △ P
+ E -
+
R
R0
U -
图3 电源有载工作
＜ ＜
< >
＞ ＞
二. 功率与功率平衡
UI EI I RO
2
P PE P
P: 电源输出的功率 PE : 电源产生的功率
＜ ＜
< >
＞ ＞
四. 额定值与实际值 ·额定值: 制造厂为了使电子设备能在给定的工作 条件下正常运行而规定的正常允许值。 ·使用时，电器的电压、电流、功率 实际值不一定等于额定值。 ①电器受外界影响 (eg:电压波动)。 ②负载变化时，电流、功率通常不一定处 于 额定工作状态。
＜ ＜
< >
＞ ＞
例
I2
I1 I 3 I 2 I 4
I3
I1
I4
或：
I1 I 3 I 2 I 4 0
＜ ＜
克氏电流定律的依据：电流的连续性。
< >
＞ ＞
1.6.2
基尔霍夫电压定律（KVL)
对电路中的任一回路，沿任意循行方向转一周，其 电位升等于电位降。或，电压的代数和为 0。 b 即： U 0 I1 I2
电动势的参考方向: 任选一方向为电动势的正方向。 电压、电动势的单位：伏特（V）。
＜ ＜
< >
＞ ＞
电压、电动势的表示方法：
a
1.箭头 2.正负号 3.双下标
电压、电流方向间的关系： 正方向相一致：
电路的基本概念和规律
电路基本概念和规律一、电流1．电流（1）定义：电荷的定向移动形成电流。
（2）条件：①有自由移动的电荷；②导体两端存在电压。
注意：形成电流的微粒有三种：自由电子、正离子和负离子。
其中金属导体导电时定向移动的电荷是自由电子，液体导电时定向移动的电荷是正离子和负离子，气体导电时定向移动的电荷是电子、正离子和负离子。
（3）公式①定义式：qIt=，q为在时间t内穿过导体横截面的电荷量。
注意：如果是正、负离子同时定向移动形成电流，那么q是两种离子电荷量的绝对值之和。
②微观表达式：I=nSve，其中n为导体中单位体积内自由电子的个数，q为每个自由电荷的电荷量，S 为导体的横截面积，v为自由电荷定向移动的速度。
（4）方向：规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，与负电荷定向移动的方向相反。
注意：电流既有大小又有方向，但它的运算遵循算术运算法则，是标量。
（5）单位：国际单位制中，电流的单位是安培（A），常用单位还有毫安（mA）、微安（μA），1 mA=10–3 A，1 μA=10–6 A。
2．电流的分类方向不改变的电流叫直流电流；方向和大小都不改变的电流叫恒定电流；方向周期性改变的电流叫交变电流。
3．三种电流表达式的比较分析1．电源：通过非静电力做功使导体两端存在持续电压，将其他形式的能转化为电能的装置。
2．电动势（1）定义：电动势在数值上等于非静电力把1 C 的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功。
（2）表达式：qW E =。
（3）物理意义：反映电源把其他形式的能转化成电能的本领大小的物理量。
注意：电动势由电源中非静电力的特性决定，跟电源的体积无关，跟外电路无关。
（4）方向：电动势虽然是标量，但为了研究电路中电势分布的需要，规定由负极经电源内部指向正极的方向（即电势升高的方向）为电动势的方向。
（5）电动势与电势差的比较1．电阻（1）定义式：I U R =。
（2）物理意义：导体的电阻反映了导体对电流阻碍作用的大小。
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μV
电压 U V、kV、mV、 μV
实际正方向 正电荷移动的方向
电源驱动正电荷的 方向
(低 电 位 高 电 位 ) 电位降落的方向
(高 电 位 低 电 位 )
电路基本概念和定律
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物理量实际方向的表示方法
I
a
电 池
灯
+
泡
E _
+
R Uab
_
b
电压
a 正负号
+
u_ b
箭 头a
ub
电流：从高电位 指向低电位。
dWab dq
电路中某点的电位定义为单位正电荷由该
点移至参考点电场力所做的功。 电路中a、b点两点间的电压等于a、b两点
的电位差。
电路基本概念和定律
uabua ub
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电压的实际方向规定由电位高处指向电位低处。 与电流方向的处理方法类似， 可任选一方向为电压的参考方向
a
ba
b
+ u1 － － u2 +
电路分析的主要任务在于解得电路物理量， 其中最基本的电路物理量就是电流、电压和 功率。 电路基本概念和定律
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水力发电厂
电 能 的 变电站 产 生 和 大型工厂 输 送
电路基本概念和定律
变电站
输电线
小型电能用户
配电站
学校 住宅乡村
商店
小型配电跳站转到第一页
电能的输送和分配
主传输线
发电厂 升压 500 kV
电路基本概念和定律
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1.2.1 电流
电荷的定向移动形成电流。 电流的大小用电流强度表示，简称电流。 电流强度：单位时间内通过导体截面的电荷量。
i dq dt
大写 I 表示直流电流 小写 电路基本概念和定律 i 表示电流的一般符号
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正电荷运动方向规定为电流的实际方向。 电流的方向用一个箭头表示。 任意假设的电流方向称为电流的参考方向。
非关联方向时： p =－ui
电路p基＞本概0念时和定吸律 收功率，p＜0时放出功率。
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I= 2 A
+ U =5V －
(a)
I= - 2 A
+ U =5V
－
(b)
I= - 2 A
+ 电路 基本U概念= 和5定V律
－
(c)
例：求图示各元件的功率. （a）关联方向， P=UI=5×2=10W， P>0，吸收10W功率。 （b）关联方向， P=UI=5×(－2)=－10W， P<0，产生10W功率。 （c）非关联方向，
电路基本概念和定律
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电路中物理量的方向
物理量的方向：
实际方向 参考方向
实际方向： 物理中对电量规定的方向。
参考方向：（正方向）： 在分析计算时，对电量人为任意设定的方
向。 电路基本概念和定律
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物理量的实际方向
物理量
单位
电流 I A、kA、mA、
μA
电动势 E V、kV、mV、
+
RU
_
_ 理想电路元件：
电源
负载
在一定条件下，突出其主要电磁性能，忽略次要因
素，将实际电路元件理想化（模型化）。
主要有电阻、电感、电容元件。
电路模型：
由理想电路元件所组成的电路，就是实 际电路的电 路模型。 电路基本概念和定律
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1.2 电路变量
------描述电路特性的物理量
常见变量 电流 电压 功率
三相
降压
电压分配 10 kV
降压 变电站
单相
电路基本概念和定律
单相
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发电机
电源ห้องสมุดไป่ตู้
升压 变压器
输电线
中间环节
降压 变压器
电灯 电动机
电炉
负载
电源：提供电能或信号的器件。 例如：发电机、干电池 ，键盘、编码器
负载：使用电能或者电信号的设备。 例如：电动机、电炉、电灯、显示器
中间环节：连接电源和负载的部分，起传输和分配电 能的作用。 电路基本例概念如和定：律输电线路
参考方向 i
参考方向
i
a
ba
b
实际方向
实际方向
(a) i>0
(b) i<0
如果求出的电流值为正，说明参考方向
与实际方向一致，否则说明参考方向与实际 方向相反。 电路基本概念和定律
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1.2.2 电压、电位和电动势
电路中a、b点两点间的电压定义为单位正
电荷由a点移至b点电场力所做的功。
uab
I
U + 双下标 电路基本概念和定律
ab（高电位在前，
低电位在后）
R
-
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电路分析中的参考方向（正方向）
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？
+
_ E1
电路基本概念和定律
A IR B R
电流方向 BA？
+
E2_
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解决方法
(1) 在解题前先设定一个方向，作为参考方向；
u1 =1V
u2 =－1V
最后求得的u为正值，说明电压的实际方向
电与路基参本概考念和定方律 向一致，否则说明两者相反。
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电动势是衡量外力即非静电力做功能力 的物理量。外力克服电场力把单位正电荷从 电源的负极搬运到正极所做的功，称为电源 的电动势。
dW e
dq
电动势的实际方向与电压实际方向相反， 规定为由负极指向正极。
(2) 根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关 系的代数表达式；
(3) 根据计算结果确定实际方向： 若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致； 若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。
电路基本概念和定律
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对一个元件，电流参考方向和电压参考 方向可以相互独立地任意确定，但为了方便 起见，常常将其取为一致，称关联方向；如 不一致，称非关联方向。
i
a
b
+ u －
i
a
b
－ u +
(a) 关联方向
(b) 非关联方向
如果采用关联方向，在标示时标出一种即
可电路。基本如概念果和定律采用非关联方向，则必须全部标示。
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1.1.3 能量和功率
电场力在单位时间内所做的功称为电功率，
简称功率。
p dW dt
功率与电流、电压的关系：
关联方向时： p =ui
第1章 电路分析方法
1.1 电路模型 1.2 电路变量 1.3 电阻元件 1.4 电源元件 1.5 基尔霍夫定律 1.6 电阻的串并联 1.7 实际电源模型
电路基本概念和定律
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1.1 电路模型
为了某种需要而由电源、导线、开关和负载按 一定方式组合起来的电流的通路称为电路。
电路的主要功能： 一：进行能量的转换、传输和分配。 二：实现信号的传递、存储和处理。
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架空输电线
电路基本概念和定律
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电能的应用
电路基本概念和定律
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电能的应用
电路基本概念早和定期律的通讯
现代通信
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电能的应用
电路基本概念早和定期律的通讯
现代通信
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电能的应用
电路基本概念和定律
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1.1.2 电路模型
+
电
灯
池
泡
I
+ E
_