电路的基本概念和基本定律(1-2).ppt

电 工 电子学 （上）,薛光明一、电能的应用 电能应用在工业、农业及国民经济各部门，在日常生活中也是不可缺少的。,绪论,1. 电能的优越性 （1）便于转换 （2）便于传输 （3）便于控制,2. 不足之处 难于储存,二 、课程的目的和学习方法 目的获得电的基本理论知识，为 今后的学习和工程技术研究打下基础。 方法掌握好物理概念（多看参考 书）；多做习题。,三 、使用教材 秦曾煌主编电工学第六版 上册电工技术 高等教育出版社出版,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,一. 电路的组成 电源 中间环节 负载,二. 电路的作用传输和转换电能； 传递和处理信号。,二. 电路的作用,1. 电能传输和转换,发电机,升压变压器,降压变压器,电灯电炉,热能,水能,核能转电能,传输分配电能,电能转换为光能,热能和机械能,2. 信号的传递和处理,放大器,扬声器,将语音转换为电信号,(信号源),信号转换、放大、信号处理,(中间环节),接受转换信号的设备,(负载),电源：提供电能的装置,(干电池、蓄电池、发电机等) 。,中间环结：把电源与负载连接起来的中间部分,(连接导线、开关等),负载：将电能转换成非电能的用电设备,(电灯、电炉、电动机等),一. 电路的组成：,电路的组成,将实际元件理想化，由理想化的电路 元件组成的电路。,例如：,理想化导线,理想化元件,今后我们分析的都是 电路模型，简称电路。,1-2 电路的模型,理想化电源,电路模型: 由理想元件组成的电路.,（一）理想无源元件(线性元件),1.电阻: 电路中消耗电能的理想元件,2.电容: 电路中储存电场能的理想元件,3.电感: 电路中储存磁场能的理想元件,线性电路: 由线性元件和电源元件组成的电路.,（二）理想电源元件,1.理想电压源,恒压源,2.理想电流源,恒流源,1-3 电压和电流的参考方向,电路中的箭头方向为电压与电动势和电流的参考方向.,电路中物理量的正方向(参考方向),物理量的正方向：,一、电流,电流方向正电荷运动的方向,（实际方向）。,电流参考方向任选一方向为电流正方向。,正值,负值,Iab = - Iba,物理量的实际正方向,二、电压,电压方向由高电位端指向低电位端（实际方向）。,电压参考方向任选一方向位为电压正方向。,电压表示方法：,Uab = -Uba,三、电动势,电动势的方向电位升高的方向（实际方向）。,电动势的参考方向任选一方向为电动势的正方向。,电动势的表示方法：,a.箭头,b.正负号,c.双下标,电动势和电压的关系：,电压与电动势规定正方向相反时,E=U,电压与电动势规定正方向相同时,E= -U,由以上关系可以看出：电压源可由一个大小相等， 方向相反的外加电压表示。,例：,(U=E),1-4 欧姆定律,线性电阻：遵循欧姆定律的电阻，其阻值的 大小和电流电压无关。,注意：用欧姆定律列方程时，一定要在 图中标明方向。,例：,1.5.1 电源有载工作,（注意：电源输出的功率和电流由负载决定。）,上式表明：当R变化时，电源端电压变化不大，则此电源带负载的能力强。,当RR0时,UE,一、电压和电流,1-5 电路的工作状态,（电源有载工作、开路和短路）,电源的外特性曲线,表示电源端电压与输出电流之间的关系曲线，称为外特性曲线。,U = IR = E IR0,二. 功率与功率平衡,电源的发出功率=负载的取用功率+电源内阻上的消耗功率,P-电源输出的功率 PE -电源产生的功率 P-电源内阻上消耗的功率,功率平衡方程式：,在 U、 I 正方向选择一致的前提下：,“吸收功率”（负载）,“发出功率”（电源）,若 P = UI 0,若 P = UI 0,三. 电源与负载的判别,当 计算的 P 0 时, 则说明 U、I 的实际方向一致，此部分电路消耗电功率，为负载。,功率性质判断：,当计算的 P 0 时, 则说明 U、I 的实际方向相反，此部分电路发出电功率，为电源。, 如果假设 U、I 正方向一致。, 电源有时发出功率，有时消耗功率。,当计算的电源功率PE 0 时,则电源消耗功率，为负载； 当计算的电源功率PE 0 时,则电源发出功率，为电源.,例,P=UI=-10W0,发出功率，是电源。,P=-UI=10W0， 消耗功率，是负载。,P=-UI=-10W0， 发出功率，是电源。,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。,UN 、IN 、PN,使用时，电压、电流、功率的实际值不一定等于额定值。,电器使用时的实际值不等于额定值的原因：,a.电器受外界影响如电压波动。,b.负载变化时，电流、功率通常不一定处于 额定工作状态。,开关S断开时，外电路的电阻无穷大, 电流为零，电源的端电压U0等于电源电动势E。,二、开路（断路或空载）,电路特征：,I = 0,U = 0 U0 = E,PE = P = 0,（其中：PE = EI、P = UI）,三. 短路,U=0 I=0,P=0,电路特征：,用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系,其中包括基氏电流和基氏电压两个定律。,术语：,网孔：不包含任何支路的回路,支路：电路中的每一个分支 （一个支路流过一个电流）,结点：三个或三个以上支路的联结点,回路：电路中任一闭合路径,1-6 基尔霍夫定律,支路：ab、ad、 . （共6条）,回路：abda、 bcdb、 . （共7 个）,结点：a、 b、 . (共4个）,例,对任何结点，在任一瞬间，流入结点的电流等于由结点流出的电流。,基氏电流定律的依据：电流的连续性,1.6.1 基尔霍夫电流定律（KCL),设：流入结点为正，流出结点为负。,在任一瞬间，一个结点上电流的代数和为 0。,电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面（广义结点）。,I1+I2=I3,I=0,基氏电流定律的扩展,I=?,对电路中的任一回路，沿任意循行方向的各段电压的代数和等于零。,即：,1.6.2. 基尔霍夫电压定律（KVL）,即：,在任一回路的循行方向上，电动势的代数和等于电阻上电压降的代数和。,E、U和IR与循行方向相同为正，反之为负。,例如： 回路 a-d-c-a,或：,注意：与循行方向相同为正， 反之为负。,其中:US3 = - E3 ，US4= - E4,基氏电压定律也适合开口电路。,例,E,+,_,R,a,b,Uab,I,a,I1,I2,E2,+,-,R1,R3,R2,+,_,I3,#3,b,E1,分析以下电路中应列几个电流方程？几个 电压方程？,网孔,网孔,设：电路中有N个结点，B个支路,N=2、B=3,小 结,1,+,+,-,-,3V,4V,1,+,-,5V,I1,I2,I3,参考点选的不同，则各点的电位不同。 电流总是从高电位流向低电位。,1-7 电路中电位的概念及计算,S断开时：,S闭合时：,则：,S断开时：,S闭合时：,则：,解：,例1,求：A点电位。,-7V,3K,1K,A,S,1K,+6V,+8V,计算图中A点的电位。,解： -24V电源的正极在接地点上， 12和36两 电阻串联，流过电流为： I=24/（12+36）=0.5A,例2:,方向向左再向下，故A点电位,VA=-I x12= -