电工学第一章直流电路

1、第一第一章章 直流电路直流电路第一节第一节 电路及基本物理量电路及基本物理量第二节第二节 串联电路串联电路第三节第三节 并联电路并联电路第四节第四节 混联电路混联电路第五节第五节 电功与电功率电功与电功率第六节第六节 基尔霍夫定律基尔霍夫定律教学要求教学要求练习题练习题帮助帮助主页主页教学要求教学要求 1.1.了解电路的组成，理解有关基本物理量的定义，熟记它们的单位和符号。 2.2.熟练掌握欧姆定律及应用。 3.3.熟练掌握电阻串联、并联和混联电路的特点及其应用。 4.4.了解电流热效应的应用和可能造成的危害，了解负载额定值的意义。 5.5.掌握基尔霍夫第一、第二定律及复杂直流电路的基本解法支

2、路电流法。章目录章目录主页主页一、电路和电路图一、电路和电路图二、电路中的几个物理量二、电路中的几个物理量三、电阻和电阻率三、电阻和电阻率第一节第一节 电路及基本物理量电路及基本物理量四四、欧姆定律欧姆定律五、电路的三种状态五、电路的三种状态章目录章目录主页主页一、电路和电路图一、电路和电路图（三）电路的三种状态（三）电路的三种状态（一）电路（一）电路（二）电路图（二）电路图节目录节目录章目录章目录主页主页（一）电路（一）电路 电路就是电流的通路，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。 下一页下一页节目录节目录章目录章目录主页主页实际电路电路图节目录节目录章目录章目录（二）

3、电路图（二）电路图 电路可以用电路图来表示，图中的设备或元件用国家统一规定的符号表示。下一页下一页上一页上一页主页主页（三）电路的三种状态（三）电路的三种状态通路：电路构成闭合回路，有电流通过。开路：电路断开，电路中无电流通过。开路也叫断路。短路：短路是电源未经负载而直接由导体构成闭合回路。上一页上一页主页主页节目录节目录章目录章目录二、电路中的几个物理量二、电路中的几个物理量（一）电流（一）电流（二）电流密度（二）电流密度（三）电压（三）电压（四）电动势（四）电动势（五）电位（五）电位主页主页节目录节目录章目录章目录（一）电流（一）电流1.1.概念概念3.3.电流大小的测量电流大小的测量2.

4、2.电流的单位换算关系电流的单位换算关系A101kA3A101mA3-A10mA10A16-3- 在 t 秒内通过导体横截面的电量为 Q 库仑，则电流I 可表示为 I=Q/t 。下一页下一页主页主页节目录节目录章目录章目录电荷有规则的定向移动称作电流。电流的大小使用电流表（安培表）进行测量。上一页上一页主页主页节目录节目录章目录章目录下一页下一页 （2 2）电流表必须串接到被测量的电路中。 （3 3）直流电流表表壳接线柱上标明的“+”、“-”记号，应和电路的极性相一致，不能接错，否则指针反转，既影响正常测量，又容易损坏电流表。 （1 1）对交、直流电流应分别使用交流和直流电流表测量。 （4 4

5、）要合理选择电流表的量程。电流测量时应注意： 当某段电路中电流的方向难以判断时，可先任意假定电流的参考方向（也称正方向），然后列方程求解。当解得的电流为正值时，说明电流的实际方向与参考方向一致，反之，解得的电流为负值时，说明电流的实际方向与参考方向相反。习惯上规定正电荷移动的方向为电流的方向。上一页上一页主页主页节目录节目录章目录章目录下一页下一页4.4.电流的方向电流的方向（二）电流密度（二）电流密度举例：解：23.5mm621JIS 概念：是指当电流在导体的截面上均匀分布时，该电流与导体横截面积的比值，用字母 J 表示，数学表达式为： J = I / S 。上一页上一页主页主页节目录节目录

6、章目录章目录下一页下一页 某照明电路需要通过21A的电流，问应采用多粗的铜导线？（设 J=6A/mm2 ）（三）电压（三）电压 又称电位差，在电场中若电场力将点电荷 Q 从A点移到B点，所做的功为WAB ，则功与电荷 Q 的比值就称为该两点之间的电压。数学表达式为UAB=WAB / Q 。上一页上一页主页主页节目录节目录章目录章目录下一页下一页1.1.概念概念 电压大小的测量使用电压表（伏特表）进行测量，测量时应注意： （2 2）电压表必须并联在被测量电路的两端。 （3 3）直流电压表表壳接线柱上标明的“+”、“-”记号，应和被测两点的电位相一致，即“+”端接高电位，“-”端接低电位，不能接错

7、，否则指针反转，并会损坏电压表。 （4 4）要合理选择电压表的量程。 （1 1）对交、直流电压应分别使用交流电压表和直流电压表测量。上一页上一页主页主页节目录节目录章目录章目录下一页下一页2.2.电压大小的测量电压大小的测量 4.4.电压的方向电压的方向 在电路图中有两种表示方法。当电压的实际方向难以断定时，可参考电流方向的确定方法予以确定。3.3.电压的单位换算关系电压的单位换算关系V10mV10V16-3-V101kV3V101mV3- 如图a用箭头表示，图b b用极性符号表示。上一页上一页主页主页节目录节目录章目录章目录下一页下一页（四）电动势（四）电动势1.1.概念概念 2.2.电动势

8、的单位电动势的单位 与电压相同， 也是V（伏特）。3.3.电动势的方向在电源内部由负极指向正极电动势的方向在电源内部由负极指向正极 注：对于一个电源来说，即有电动势又有端电压。电动势只存在于电源内部；而端电压则是电源加在外电路两端的电压，其方向由正极指向负极。 在电源内部外力将单位正电荷从电源的负极移动到电源正极所做的功，用符号E 表示，数学表达式为：E=W外 / Q 。上一页上一页主页主页节目录节目录章目录章目录下一页下一页4.4.直流电动势的两种图形符号直流电动势的两种图形符号上一页上一页主页主页节目录节目录章目录章目录下一页下一页（五）电位（五）电位 注：通常把参考点的电位规定为零，又称

9、零电位。一般选大地为参考点，即视大地为零电位。在电子仪器和设备中又常把金属外壳或电路的公共接点的电位规定为零。：表示接大地；或 ：表示接机壳或公共接点。 是指电路中某点与参考点之间的电压，符号用带下标的字母 U 表示，单位也是 V（伏特）。上一页上一页主页主页节目录节目录章目录章目录下一页下一页零电位的符号有两种：1.1.概念概念2.2.电位与电位差的区别电位与电位差的区别C点B点A点点AUBUCUABUACU0V1.5V-3V-3V1.5V3V0V1.5V1.5V3V1.5V1.5V-0V3V1.5V 由下图可以看出电位具有相对性，即电路中某点的电位值随参考点位置的改变而改变；而电位差具有绝

10、对性，即任意两点之间的电位差值与电路中参考点的位置选取无关。此外电位有正负之分，当某点的电位大于参考点（零电位）电位时，称其为正电位，反之称其为负电位。上一页上一页主页主页节目录节目录章目录章目录下一页下一页3.3.举例举例 已知：UA=10V，UB=-10V，UC=5V 。求 UAB 和 UBC 各为多少？解：根据电位差与电位的关系可知：20V10)(10BAABUUU15V5-10)(CBBCUUU上一页上一页主页主页节目录节目录章目录章目录三、电阻和电阻率三、电阻和电阻率主页主页节目录节目录章目录章目录（四）电阻的测量（四）电阻的测量（一）电阻（一）电阻（二）电阻率（二）电阻率（三）电阻

11、与电阻率的关系（三）电阻与电阻率的关系101k310k101M631.1.概念概念主页主页节目录节目录章目录章目录下一页下一页2.2.电阻单位的换算关系电阻单位的换算关系 导体对电流的阻碍作用称为电阻，用符号R 表示。其单位为 （欧姆）。（一）电阻（一）电阻 概念：长度为1m、截面为1mm2的导体，在一定温度下的电阻值，用符号表示。其单位为m（欧米）。 纯金属的电阻率很小，绝缘体的电阻率很大。银是最好的导体，但价格昂贵而很少采用，目前电气设备中常采用导电性能良好的铜、铝作导线。（二）电阻率（二）电阻率主页主页节目录节目录章目录章目录下一页下一页上一页上一页绕制10的电阻，问需要直径为1mm的康

12、铜丝多少米？解：27232m107.854)10(13.144dS查表可知20 时康铜的电阻率为m1057由SLR得15.7m105107.851077RSL举例（三）电阻与电阻率的关系（三）电阻与电阻率的关系SLR式中 L 代表导体的长度，m。上一页上一页主页主页节目录节目录章目录章目录下一页下一页（四）电阻的测量（四）电阻的测量1.1.切断电路上的电源。2.2.使被测电阻的一端断开。上一页上一页主页主页节目录节目录章目录章目录 电阻的测量使用电阻计（欧姆表）进行测量，测量时应注意：3.3.避免把人体的电阻量入。四、欧姆定律四、欧姆定律（一）部分电路欧姆定律（一）部分电路欧姆定律（二）全电路

13、欧姆定律（二）全电路欧姆定律主页主页节目录节目录章目录章目录1.1.部分电路欧姆定律的内容部分电路欧姆定律的内容（一）部分电路欧姆定律（一）部分电路欧姆定律式中 I导体中的电流，A； U 导体两端 的电压，V； R导体的电阻，。主页主页节目录节目录章目录章目录下一页下一页 在不包含电源的电路中，流过导体的电流与这段导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比，即 I=U/R 。 例1已知，某 100W 的白炽灯在电压 220V 时正常发光，此时通过的电流是 0.455A ，试求该灯泡工作时的电阻。解：4840.455220IUR2.2.举例举例上一页上一页主页主页节目录节目录章目录章目录下一页下一

14、页 例2有一个量程为 300V（即测量范围是0300V）的电压表，它的内阻 R0 为 40k 。用它测量电压时，允许流过的最大电流是多少？解：7.5mA0.0075A104030030RUI上一页上一页主页主页节目录节目录章目录章目录下一页下一页（二）全电路欧姆定律（二）全电路欧姆定律 在全电路中电流强度与电源的电动势成正比，与整个电路的内、外电阻之和成反比。其数学表达式为rREI式中 E电源的电动势，V； R外电路（负载）电阻， ； r内电路电阻， ； I 电路中的电流，A。上一页上一页主页主页节目录节目录章目录章目录下一页下一页式中 U外电源向外电路输出的电压，又称电源的端 电 压，V；U

15、内电源内阻的电压降，V。 全电路欧姆定律又可表述为：电源的电动势在数值上等于闭合电路中内外电路电压降之和。由式 可得：E=IR+Ir=U外+U内rREI上一页上一页主页主页节目录节目录章目录章目录（一）电路的通路（一）电路的通路（二）电路的开路（断路）（二）电路的开路（断路）（三）电路的短路（三）电路的短路（四）电路在三种状态下各物理量的关系（四）电路在三种状态下各物理量的关系五、电路的三种状态五、电路的三种状态主页主页节目录节目录章目录章目录 开关SA接“1”号位置，电路中的电流为：（一）电路的通路（一）电路的通路rREI主页主页节目录节目录章目录章目录下一页下一页 由图中曲线可知：在电源的

16、内阻一定时，电路接大负载时，端电压下降较多；电路接小负载时，端电压下降较少。IrEUEU内外 上式表明：当电源具有一定值的内阻时，端电压总是小于电源电动势；当电源电动势和内阻一定时，端电压随输出电流的增大 而 下降。这种电源端电压随输出（负载）电流的变化关系 ，称为电源的外特性。其关系曲线称为电源的外特性曲线。上一页上一页主页主页节目录节目录章目录章目录下一页下一页（二）电路的开路（断路）（二）电路的开路（断路）0内 IrU 开关SA接“2”号位置，电路中的电流：0IEIrEU外即：电源的开路电压等于电源电动势。上一页上一页主页主页节目录节目录章目录章目录下一页下一页（三）电路的短路（三）电路

17、的短路0短外r IEU 开关SA接“3”号位置，电路中的短路电流：rEI 短上一页上一页主页主页节目录节目录章目录章目录下一页下一页（四）电路在三种状态下各物理量的关系（四）电路在三种状态下各物理量的关系短路通路断路负载功率电源消耗功率电压电流电路状态0IEU rREIrEII短Ir-EU 0U0EPEIP ErIP2短E0RPUIP R0RP上一页上一页主页主页节目录节目录章目录章目录下一页下一页 例如图所示，不计电压表和电流表内阻对电路的影响，求开关在不同位置时，电压表和电流表的读数各为多少？解： 开关接“1”号位置，电路短路。开关接“2”号位置，电路断路。电压表读数为 0。电流表中的短路

18、电流为：10A0.22短rEI电压表读数为电源电动势的数值，即 2V 。电流表中无电流通过0A断I上一页上一页主页主页节目录节目录章目录章目录下一页下一页开关接“3”号位置，电路处于通路状态电流表读数：电压表读数：A 0.20.29.82rREIV 1.969.80.2 IRUV 1.960.20.22IrEU或上一页上一页主页主页节目录节目录章目录章目录一、电阻串联的概念一、电阻串联的概念第二节第二节 串联电路串联电路三、电阻串联在实际工作中的应用三、电阻串联在实际工作中的应用 二、电阻串联的性质二、电阻串联的性质举例分析举例分析例例1 1 例例2 2主页主页章目录章目录一、电阻串联的概念一

19、、电阻串联的概念 如图所示，把两个或两个以上的电阻依次连接，组成一条无分支电路，这样的连接方式叫做电阻的串联。主页主页节目录节目录章目录章目录1.1.串联电路中流过每个电阻的电流都相等，即：n21IIII2.2.串联电路两端总电压等于各电阻两端分电压之和，即：n21UUUU 3.3.串联电路等效电阻（即总电阻）等于各串联电阻值之和，即：n21RRRR （1 1）如果电路中串联的 n 个电阻值相等（均为 R0），则串联电路中各分电压满足关系：nUUUUn21等效电阻（即总电阻）满足关系：R=nR 0 。注：二、电阻串联的性质二、电阻串联的性质主页主页节目录节目录章目录章目录下一页下一页 若已知总

20、电压 U 及电阻R1、R2 ，由上式可得串联电路的分压公式： ， 。211 1 R RU RU212 2 R RURU或 （2 2）根据欧姆定律 U=IR ， U1=I1R1 ， Un=InRn 及串联性质1可得：n1n1RRUURRUUnn上一页上一页主页主页节目录节目录章目录章目录三、电阻串联在实际工作中的应用三、电阻串联在实际工作中的应用 1 1.用几个电阻串联以获得较大的电阻。 2 2.采用几个电阻串联构成分压器，使同一电源能供给几种不同数值的电压（如图所示）。 3 3.当负载的额定电压低于电源电压时，可用串联电阻的方法将负载接入电源。 4 4.限制和调节电路中电流的大小。 5 5.扩

21、大电压表的量程。主页主页节目录节目录章目录章目录 例1 如图所示，要使弧光灯正常工作，须供给 40V的电压和10A 的电流，现电源的电压为100V，问应串联多大阻值的电阻？（不计电阻的功率） 解： 根据题意可知，串联后的电阻应承受的电压为： 100-40=60 V这样，才能保证弧光灯所需的工作电压。根据欧姆定律IRU 得需串联的电阻为：610602IUR主页主页节目录节目录章目录章目录举例分析举例分析解： 根据题意可知，当表头满刻度时，表头两端电压为Ua 。V 0.51010105036aaaRIU 可见，用这个表头测量大于0.5V的电压会烧坏表头，需串联分压电阻，以扩大测量范围。设量程扩大到

22、10V需要串入的电阻为Rx 。k 19010500.5106aaaxxIUUIUR主页主页节目录节目录章目录章目录 例2 如图所示为一个万用表的表头，它的等效内阻 为 ，满刻度电流为 ，若改装成量程为10V的电压表，则应串联多大的电阻？A50aIk 10aR一、电阻并联的概念一、电阻并联的概念第三节第三节 并联电路并联电路三、电阻并联在实际工作中的应用三、电阻并联在实际工作中的应用 二、电阻并联的性质二、电阻并联的性质举例分析举例分析例例1 1 例例2 2闭路式分流器扩大电流表量程的应用闭路式分流器扩大电流表量程的应用主页主页章目录章目录一、电阻并联的概念一、电阻并联的概念 如图所示，把两个或

23、两个以上的电阻接在电路中相同的两点之间，承受同一电压，这样的连接方式叫做电阻的并联。主页主页节目录节目录章目录章目录 1 1.并联电路中各电阻两端的电压相等，且等于电路两端的电压，即： n21UUUU 2 2.并联电路的总电流等于流过各电阻的电流之和，即： n21IIII 3 3.并联电路的等效电阻（即总电阻）的倒数等于各并联电阻的倒数之和，即：n211111RRRR （1 1）如果电路中并联的几个电阻值都为 R0 ，则并联电路中：nIIIIn21等效电阻（即总电阻）满足关系：nRR0注：二、电阻并联的性质二、电阻并联的性质主页主页节目录节目录章目录章目录下一页下一页 （2 2）根据并联电路电

24、压相等的性质，可得到下式：1nn1RRII或nnRRII两个电阻中的分电流 I1、I2 分别为：2121RRIRI2112RRIRI2121RRRRR 若已知两个电阻R1、R2 并联，并联电路的总电流为 I ，则总电阻为 ： 上一页上一页主页主页章目录章目录节目录节目录三、电阻并联在实际工作中的应用三、电阻并联在实际工作中的应用 1 1.凡是额定工作电压相同的负载都采用并联的工作方式。这样每个负载都是一个可独立控制的回路，任一负载的正常启动或关断都不影响其它负载的正常使用。 2 2.获得较小的电阻。 3 3.扩大电流表的量程。主页主页章目录章目录节目录节目录解： 例如图所示的并联电路中，求等效

25、电阻 RAB 、总电流 I 、各负载电阻上的电压、各负载电阻中的电流。等效电阻 RAB 为：236362121ABRRRRR总电流 I 为：6A212ABRUI各负载上的电压为：各负载中的电流为：12V21UUU2A36632121RRIRI4A2612III主页主页章目录章目录节目录节目录举例分析举例分析 例如图所示，已知某微安表的内阻为 Ra=3750 ，允许流过的最大电流Ia= 40A 。现要用此微安表制作一个量程为500mA的电流表，问需并联多大的分流电阻 Rx ？解： 因微安表允许流过的最大电流为40A，用它测量大于40A 的电流会将该电流表损坏，可适当采用并联电阻的方法将表的量程扩

26、大到500mA，让流过微安表的最大电流不超过40A ，其余电流从并联电阻中分流。主页主页章目录章目录节目录节目录下一页下一页得 0.310401050037501040636aaaxIIRIRxaaaa)(RIIRIU由上一页上一页主页主页章目录章目录节目录节目录 实际应用中，大多数直流电流表采用闭路式分流器来扩大量程。 图a 为一挡量程； 图b为两挡量程，21II图b中，开关SA在“1”位置时，两个分流电阻 R1 与 R2 串联后再与微安表并联，量程较小。开关SA在“2”位置时，电阻 R2 与微安表串联后再与分流电阻 R1 并联，量程较大，此时的电路图与图a等效。主页主页章目录章目录节目录节目录闭路式分流器扩大电流表量程的应用闭路式分流器扩大电流表量程的应用练习题练习题 一、填空一、填空 1 1.一般电路由 、 、 和 四个部分组成