电工基础(杨利军版)第1章电路的基本概念与基本定律

则
I U US 10 A 1A
电能就等于电场力所作的功，单位是焦耳（J）。
Ｗ＝Pt
1.2 电路的基本物理量及相互关系
例1．1 图1．9中，用方框代表某一电路元件，其电压、电流如图中所示， 求图中各元件吸收的功率，并说明该元件实际上是吸收还是发出率？
解：（1）电压、电流的参考方向关联，元件吸收的功率 P = UI = 5×3 = 15W＞0
第1章 电路的基本概念与基本定律
1．1 电路和电路模型 1. 2 电路的基本物理量及相互关系 1．3 电阻、电容、电感元件及其特性 1. 4 电路中的独立电源 1. 5 基尔霍夫定律 1．6 电阻、电感、电容元件的识别与应用
授课日期
班次
授课时数 2
课题： 第一章电路的基本概念与基本定律
1.1电路和电路模型
理想电路元件主要有电阻元件、 电感元件、电容元件和电源元件等。
1.2 电路的基本物理量及相互关系
1． 电流 （1）电流的定义： 电荷的有规则的定向运动就形 成了电流。长期以来，人们习惯规定以正电荷运动 的方向作为电流的实际方向。 电流的大小用电流强度（简称电流）来表示。电流 强度在数值上等于单位时间内通过导线某一截面的 电荷量，用符号i表示。则：
元件实际上是吸收功率。 （2）电压、电流的参考方向非关联，元件吸收的功率
P = -UI = -5×3 = -15W＜0 元件实际上是发出功率。
1.2 电路的基本物理量及相互关系
（3）电压、电流的参考方向关联，元件吸收的功率 P = UI =（-5）×3 = -15W＜0 元件实际上是发出功率。
（4）电压、电流的参考方向非关联，元件吸收的功率 P =-UI =-（-5）×3 = 15W＞0 元件实际上是吸收功率。
电压源在电路图中的符号如图1．21所示。 直流电压源的伏安特性如图1．22所示 。
1.4.1 电压源
2．实际电压源 实际的直流电压源可用数值等于US的理想电压源和一个内阻Ri相串联的 模型来表示，如图1．23（a）所示。
实际直流电压源的端电压为： U= US- UR=US-IRi
1.4.1 电压源
凡是向电路提供能量或信号的设备称为电源。 电源有两种类型，其一为电压源，其二为电流源。电压源的电压不随其外 电路而变化，电流源的电流不随其外电路而变化，因此，电压源和电流源 总称为独立电源，简称独立源。
1.4.1 电压源
1．理想电压源 理想电压源简称为电压源，是一个二端元件，它有两个基本特点： （1）无论它的外电路如何变化，它两端的输出电压为恒定值US，或为一 定时间的函数us(t)。 （2）通过电压源的电流虽是任意的，但仅由它本身是不能决定的，还取决 于外电路。
1．1．2电路模型
1．电路模型 由电路元件构成的电路，称为电路模型。 电路元件一般用理想电路元件代替，并用国标规定 的图形符号及文字符号表示。
2．电路元件
为了便于对电路进行分析和计算，将实际元器件 近似化、理想化，使每一种元器件只集中表现一 种主要的电或磁的性能，这种理想化元器件就是 实际元器件的模型。 理想化元器件简称电路元件。 实际元器件可用一种或几种电路元件的组合来近 似地表示。
3.欧姆定律
在电阻电路中，当电压与电流为关联参考方向时，欧姆定律可用下式
表示：
I U R
当选定电压与电流为非关联方向时，则欧姆定律可用下式表示：
I U R
1．3．1 电阻元件及欧姆定律
无论电压、电流为关联参考方向还是非关联参考方向，电阻元件功率为：
P

I
2 R
R

U
2 R
R
上式表明，电阻元件吸收的功率恒为正值，而与电压、电流的参考方向 无关。因此，电阻元件又称为耗能元件。
i dQ dt
式中dQ为时间dt内通过导线某一截面的电荷量。
1.2 电路的基本物理量及相互关系
大小和方向都不随时间变化的电流称为恒定电流，简称直流
电流，采用大写字母I表示，则
IQ t
电流的单位是安培（简称安），用符号A表示。
（2）电流的实际方向与参考方向 电流不但有大小，而且还有方向。
在简单电路中，如图1．3所示，可 以直接判断电流的方向。即在电源 内部电流由负极流向正极，而在电 源外部电流则由正极流向负极，以 形成一闭合回路。
u L di dt
L的单位为亨利，简称亨(H)。
在u、i关联参考方向下，线性电感元件吸收的功率为：
p ui Li di dt
在t时刻，电感元件储存的磁场能量为：
W（L t）
1 2
L i（2 t）
授课日期
班次
授课时数 2
课题： 1.4 电路中的独立电源
教学目的：掌握独立电源的特性及其电源的等效变换
授课日期
班次
授课时数 2
课题： 1.3电阻、电容、电感元件及其特性
教学目的：掌握电阻、电容、电感元件的特性；
重点：电阻、电容、电感元件的特性；
难点： 与重点相同
教具： 多媒体
作业： P37：1.5；
自用参考书：《电路》丘关源 著
教学过程：一、复习提问
参考方向与实际方向的关系
由案例1.2引入本次课的1.3内容
在一个线圈中，通过一定数量的变化电流，线圈产生感应电动势大小
的能力就称为线圈的电感量，简称电感。电感常用字母“L”表示。
电感的SI单位是亨利，简称亨，通常用符号“H”表示。 2．电感元件的特性
1．3．3 电感元件
当电压、电流为关联参考方向时，线性电感元件的特性方程为：
u L di dt
若电压、电流为非关联参考方向，则电感元件的特性方程为：
例1．4 图1．24所示电路，直流电压源的电压US=10V。求：
（1）R=∞时的电压U，电流I； （2）R=10Ω时的电压U，电流I； （3）R→0Ω时的电压U，电流I。
解：（1）R=∞时即外电路开路，US为理想电 压源，故
U=US=10V
则
I U US 0 RR
（2）R=10Ω时 ， U=US=10V
1.4.1电流源
1.理想电流源 2.实际电流源 3. 例题分析
1.4.3 电源的等效变换——通过典型例题进行理解
课后小计：
1.4 电路中的独立电源
案例１.３蓄电池是一种常见的电源，它多用于汽车、电力机车、应急灯等， 图1.20是汽车照明灯的电气原理图。其中，RA、RB是一对汽车照明灯；S 是开关；US是12V的蓄电池。
1．3．2 电容元件
1.电容元件的图形、文字符号 电容器又名储电器，在电路图中用字母“C”表示，电路图中常用电容
器的符号如图1．16所示。
1．3．2 电容元件
电容器的SI单位是法拉，简称法，通常用符号“F”表示。
2．电容元件的特性
当电压、电流为关联参考方向时，线性电容元件的特性方程为： i C du dt
1.2电路的基本物理量及相互关系
教学目的：了解电路的组成及电路模型；掌握电路中的基本物理量及其计算；
特别要掌握电压、电流参考方向的选择。
重点： 电路中的基本物理量及其计算；电压、电流参考方向的选择。
难点： 与重点相同
教具： 多媒体
作业： P36：1.1 照明配电线路安装的综合设计实训，要求学期结束前完成
案例1．２ 单相异步电动机属于感性负载，它常用于功率不大的电动工具 （如电钻、搅拌器等）和众多的家用电器（如洗衣机、电风扇、抽油烟机 等），图1.１１是吊扇的电气原理图。其中，LA、LB分别是单相异步电动 机 （M）的工作绕组、起动绕组；电容C是起动电容， 它与起动绕组LB串联；S是开关； 二电端感元L是件调：速分电为抗无器源。元件和有源元件。
1.2 电路的基本物理量及相互关系
（2）电压的实际方向与参考方向
分析、计算电路时，也要预先设定电压的参考方向。 当电压的参考方向与实际方向相同时，电压为正值，当电压 的参考方向与实际方向相反时，电压为负值。 电压的参考方向既可以用正（+）、负（-）极性表示，如图 1．6（a），正极性指向负极性的方向就是电压的参考方向； 也可以用双下标表示，如图1．6（b），其中，uab表示a、b 两点间的电压参考方向由a指向b。
G 1 R
电导的SI单位为西门子，简称西，通常用符号“S”表示。
1．3．1 电阻元件及欧姆定律
2．电阻元件的特性
电阻元件的伏安特性，可以用电流为横坐标，电压为纵坐标的直角坐 标平面上的曲线来表示，称为电阻元件的伏安特性曲线。
1．3．1 电阻元件及欧姆定律
在工程上，还有许多电阻元件，其伏安特曲 线是一条过原点的曲线，这样的电阻元件称 为非线性电阻元件。如图1．1４所示曲线是 二极管的伏安特性，所以二极管是一个非线 性电阻元件。
自用参考书：《电路》丘关源 著
教学过程：由日常生活、国防科技、工矿企业情况，引入本课程。
第一章电路的基本概念与基本定律型
1.1.1 电路 ——电路组成
1.1.2 电路模型——1.电路模型；2.电路元件
1.2电路的基本物理量及相互关系
1.电流的基本概念及参考方向的选择
1.2 电路的基本物理量及相互关系
为了分析、计算的需要，引入了电流的参考方向。 在电路分析中，任意选定一个方向作为电流的方向，这个方 向就称为电流的参考方向，有时又称为电流的正方向。 当电流的参考方向与实际方向相同时，电流为正值。反之， 若电流的参考方向与实际方向相反，则电流为负值。这样， 电流的值就有正有负，它是一个代数量，其正负可以反映电 流的实际方向与参考方向的关系。
若电压、电流为非关联参考方向，则电容元件的特性方程为：
i C du dt
C的单位为法拉，简称法(F)。电容元件有隔直通交的作用。
1．3．2 电容元件
在u、i关联参考方向下，线性电容元件吸收的功率为：