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1、第第1章章 认识电路认识电路第1页/共32页教学要求：教学要求：1.了解电路的基本组成及各部分的作用、了解电路的基本组成及各部分的作用、电路的状态及特点。电路的状态及特点。2.理解电路常用物理量的概念及其简单理解电路常用物理量的概念及其简单计算。计算。 3.掌握电阻定律、欧姆定律、焦耳定律。掌握电阻定律、欧姆定律、焦耳定律。 第2页/共32页主要内容：主要内容：1.1 电路电路1.2 电流电流1.3 电阻电阻1.4 部分电路欧姆定律部分电路欧姆定律1.5 电能和功率电能和功率第3页/共32页第一节电路 手电筒电路是手电筒电路是怎样接通的？怎样接通的？第4页/共32页一、电路的组成一、电路的组成

2、1.什么是电路什么是电路电路是由电源、用电设备、导线、控制和保护装置等四电路是由电源、用电设备、导线、控制和保护装置等四部分按照一定方式连接起来的闭合回路。部分按照一定方式连接起来的闭合回路。 功能：其一，进行能量的传输、分配和转换，如电力系功能：其一，进行能量的传输、分配和转换，如电力系统中的输电电路。其二，实现信息的传递与处理，如手机，统中的输电电路。其二，实现信息的传递与处理，如手机，计算机电路。计算机电路。第5页/共32页2.电路的组成电路的组成 电路的基本组成包括以下四个部分：电路的基本组成包括以下四个部分：( (1) )电源电源( (供能元件供能元件) )：为电路提供电能的设备和器

3、件(如电池、发电机等)。 图1-1简单的直流电路 第6页/共32页( (2) )负载负载( (耗能元件耗能元件):):使用(消耗)电能的设备和器件(如灯泡等用电器)。 控制电路工作状态的器件或设备(如开关等)。将电器设备和元器件按一定方式连接起来(如各种铜、铝电缆线等)。(3)控制器件：(4)连接导线：第7页/共32页二、电路的状态二、电路的状态 ( (1) )通路通路( (闭路闭路) )：电源与负载接通，电路中有电流通过，：电源与负载接通，电路中有电流通过，电气设备或元器件获得一定的电压和电功率，进行能量转换。电气设备或元器件获得一定的电压和电功率，进行能量转换。 ( (2) )开路开路(

4、(断路断路) )：电路断开，电路中没有电流通过，又称：电路断开，电路中没有电流通过，又称为空载状态。为空载状态。( (3) )短路短路( (捷路捷路) )：电源两端或电路中某些部分被导线直接：电源两端或电路中某些部分被导线直接相连，输出电流过大对电源来说属于严重过载，如没有保护措相连，输出电流过大对电源来说属于严重过载，如没有保护措施，电源或电器会被烧毁或发生火灾，所以通常要在电路或电施，电源或电器会被烧毁或发生火灾，所以通常要在电路或电气设备中安装熔断器、保险丝等保险装置，以避免发生短路时气设备中安装熔断器、保险丝等保险装置，以避免发生短路时出现不良后果。出现不良后果。第8页/共32页三、电

5、路模型、电路模型( (电路图电路图) ) 图1-2手电筒的电路原图由由理想元件理想元件构成的电路称为实际电路的构成的电路称为实际电路的电路模型电路模型，也称为实，也称为实际电路的际电路的电路原理图电路原理图，简称为，简称为电路图电路图。例如手电筒的电路如图。例如手电筒的电路如图 1-2 所示。所示。 第9页/共32页理想元件 电路是由电特性相当复杂的器件组成的，为了便于使用数学方法对电路进行分析，可将电路实体中的各种电器设备和元器件用一些能够表征它们主要电磁特性的理想元件(模型)来代替，而对它的实际结构、材料、形状等非电磁特性不予考虑。第10页/共32页表表 1-1常用理想元件及符号常用理想元

6、件及符号第11页/共32页第二节电流 水流形成的条件？水流形成的条件？电流形成的条件？电流形成的条件？第12页/共32页一、电流的基本概念 电路中电荷的定向移动形成电路中电荷的定向移动形成电流电流，其方向规定为正电荷，其方向规定为正电荷流动的方向，其大小等于在单位时间内通过导体横截面的电流动的方向，其大小等于在单位时间内通过导体横截面的电荷量，荷量，电流电流用符号用符号 I 或或 i( (t) )表示。表示。第13页/共32页设在设在 t = t2t1 时间内，通过导体横截面的电荷量为时间内，通过导体横截面的电荷量为 q = q2q1，则在，则在 t 时间内的电流强度可用数学公式表示为时间内的

7、电流强度可用数学公式表示为tqti )(式中，式中， t 为很小的时间间隔，时间的国际单位制单位为为很小的时间间隔，时间的国际单位制单位为 s s ( (秒秒) )，电荷量电荷量 q 的国际单位制为库仑的国际单位制为库仑 ( (C) )。电流。电流 i( (t) ) 的国际单位制的国际单位制为为A A ( (安培安培) ) 。常用的电流单位还有常用的电流单位还有mAmA （毫安毫安）、 A A（微安微安）、 kAkA（千千安安） 等，它们与安培的换算关系为等，它们与安培的换算关系为1 mA = 10-3A； 1 A = 10-6 A； 1 kA = 103 A第14页/共32页二、直流电流 常

8、数常数 tQtqI 如果电流的大小及方向都不随时间变化，即在单位时间内如果电流的大小及方向都不随时间变化，即在单位时间内通过导体横截面的电荷量相等，则称之为通过导体横截面的电荷量相等，则称之为稳恒电流稳恒电流或或恒定电流恒定电流，简称为简称为直流直流 ( (Direct Current) )，记为，记为 DC 或或 dc ，直流电流要用，直流电流要用大写字母大写字母 I 表示。表示。直流电流直流电流 I 与时间与时间 t 的关系在的关系在 It 坐标系中为一条与时间坐标系中为一条与时间轴平行的直线。轴平行的直线。第15页/共32页三、交流电流 如果电流的大小及方向均随时间变化，则称为如果电流的

9、大小及方向均随时间变化，则称为变动电流变动电流。对电路分析来说，一种最为重要的变动电流是对电路分析来说，一种最为重要的变动电流是正弦交流电流正弦交流电流，其大小及方向均随时间按正弦规律作周期性变化，将之简称为其大小及方向均随时间按正弦规律作周期性变化，将之简称为交流交流( (Alternating Current) )，记为，记为 AC 或或 ac ，交流电流的瞬时，交流电流的瞬时值要用小写字母值要用小写字母i 或或 i( (t) ) 表示。表示。第16页/共32页第三节电阻 决定导体电阻值的因决定导体电阻值的因素有哪些？素有哪些？第17页/共32页一、电阻元件电阻元件是对电流呈现阻碍作用的耗

10、能元件，例如灯泡、电热炉等电器。 导体的电阻是由它本身的物理条件，即长度、横截面积、材料的性质和温度决定的。SlR 电阻率，单位为电阻率，单位为 m( (欧欧米米) ) ； l 导线长度，单位制为导线长度，单位制为m ( (米米) ) ；S 导线横截面积，单位制为导线横截面积，单位制为 m2 (平方米平方米)；R 电阻值，单位制为电阻值，单位制为 ( (欧欧) ) 。第18页/共32页二、电阻与温度的关系 电阻元件的电阻值大小一般与温度有关，衡量电阻受温度影电阻元件的电阻值大小一般与温度有关，衡量电阻受温度影响大小的物理量是响大小的物理量是温度系数温度系数，其定义为温度每升高，其定义为温度每升

11、高 1 C 时电阻值时电阻值发生变化的百分数。发生变化的百分数。如果设任一电阻元件在温度如果设任一电阻元件在温度 t1 时的电阻值为时的电阻值为 R1，当温度升高，当温度升高到到 t2 时电阻值为时电阻值为 R2 ，则该电阻在，则该电阻在 t1 t2 温度范围内的温度范围内的( (平均平均) )温度温度系数为系数为)(12112ttRRR如果如果 R2 R1 ，则，则 0，将，将 R 称为称为正温度系数电阻正温度系数电阻，即电阻，即电阻值随着温度的升高而增大值随着温度的升高而增大；反之将；反之将 R 称为称为负温度系数电阻负温度系数电阻，即电即电阻值随着温度的升高而减小。阻值随着温度的升高而减

12、小。显然显然 的绝对值越大，表明电阻受的绝对值越大，表明电阻受温度的影响也越大。温度的影响也越大。R2 = R1 1 (t2t1) 第19页/共32页第四节部分电路欧姆定律第四节部分电路欧姆定律电流、电压和电阻之电流、电压和电阻之间的关系？间的关系？第20页/共32页一、欧姆定律通过实验可知通过实验可知: 导体中的电流与它两端的电压成正比，与它的电阻成反导体中的电流与它两端的电压成正比，与它的电阻成反比，这就是部分电路的欧姆定律，即比，这就是部分电路的欧姆定律，即或或UIRUIR第21页/共32页二、伏安特性曲线电阻值电阻值 R 与通过它的电流与通过它的电流 I 和两端电压和两端电压 U 无关

13、无关 ( (即即R = 常数常数 ) ) 的电阻元件称为的电阻元件称为线性电阻线性电阻，其伏安特性曲线在，其伏安特性曲线在 UI 平面坐标系中为一条通过原点的直线。平面坐标系中为一条通过原点的直线。电阻值电阻值 R 与通过它的电流与通过它的电流 I 和两端电压和两端电压 U 有关有关 ( (即即R 常数常数) ) 的电阻元件称为的电阻元件称为非线性电阻非线性电阻，其，其伏安特性曲线在伏安特性曲线在 UI平面坐标系平面坐标系中为一条通过原点的曲线。中为一条通过原点的曲线。通常所说的通常所说的“电阻电阻” ，如，如不作特殊说明，均指线性电阻。不作特殊说明，均指线性电阻。图图1-31-3线性电阻的伏

14、安特性曲线线性电阻的伏安特性曲线第22页/共32页第五节电能和电功率第五节电能和电功率电费是怎么算出来的？电费是怎么算出来的？第23页/共32页一、电能 电能电能是指在一定的时间内电路元件或设备吸收或发出的是指在一定的时间内电路元件或设备吸收或发出的电能量，用符号电能量，用符号W表示，其国际单位制为焦耳表示，其国际单位制为焦耳( (J) )，电能的计，电能的计算公式为算公式为W = P t = U I t通常电能用通常电能用kW h (千瓦千瓦时时) )来表示大小，也称为来表示大小，也称为度度( (电电) )：1 度度( (电电) ) = 1 kW h = 3.6 106 J即功率为即功率为

15、1 000 W 的供能或耗能元件，在的供能或耗能元件，在 1 小时内所发出或小时内所发出或吸收的电能量为吸收的电能量为 1 度。度。第24页/共32页二、电功率 在一段时间内，电路产生或消耗的电能与时间的比值称为在一段时间内，电路产生或消耗的电能与时间的比值称为电功率，用电功率，用P表示，则表示，则功率的国际单位制单位为功率的国际单位制单位为 W( (瓦特瓦特) )，常用的单位还有，常用的单位还有mW ( (毫瓦毫瓦) )、 kW ( (千瓦千瓦) )，它们与，它们与 W 的换算关系是的换算关系是1 mW = 10 3 W； 1 kW = 103 WWPto rPU I第25页/共32页 吸收

16、或发出吸收或发出：一个电路最终的目的是电源将一定的一个电路最终的目的是电源将一定的电功率电功率传送给负载，负载将电能转换成工作所需要的一定形式的能量。传送给负载，负载将电能转换成工作所需要的一定形式的能量。即电路中存在发出功率的器件即电路中存在发出功率的器件( (供能元件供能元件) )和吸收功率的器件和吸收功率的器件( (耗耗能元件能元件) )。习惯上，通常把耗能元件吸收的功率写成正数，把供能元习惯上，通常把耗能元件吸收的功率写成正数，把供能元件发出的功率写成负数，而储能元件件发出的功率写成负数，而储能元件( (如理想电容、电感元件如理想电容、电感元件) )既不吸收功率也不发出功率，即其功率既

17、不吸收功率也不发出功率，即其功率 P = 0。通常所说的功率通常所说的功率 P 又称为又称为有功功率有功功率或或平均功率平均功率。第26页/共32页【例例1-1】有一功率为有一功率为 60 W 的电灯，每天使用它照明的时的电灯，每天使用它照明的时间为间为 4 h(小时小时)，如果平均每月按，如果平均每月按 30 天计算，那么每月消耗的电天计算，那么每月消耗的电能为多少度？合为多少能为多少度？合为多少 J ? 解：该电灯平均每月工作时间解：该电灯平均每月工作时间 t = 4 30 h= 120 h，则则W = P t = 60 120 W h = 7200 W h = 7.2 kW h即每月消耗

18、的电能为即每月消耗的电能为 7.2 度，约合为度，约合为3.6 106 7.2 J 2.6 107 J第27页/共32页 电气设备的额定值为了保证电气设备和电路元件能够长期安全地正常工作，都为了保证电气设备和电路元件能够长期安全地正常工作，都规定了额定电压、额定电流、额定功率等铭牌数据。规定了额定电压、额定电流、额定功率等铭牌数据。额定电压额定电压电气设备或元器件所允许施加的最大电压。电气设备或元器件所允许施加的最大电压。额定电流额定电流电气设备或元器件所允许通过的最大电流。电气设备或元器件所允许通过的最大电流。额定功率额定功率在额定电压和额定电流下所消耗的功率，即允在额定电压和额定电流下所消

19、耗的功率，即允许消耗的最大功率。许消耗的最大功率。额定工作状态额定工作状态电气设备或元器件在额定功率下的工作状电气设备或元器件在额定功率下的工作状态，也称态，也称满载满载状态。状态。轻载状态轻载状态电气设备或元器件在低于额定功率下的工作状电气设备或元器件在低于额定功率下的工作状态，轻载时电气设备不能得到充分利用或根本无法正常工作。态，轻载时电气设备不能得到充分利用或根本无法正常工作。过载过载( (超载超载) )状态状态电气设备或元器件在高于额定功率下的电气设备或元器件在高于额定功率下的工作状态，过载时电气设备很容易被烧坏或造成严重事故。工作状态，过载时电气设备很容易被烧坏或造成严重事故。轻载和