电工基础教学PPT作者杨正红1

1、电工基础课件首页首页第一章第一章 电路的基本概念和基本定律电路的基本概念和基本定律章目录章目录第一节第一节 电路的组成电路的组成第二节第二节 电路中的基本物理量电路中的基本物理量第三节第三节 电阻电阻第四节第四节 欧姆定律欧姆定律第一章第一章 电路的基本概念和基本定律电路的基本概念和基本定律第六节第六节 电功与电功率电功与电功率第五节第五节 串、并联电阻的分压分流作用串、并联电阻的分压分流作用第一章第一章 电路的基本知识和基本定律电路的基本知识和基本定律教学要求教学要求教学要求教学要求 1.1.了解电路的组成，了解电路的组成，了解常用电阻器，了解常用电阻器， 理解电路的三种状态，理解电路的三种

2、状态，理解有关基本物理量理解有关基本物理量的定义，熟记它们的单位和符号。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。熟练掌握欧姆定律及应用。 3.3.了解电流热效应的应用和可能造成的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。危害，了解负载额定值的意义。 4.4.了解了解电流做功及电流做功及掌握掌握电功率的定义。电功率的定义。一、电路和电路的组成一、电路和电路的组成二、电路图二、电路图三、电气图形符号三、电气图形符号第一章第一章 电路的基本知识和基本定律电路的基本知识和基本定律节目录节目录第一节第一节 电路的组成电路的组成四、电路的三种状态四、电路的三种状态

3、一、电路和电路的组成一、电路和电路的组成1、电流所流经的路径称为、电流所流经的路径称为电路。电路。第一章第一章 电路的基本知识和基本定律电路的基本知识和基本定律第第1节电路及电路图节电路及电路图一、电路和电路的组成一、电路和电路的组成 2.电路通常总是由电源、负载和中间环节（导线和开电路通常总是由电源、负载和中间环节（导线和开关）等基本部分组成。关）等基本部分组成。第一章第一章 电路的基本知识和基本定律电路的基本知识和基本定律第第1节电路及电路图节电路及电路图将非电能转化为将非电能转化为电能的装置电能的装置将电能转化将电能转化为其他形式为其他形式能量的装置能量的装置用于传输和用于传输和分配电能

4、分配电能二、电路图二、电路图 1.用统一规定的图形符号画出的电路模型图称为用统一规定的图形符号画出的电路模型图称为电路图。电路图。第一章第一章 电路的基本知识和基本定律电路的基本知识和基本定律第第1节电路及电路图节电路及电路图2.电路图中常用的部分图形符号如表电路图中常用的部分图形符号如表1-1所示。所示。三、电路中的电气图形符号三、电路中的电气图形符号第一章第一章 电路的基本知识和基本定律电路的基本知识和基本定律第第1节电路及电路图节电路及电路图四、电路的三种状态通路：电路各部分连接成闭合回路，有电流通过时的状态。（负载工作状态）开路：电路断开，没有电流通过时的状态。（断路状态）短路：电路（

5、或电路的一部分）被短接。如果电源两端直接由导线接通的状态为电源短路，这是一种危险状态，应避免出现。（故障状态）（a）(b)(c)一、电流一、电流二、电压与电位二、电压与电位第一章第一章 电路的基本知识和基本定律电路的基本知识和基本定律节目录节目录第二节第二节 电路中的基本物理量电路中的基本物理量三、电动势三、电动势1、电流、电流(1)、电流的形成、电流的形成电荷的定向运动称为电荷的定向运动称为电流。电流。第一章第一章 电路的基本知识和基本定律电路的基本知识和基本定律第第2节电路中的基本物理量节电路中的基本物理量(2)、电流的实际方向、电流的实际方向规定规定以正电荷移动的方向为电流的实际方向。以

6、正电荷移动的方向为电流的实际方向。第一章第一章 电路的基本知识和基本定律电路的基本知识和基本定律第第2节电流节电流I I(3)、电流的参考方向、电流的参考方向在分析或计算电路时，常常要求求出电流的实际方向。在分析或计算电路时，常常要求求出电流的实际方向。第一章第一章 电路的基本知识和基本定律电路的基本知识和基本定律第第2节电流节电流正电荷运动方向规定为正电荷运动方向规定为电流的实际方向电流的实际方向。电流的方向用箭头或双下标表示。电流的方向用箭头或双下标表示。任意假设的电流方向称为任意假设的电流方向称为电流的参考方向电流的参考方向。 如果求出的电流值为正，说明参考方向如果求出的电流值为正，说明

7、参考方向与实际方向一致，否则说明参考方向与实际与实际方向一致，否则说明参考方向与实际方向相反。方向相反。I正 值I负 值(a)(b )电流的实际方向和参考方向电流的实际方向和参考方向(4)、电流的大小、电流的大小通常规定用单位时间内通过导体横截面的电量来表示电流通常规定用单位时间内通过导体横截面的电量来表示电流的大小，以字母的大小，以字母I表示。表示。第一章第一章 电路的基本知识和基本定律电路的基本知识和基本定律第第2节电流节电流 我们规定：电量的单位是我们规定：电量的单位是C，时间的单位是，时间的单位是s，那么电，那么电流的单位是流的单位是A。电流常用的单位还有电流常用的单位还有kA、mA、

8、A，其换算关系是：，其换算关系是：(5)、直流电流、直流电流直流电流直流电流:凡大小和方向都不随时间变化的电流，称为直流凡大小和方向都不随时间变化的电流，称为直流电流，简称直流（电流，简称直流（DC）。）。第一章第一章 电路的基本知识和基本定律电路的基本知识和基本定律第第2节电流节电流0 0I It t(6)、交流电流、交流电流第一章第一章 电路的基本知识和基本定律电路的基本知识和基本定律第第2节电流节电流交流电流交流电流:凡大小和方向都随时间变化的电流，称为交变凡大小和方向都随时间变化的电流，称为交变电流，简称交流（电流，简称交流（AC）。）。0举例举例第一章第一章 电路的基本知识和基本定律

9、电路的基本知识和基本定律第第2节电流节电流例：例： 某导体在某导体在5min内均匀通过的电荷量为内均匀通过的电荷量为4.5C，求导体中的电流是多少？，求导体中的电流是多少？例例11：某导体在：某导体在6min内均匀流过横截面的电内均匀流过横截面的电荷量为荷量为9C，问流过该导体的电流是多少毫安？，问流过该导体的电流是多少毫安？ 已知：已知：Q=9C，t=660=360s。求：。求：I。解：解： I=0.025A=25mA解：解：(7)、电流的测量、电流的测量电流的测量：电流的测量：第一章第一章 电路的基本知识和基本定律电路的基本知识和基本定律第第2节电流节电流 测量电流时必须把电流表测量电流时

10、必须把电流表串联串联在电路中，同时要选择好电流表的在电路中，同时要选择好电流表的量程（测量范围），使其大于实际电流的数值。量程（测量范围），使其大于实际电流的数值。测量测量直流直流电流时电流时,还必须使电流从表的还必须使电流从表的正端流入，负端流出正端流入，负端流出。负负载载开关开关电电源源AA万用表直流电流档的使用万用表直流电流档的使用读数读数:读标读标“mA”的的刻度线；图刻度线；图1-10所示。所示。转换开关所指转换开关所指的电流值，即为的电流值，即为量程。量程。在量程内，指在量程内，指针摆到任意位置针摆到任意位置时，按所指的刻时，按所指的刻度进行换算。度进行换算。第一章第一章 电路的基

11、本知识和基本定律电路的基本知识和基本定律第第2节电流节电流 1、电压、电压2、电位、电位3、电压与电位的关系电压与电位的关系 4、举例、举例第一章第一章 电路的基本知识和基本定律电路的基本知识和基本定律节目录节目录二、二、 电压与电位电压与电位1、电压、电压（1）、电压的定义）、电压的定义 电场力把单位正电荷从电场中电场力把单位正电荷从电场中a点移动到点移动到b点所做的功点所做的功称为称为a、b两点的两点的电压电压，用，用Uab表示。表示。第一章第一章 电路的基本知识和基本定律电路的基本知识和基本定律第第3节电压与电位节电压与电位（2）、电压的单位）、电压的单位 电压的单位称为伏特，简称伏，用

12、符号电压的单位称为伏特，简称伏，用符号V表示。表示。第一章第一章 电路的基本知识和基本定律电路的基本知识和基本定律 我们规定：电场力把我们规定：电场力把1C电量的正电荷从电量的正电荷从a点移到点移到b点，点，如果所做的功为如果所做的功为1J，那么，那么a、b两点间的电压就是两点间的电压就是1V。电压常用的单位还有电压常用的单位还有kV、mV、V，其换算关系是：，其换算关系是：1kV=103V1V=103mV1mV=103uV第第3节电压与电位节电压与电位（3）电压的方向）电压的方向第一章第一章 电路的基本知识和基本定律电路的基本知识和基本定律 习惯上规定，电场力移动正电荷做功的方向为电压的习惯

13、上规定，电场力移动正电荷做功的方向为电压的实际方向，电压的实际方向也就是电位降的方向，即高电实际方向，电压的实际方向也就是电位降的方向，即高电位指向低电位的方向，所以电压又称位指向低电位的方向，所以电压又称电位降电位降。 电压的参考方向有几种表示方法。电压的参考方向有几种表示方法。 第第3节电压与电位节电压与电位 第一种表示是用箭头表示。箭第一种表示是用箭头表示。箭头由假定的高电位指向低电位。头由假定的高电位指向低电位。 第二种表示是用双下标字母表第二种表示是用双下标字母表示。如示。如Uab，前一个下标字母，前一个下标字母a表示表示假定的高电位，后一个字母假定的高电位，后一个字母b表示假表示假

14、定的低电位。定的低电位。（4）、电压的测量：）、电压的测量：第一章第一章 电路的基本知识和基本定律电路的基本知识和基本定律第第3节电压与电位节电压与电位。负负载载开关开关电电源源VV（5）、电压测量的注意事项）、电压测量的注意事项第一章第一章 电路的基本知识和基本定律电路的基本知识和基本定律第第3节电压与电位节电压与电位 测量电压时必须把电压表测量电压时必须把电压表并联并联在被测电在被测电路中，同时要选择好电压表的量程（测量范路中，同时要选择好电压表的量程（测量范围），使其大于实际电压的数值。测量围），使其大于实际电压的数值。测量直流直流电压时电压时,还必须使还必须使电压表的正负极和被测电压电

15、压表的正负极和被测电压一致一致。2、电位、电位 电位电位等于电场力将单位正电荷从该点移动到参考点等于电场力将单位正电荷从该点移动到参考点所做的功。用符号所做的功。用符号表示，以表示，以o点为参考点，则点为参考点，则a点的电位点的电位为为:第一章第一章 电路的基本知识和基本定律电路的基本知识和基本定律 参考点的电位等于零参考点的电位等于零。参考点又称为零电位点。高于。参考点又称为零电位点。高于参考点的电位是正电位。低于参考点的电位是负电位。参考点的电位是正电位。低于参考点的电位是负电位。 电位的单位与电压相同，也是电位的单位与电压相同，也是V。第第3节电压与电位节电压与电位电位的测量电位的测量3

16、、电压与电位的关系、电压与电位的关系 结论：结论：电路中任意两点间的电压就等于两点间的电位之差，电路中任意两点间的电压就等于两点间的电位之差，所以电压又称为电位差。所以电压又称为电位差。第一章第一章 电路的基本知识和基本定律电路的基本知识和基本定律第第3节电压与电位节电压与电位abo整理得：整理得： 电压与电位的关系小结电压与电位的关系小结第一章第一章 电路的基本知识和基本定律电路的基本知识和基本定律 结论一结论一：参考点改变，各点的电位随之改变，即各点：参考点改变，各点的电位随之改变，即各点的电位与参考点的选择有关。的电位与参考点的选择有关。 结论二结论二：不管参考点如何变化，两点间的电压（

17、电位：不管参考点如何变化，两点间的电压（电位差）是不变的，即电位差与参考点的选择无关。差）是不变的，即电位差与参考点的选择无关。 电路中，参考点可以任意选定。在电力工程中，常取电路中，参考点可以任意选定。在电力工程中，常取大地为参考点。因此，凡是外壳接大地的电气设备，其外大地为参考点。因此，凡是外壳接大地的电气设备，其外壳都是零电位；有些不接大地的设备，在分析其工作原理壳都是零电位；有些不接大地的设备，在分析其工作原理时，常常选用许多元件汇集的公共点作为零电位点，即参时，常常选用许多元件汇集的公共点作为零电位点，即参考点，并在电路图中用符号考点，并在电路图中用符号“ ”表示；接大地则用符号表示

18、；接大地则用符号“ ”表示，以示区别。表示，以示区别。第第3节电压与电位节电压与电位举例举例 举例举例第一章第一章 电路的基本知识和基本定律电路的基本知识和基本定律 在图中，已知在图中，已知UCO=3V， UCD =2V.试分别以试分别以D点和点和O点为参考点，求各点的电位及点为参考点，求各点的电位及D、O两点的电压两点的电压UDO 。第第3节电压与电位节电压与电位举例举例第一章第一章 电路的基本知识和基本定律电路的基本知识和基本定律 解解： （1）以）以D点为参考点，即点为参考点，即D=0V因为因为所以所以第第3节电压与电位节电压与电位又因为又因为 所以所以举例举例第一章第一章 电路的基本知

19、识和基本定律电路的基本知识和基本定律（2）以）以O点为参考点，即点为参考点，即O=0V因为因为 所以所以 因为因为 所以所以 第第3节电压与电位节电压与电位4、电动势、电动势电动势是衡量外力即非静电力做功能力的物理量。电动势是衡量外力即非静电力做功能力的物理量。外力克服电场力把单位正电荷从电源的负极搬运到外力克服电场力把单位正电荷从电源的负极搬运到正极所做的功，称为正极所做的功，称为电源的电动势电源的电动势。dqdWe 电动势的实际方向与电压实际方向相反，规定电动势的实际方向与电压实际方向相反，规定为由负极指向正极。为由负极指向正极。电动势图电动势图1电动势图电动势图2电动势符号电动势符号 物

20、物理理量量 单单位位 实实际际正正方方向向 电电流流 I A、kA、mA、 A 正正电电荷荷移移动动的的方方向向 电电动动势势 E V、kV、mV、 V 电电源源驱驱动动正正电电荷荷的的方方向向 (低低电电位位 高高电电位位) 电电压压 U V、kV、mV、 V 电电位位降降落落的的方方向向 (高高电电位位 低低电电位位) 电流、电压、电动势方向电流、电压、电动势方向Sl电阻温度系数电阻温度系数 几种材料的电阻温度系数见P10表1-2。可见，a有正负，当a0时，导体的电阻值随温度的升高而增大，这类导体为正温度系数材料，如各种金属材料等；当aE 时，时， I 0 表明方向与图中假设方向一致表明方

21、向与图中假设方向一致。当当 UabE 时，时， I 0 表明方向与图中假设方向相反。表明方向与图中假设方向相反。E+_baIUabR例例1-4 例1-4已知某电阻为30，加在它两端的电压为12V，求流过它的电流为多大？ 已知： R=30，U=12V。求：I。 解： I=U/R=0.4A二、全电路欧姆定律二、全电路欧姆定律在如图在如图113所示的全电路中所示的全电路中在如图113所示的全电路中，R是负载电阻，点划线框内表示的是一个电源，其中，E是电源的电动势，r是电源的内电阻（简称内阻）。为了分析电路的方便，通常把一个实际电源的内阻r单独画出。而实际上内阻r是电源内部，与电动势是分不开的。内阻也

22、可以不单独画出，而只在电源符号旁边注明是内阻的数值即可。当开关S闭合后，对外电路，负载电阻两端的电压为： U=IR对内电路，电源的端电压为： U=E-Ir由电路可看出，负载电阻两端的电压与电源的端电压是相等的，所以有： IR= E-Ir 即：I=E/r+R上式表明，全电路中的电流与电源的电动势成正比，与电路中内阻和外加电阻之和成反比，这个规律称为全电路欧姆定律。三、电源的外特性三、电源的外特性RI=E/r+RU=IrU=(E-Ir)Q点点电源的外特性，电源的外特性， 由I=E/R+r可得： E=I（r+R）=Ir+IR=Ur+U 上式答为电压平衡方程，其中，U= Ir电源内阻上的电压降，答为内

23、压降；U=IR是电源的端电压，也是负载两端的电压。可见，电源的电动势等于内压降与电源端电压之和。 由电压平衡方程可得出电源端电压U与电源电动势E的关系为： U=E- Ur=E- Ir 可见，当电源具有一定的内阻时，其端电压总是小于电源的电动势。当电源的电动势E和内阻r一定时，电源的端电压U将随负载电流I的变化而变化。我们把电源端的电压随负载电流变化的关系，称为电源的外特性， 1. 电压源电压源伏安特性伏安特性电压源模型电压源模型oIREUIUEUIRO+-ERo越小越小特性越平特性越平有源元件有源元件主要介紹有源元件中的两种电源：电压源和电流源。主要介紹有源元件中的两种电源：电压源和电流源。理

24、想电压源理想电压源 （恒压源）（恒压源）: RO= 0 时的电压源时的电压源.特点：特点：(1）输出电）输出电 压不变，其值恒等于电动势。压不变，其值恒等于电动势。 即即 Uab E； （2）电源中的电流由外电路决定。）电源中的电流由外电路决定。IE+_abUab伏安特性伏安特性IUabE电路的三种状态电路的三种状态三、电路的工作状态三、电路的工作状态（一）通路（一）通路第一章第一章 电路的基本知识和基本定律电路的基本知识和基本定律第第1节电路及电路图节电路及电路图 通路通路就是电源与负载构成的闭合回路，电路中有电流就是电源与负载构成的闭合回路，电路中有电流通过，电路正常工作。通过，电路正常工

25、作。三、电路的工作状态三、电路的工作状态（二）断路（二）断路第一章第一章 电路的基本知识和基本定律电路的基本知识和基本定律第第1节电路及电路图节电路及电路图 断路断路就是电源与负载未接成闭合回路，电路中没有电就是电源与负载未接成闭合回路，电路中没有电流通过。断路又称为开路。流通过。断路又称为开路。三、电路的工作状态三、电路的工作状态（三）短路（三）短路第一章第一章 电路的基本知识和基本定律电路的基本知识和基本定律第第1节电路及电路图节电路及电路图 短路短路就是电源未经负载而直接由导线（导体）构成就是电源未经负载而直接由导线（导体）构成通路，电路中电流比通路时大得多，可能烧坏电源和其通路，电路中

26、电流比通路时大得多，可能烧坏电源和其他设备。他设备。例例15 例15在如图113所示电路中，已知电源电动势力为24V，内阻为4，负载电阻为20。试求：（1）电路中的电流；（2）电源的端电压；（3）负载电阻的电压；（4）内压降。 已知：E=24V，r=4，R=20。 求：（1）I；（2）U；（3）U；（4）U。 解： I=U=E-Ir=24-14=20V U=IR=120=20V U=Ir=14=4V例例16 例16 在如图116所示电路中，当开关S分别打在1、2、3位置时，电路处于什么状态？电流表和电压表的读数是多少？ 已知：E=6V， r=0.2 ,R=9.8。 求：当开关S分别打在1、2、

27、3位置，电路的状态以及电流表电压表的读 例例1-6 解：当开关S打在1位置时，电路处于短路状态， I=E/r=6/0.2=30A U=0V 当开关S打在2位置时，电路处于开路状态， I=0A U=E=6V 当开关S打在3位置时，电路处于通路状态， I=U/r+R=6/0.2+9.8=0.6A E-Ir=6-0.60.2=5.88V想一想想一想 想一想： 下列的说法对吗？为什么？ 1.当电源的内阻为零时，电源电动势的大小就等于电源电压。 2.当电路开路时，电源电动势的大小就等于电源端电压。 3.在通路状态下负载电阻变大，端电压就下降。 4.在短路状态下内压降等于零。 5.在电源电压一定的情况下，

28、电阻大的负载是大负载。第五节、电功与电功率第五节、电功与电功率一、电功电流流过负载时，负载就把电能转换成其他形式的能（如热能、光能、机械能等），电流就做了功。电流所做的功叫做电功，用符号W表示。电流在一段电路上所做的功，与这段电路两端的电压U、流过电路的电流I和通电时间t成正比，用公式表示为：W=I2Rt=U2/Rt若该段电路的电阻为R，根据欧姆定律，则有：若电压U的单位为V，电流I的单位为A，电阻R的单位为，时间t的单位为s，则电功W的单位是焦耳，简称焦，用符号J表示。在实际工作中，电功常用的单位还有千瓦时（kWh），俗称“度”。电功的多少可用电能表来计量。例例17 例17若灯泡的电阻为24

29、，通过灯泡的电流为150mA，试求灯泡在2h内所消耗的电能是多少？ 已知：R=24，I=150mA=0.15A，t=26060=7200s， 求：W。 解：W=IRt=0.15247200=3888J二、电功率二、电功率电功描述了电流做功的多少，但不能描述电流做功的快慢。因此，引入电功率这一物理量来描述电流做功的快慢。电流在单位时间（1s）内所做的功，称为电功率，用符号P表示。其公式为：P=W/t=UI=I2R=U2/R电功率的单位是瓦特，简称瓦，用符号W表示。若电流在1s内所做的功为1J，则电功率就是1W。除瓦外，电功率常用的单位还有kW（千瓦）和mW（毫瓦），它们之间的换算关系是：1kW=

30、10W 1W=10OOmW 1mW=1000uW电路中的电功率可用功率表测量。RURIUItWP22例例1-8例1-8 电路如图117所示。已知电源的电动势为100V，内阻为10，灯泡的电阻为90。试求：（1）电源功率； （2）负载功率 （3）内损耗功率已知：E=100V，r=10，R=90，求：（1）Pe；（2）P；（3）Pr。解：电路中的电流：I=E/r+R=100/10+90=1AP=EI=1001=100WP=IR=190=90WP= Ir=110=10W3负载获得最大功率的条件负载获得最大功率的条件 3负载获得最大功率的条件 由功率平衡方程得知，电源产生的功率一部分损耗在内电路中，剩余部分才能传输给负载。内电路损失的功率越小，负载从电源取用的功率越大。在电子电路中，总是希望负载能获得最大功率，那么，在什么情况下，负载才能从电源获得最大功率呢？下面就来讨论这一问题。 在如图118a所示电路中，流过负载电阻R的电流为： I=负载电阻R获得的功率为： P= IR=（）R=图图1-18负载获得最大功率的条件负载获得最大功率的条件 即R=r时，负载才能获得最大功率。因此，负载获得最大功率的条件是：负载电阻等于电源内阻。 由于负载获得的最