电路模型以及电路基本物理量.ppt

,第一章直流电路,1、掌握电路的组成及功能；,2、了解实际电路和电路模型特点和联系；3、掌握电路的基本物理量：电流、电压、电位、电动势和功率。,教学目标,本节难点,电路的基本物理量电流和电压,电路的基本物理量,本节重点,11实际电路和电路模型,在实践中，为了达到某种目的，人们需要设计、安装一些实际电路，并让它运行。一、实际电路由电器元件按一定方式连接而成的电流通路。,低频信号发生器的内部结构,可以将各部分用电工符号画成电路模型图，简称电路图。,1、电路的组成,举例一,电路通常由电源、负载和中间环节三部分组成。,电源,连接导线和其余设备为中间环节,负载,练习,你能说出电源有哪些吗？请举例。,由直流电源组成的电路称为直流电路。,电源,蓄电池,交流稳压电源,直流电源表示,电压源输出电压恒定，输出电流由它和负载共同决定,电流源输出电流恒定，两端电压由它和负载共同决定。,+US,电池组,2）负载用电设备的总称。它是将电能或电信号转换成所需要能量的装置。请举例。在电源作用下，电路中产生了电压和电流。所以电源又称为激励源，而在电路中产生的电压和电流则称为响应。根据这种因果关系，激励与响应有时也称为输入与输出。,辅助设备可实现对电路的控制、分配、保护及测量，包括各种开关、按钮、电流表、电压表和测量仪等。,发电机,升压变压器,降压变压器,电灯电动机电炉.,输电线,1）电力系统中，实现电能的传输、分配与转换（强电）,2.电路的功能,2）实现信号的转换、传递与处理（弱电）,放大器,扬声器,话筒,收接收天线把音乐等电磁波转换成相应的电信号，然后通过电路进行传递和处理（调谐、变频、检波和放大），最后送到扬声器等负载，还原成原来的信息。,电视机呢,二、关于电路理论研究,研究的内容：本教材主要研究电路的基本定律、定理和各种计算方法，以便求解电路中的某些物理量。一般不涉及器件内部发生的物理过程。研究的方法：通过建立一种电路模型来分析电路中发生的电磁现象，并用电流、电压、电荷和磁通等物理量描述其中的过程。研究的对象：是电路模型而不是实际电路。,三、电路模型,实际器件不只表现出一种电路性质例如：一个线圈,电阻性质电感性质电容性质,为了分析方便必须在一定的条件下，对实际器件加以理想化处理，即：一定条件下突出其主要的电性质而忽略其次要因素，这种用理想电路元器件来代替实际电路元器件构成的电路为电路模型，简称为电路。,本书的研究对象是电路模型而不是实际电路,理想电路元件在一定条件下对实际元件加以理想化，仅仅表征实际元件的主要电性质，可以用数学表达式来表示其性能。如：电灯、电炉、电阻器这些实际元件，消耗电能是它们的主要性质，可以用电阻元件来表征。,理想电路元件,在电路图中，各种电路元件都用参数和规定的图形符号表示。,理想电路元件,电阻元件只具耗能的电特性,电容元件只具有储存电能的电特性,理想电压源输出电压恒定，输出电流由它和负载共同决定,理想电流源输出电流恒定，两端电压由它和负载共同决定。,电感元件只具有储存磁能的电特性,理想电路元件是实际电路器件的理想化和近似化，其电特性单一、精确，可定量分析和计算。,5种基本理想电路元件有三个特征：（a）只有两个端子；（b）可以用电压或电流按数学方式描述；（c）不能被分解为其他元件。,注意,既无电阻性，又无电感性、电容性的导线在电路模型中，各理想电路元件均由“理想导线”连接起来。,理想导线,四、实际电路与电路模型的关系,电路分析,电路综合,目的：通过对电路模型的分析计算来预测实际电路的特性，从而改进实际电路的电气特性，设计出优化的电路。,任务：掌握电路的基本理论和电路的基本分析方法。,图手电筒电路,(a)实际电路(b)电原理图（电气图）(c)电路模型（电路图）(d)拓扑结构图,最简单的实际电路和它的理想化模型,电路模型是实际电路的理想化的模型。,检验学习结果,电路由哪几部分组成？各部分的作用是什么？,何谓理想电路元件？其中“理想”二字在实际电路的含义？,学好本课程，应注意抓好四个主要环节：提前预习、认真听课、及时复习、独立作业。还要处理好三个基本关系：听课与笔记、作业与复习、自学与互学。,2.大小：,单位：安培(A),千安(kA),毫安(mA),微安(A),1.定义：电路中电荷的定向有规则运动形成电流,3.实际方向：习惯上规定为正电荷运动的方向。,12电路的基本物理量,一、电流和电流的参考方向,4.参考方向：在电路分析中，任意选定一个方向作为电流的方向，这个方向叫做电流的参考方向。,参考方向的2种表示方法,参考方向与实际方向一致，电流值为正值；参考方向与实际方向相反，电流值为负值。,5.参考方向与实际方向的关系,注意：电流的正负是对参考方向而言的，离开了参考方向，则电流的正、负是毫无意义的。,若I=2A，则电流的实际方向从a流向b；,例：,若I=2A，则电流的实际方向从b流向a。,b,R,a,I,例1：已知电流的实际方向由a到b，大小为2A。问如何表示这一电流？,解：有两种表示法：,1、参考方向与实际方向一致,I=2A,2、参考方向与实际方向相反,I=-2A,I,解：,1、I=1A电流的实际方向与参考方向一致,即：由b到a。,2、I=-1A电流的实际方向与参考方向不一致，即：由a到b。,例2：选电流I的参考方向如图。若算出I=1A或I=-1A，求电流i的实际方向。,I,单位：伏(V)，千伏(kV)，毫伏(mV)，微伏(V),1.定义：描述电场力移动电荷作功本领的物理量,2.大小：,3.实际方向：习惯上认为电压的实际方向是从高电位指向低电位。高电位称为正极，低电位称为负极。,二、电压和电压的参考方向,4.参考方向：在分析电路时，任意假定参考方向。,参考方向与实际方向一致，电压值为正值；参考方向与实际方向相反，电压值为负值。,5.参考方向与实际方向的关系,注意：电压的正负是对参考方向而言的，离开了参考方向，则电压的正、负是毫无意义的,例：,若U=5V，则电压的实际方向从a指向b；,若U=5V，则电压的实际方向从b指向a。,练习,关联参考方向,对同一元件来说,当电流与电压参考方向一致时,即电流从电压的“+”极流入,从“-”极流出该元件,则称二者取关联的参考方向。,对任何电路进行分析、计算时都应先指定相应各处电流、电压的参考方向。电流、电压的参考方向是分别独立地、任意指定的。分析电路一律以参考方向为准，而不必考虑电流、电压的实际方向。,练习：,I=2A,b,R,a,表示出上图支路ab段的电流方向。,2.大小：,1.定义：描述电源力移动电荷作功本领的物理量。在数值上等于电源力将单位正电荷从低电位端经电源内部移到高电位端。,三、电动势（E）,3.单位：伏(V)，千伏(kV)，毫伏(mV)，微伏(V),分析计算时，也要假设参考方向。,根据结果的正负确定实际方向,忽略电源内阻时，,4.实际方向：电源内部从负极指向正极。（电位升方向）,5.电动势和电压的关系：用一个水路的概念先来表述一下：在一个循环的水路中，水泵就是电动势，而水压差就是电压（差），水流就好比电流。,电流在经过电器设备时会发生能量的转换，能量转换的大小就是电流所做的功。能量转换的速率就是电功率。,四、电功率,单位:MW,kW,W，mW等,如何判断电路中的元件是发出功率（即电源）还是吸收功率（即负载）？,在一个完整的电路内，电功率平衡，即总的发生功率等于总的吸收功率。P发生=P吸收,若电路元件的电流与电压的实际方向相同时，则该元件吸收功率，起负载作用；电流与电压的实际方向相反时，则该元件发出功率，起电源作用。,P0，吸收功率；P0，提供功率,p和i、u一样，也是代数量，可正、可负。,电路元件在电路中可能吸收功率（负载），也可能发出功率（电源）。,例在下图电路中，已知U1=1V,U2=-6V,U3=-4V,U4=5V,U5=-10V,I1=1A,I2=-3A,I3=4A,I4=-1A,I5=-3A。,整个电路吸收的功率为,求：各二端元件吸收的功率，以及整个电路吸收的功率。,对一完整的电路，发出的功率消耗的功率，满足功率平衡。,回顾旧知,1、掌握电路的组成及功能；,2、了解实际电路和电路模型特点和联系；3、掌握电路的基本物理量：电流、电压、电位、电动势和功率。,教学目标,请指出下图电路电压方向。,想一想：家里装修好了，要弄窗帘布，如何确定窗帘的高度呢？,五、电位,1、概念：电路中某点至零电位点的电压，通常设零电位点的电位为零。2、,3、电位和电压（电位差）之间的关系1.电位针对一点，电压针对两点；2.电位是相对的，电压是绝对的。,4、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)标出各电流参考方向并计算；(3)计算各点至参考点间的电压即为各点的电位。,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。,例1：,参考点设在C点时：,Va=,Ubc=Vb-Vc,Uab=Va-Vb,Vb=,Vc=,=1,=2,3，,2，,0,参考点设在a点时：,Va=,Ubc=Vb-Vc,Uab=Va-Vb,Vb=,Vc=,=1,