电工学第一章

1、（1-0）第一章电路的基本概念和基本定律（1-1）第一章第一章 电路的基本概念电路的基本概念 和基本定律和基本定律1.1 1.1 电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分1.2 1.2 电路模型电路模型1.3 1.3 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向1.4 1.4 欧姆定律欧姆定律1.5 1.5 电源有载工作、开路与短路电源有载工作、开路与短路1.6 1.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律1.7 1.7 电路中电位的概念及计算电路中电位的概念及计算（1-2）1.1 电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分电路：电路：电流的通路。它由电工设备电流的通路。它由电工设备 或元件按一定方式组合而成。

2、或元件按一定方式组合而成。（1-3）1.实现电能的传输和转换实现电能的传输和转换发电机发电机电灯、电炉电灯、电炉电动机电动机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器输电线输电线电路作用：电路作用：电源电源中间环节中间环节负载负载（1-4）2.实现信号的传递和处理实现信号的传递和处理话筒话筒放大器放大器电路作用：电路作用：信号源信号源负载负载（1-5）激励：电路中的电源或信号源的电压或激励：电路中的电源或信号源的电压或电流电流。响应：激励在电路中各部分产生的电压响应：激励在电路中各部分产生的电压或电流或电流。电路分析：在已知电路结构和元件参数电路分析：在已知电路结构和元件参数的条件的条件 下下，

3、讨论电路的激励与，讨论电路的激励与响应响应的关系。的关系。（1-6）电池电池灯泡灯泡EIRU+_负载负载电源电源1.2 电路模型电路模型定义：由理想元件组成的电路构成了实际电路定义：由理想元件组成的电路构成了实际电路 的电路模型的电路模型（1-7）电池电池是电源元件，其参是电源元件，其参数为电动势数为电动势 E 和内阻和内阻Ro；灯泡灯泡主要具有消耗电能主要具有消耗电能的性质，是电阻元件，的性质，是电阻元件，其参数为电阻其参数为电阻R；筒筒体体用来连接电池和灯用来连接电池和灯泡，其电阻忽略不计，泡，其电阻忽略不计，认为是无电阻的认为是无电阻的理想导理想导体；体；开关开关用来控制电路的通用来控制

4、电路的通断。断。+RoR开关开关EI电珠电珠+U干电池干电池 导线导线（1-8）伏伏 - 安安 特性特性iuconstiuRRiuuiconstiuR线性电阻线性电阻非线性电阻非线性电阻 电阻电阻 R（常用单位：（常用单位： 、k 、M ）（1-9）（1-10）（1-11）（1-12）物理量的实际正方向物理量的实际正方向1.3 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向物理量物理量 单位单位 实际正方向实际正方向 电流电流 I A、kA、mA、A 正电荷移动的方向正电荷移动的方向 电动势电动势 E V、kV、mV、V电源驱动正电荷电源驱动正电荷移动的方向移动的方向 (低电位低电位 高电位高电位)

5、 电压电压 UV、kV、mV、V电位降落的方向电位降落的方向 (高电位高电位 低电位低电位)（1-14）电路分析中的电路分析中的假设假设正方向正方向（参考方向）（参考方向）问题的提出问题的提出：在复杂电路中难以判断元件中在复杂电路中难以判断元件中物理量的物理量的实际方向，电路如何求解？实际方向，电路如何求解？电流方向电流方向AB？电流方向电流方向BA？E1ABRE2IR（1-15）(1) 在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；解决方法解决方法(3) 根据计算结果确定实际方向：根据计算结果确定实际方向： 若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致；若计算结

6、果为正，则实际方向与假设方向一致； 若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。(2) 根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关 系的代数表达式；系的代数表达式；（1-16）电路中物理量的正方向电路中物理量的正方向物理量的物理量的正方向正方向：实际正方向实际正方向假设正方向假设正方向实际正方向：实际正方向： 物理中对电量规定的方向。物理中对电量规定的方向。假设正方向（参考方向）：假设正方向（参考方向）： 在分析计算时，对电量人为规定的方向。在分析计算时，对电量人为规定的方向。（1-17）物理量正方向的表示方法物理量

7、正方向的表示方法电池电池灯泡灯泡EIRUab+_ab+-IR电流电流：从高电位：从高电位 指向低电位。指向低电位。u_+正负号正负号abUab（高电位在前，高电位在前， 低电位在后）低电位在后） 双下标双下标箭箭 头头uab电压电压（1-18）+-IRa ba bRa b+-RUI = -1AI = +1AU = -3VU = +3VUab = -3VUab = +3V例：试判别电流、电压的实际方向试判别电流、电压的实际方向（1-19）RUI注意注意：用欧姆定律列方程时，一定要在图中标用欧姆定律列方程时，一定要在图中标明正方向。明正方向。IRU IRUIRURUIRUI1.4 欧姆定律欧姆定律

8、（1-20）例例 I2AU6V+-RI-2AU6V+-RI2AU-6V-+RI-2AU-6V-+RR = U / I =3R = -U / I =3R = U / I =3R =- U / I =3P13 例例 1.4.1（1-21）例例已知：已知：E=2V, R=1试问：当试问：当U分别为分别为 3V 和和 1V 时，时，IR=?解：解：(1) 假定电路中物理量的正方向如图所示；假定电路中物理量的正方向如图所示；(2) 列电路方程：列电路方程： EUURREURUIRREUUR E IRRURabU+ -（1-22）(3) 数值计算数值计算A1121 V1A112-3 3VRRIUIU时时时

9、时（实际方向与假设方向一致）（实际方向与假设方向一致）（实际方向与假设方向相反）（实际方向与假设方向相反）REUIRE IRRURabU+ -（1-23）(4)为了为了避免列方程时出错，避免列方程时出错，习惯上习惯上把把 I 与与 U 的的方方向按向按相同方向假设。相同方向假设。(1)方程式方程式 R = U/I 仅适用于假设正方向一致的情仅适用于假设正方向一致的情况。况。(2)“实际方向实际方向”是物理中规定的，而是物理中规定的，而“假设正方假设正方向向”则则是人们在进行电路分析计算时，任意假设是人们在进行电路分析计算时，任意假设的。的。 (3)在在以后的解题过程中，注意一定要以后的解题过程

10、中，注意一定要先假定先假定“正正方向方向”(即在图中标明物理量的即在图中标明物理量的参考方向参考方向)，然后再然后再列列方程计算方程计算。缺少。缺少参考方向参考方向的物理量是无意义的的物理量是无意义的. 提示提示 课堂练习课堂练习 I2= -1A5abc55I1= 2AI3= -3A1.4.2(b): Uab = ?Ubc = ?Uca = ?Uab =10+(-5) =5VUbc = -(-5)-(-15)=20VUca = (-15)-10=-25VP14 : 1.4.2（b）（1-25）ERR 0+-+-UIIUE0 同乘同乘I: UI = EI - I2R0 功率平衡式功率平衡式: P

11、 = PE - P电源的外特性曲线电源的外特性曲线U = E - IR01.5 电源的有载工作、开路与短路电源的有载工作、开路与短路电源的有载工作电源的有载工作（1-26）电电 功功 率率aIRUb功率的概念功率的概念：设电路任意两点间的电压为：设电路任意两点间的电压为 U , 流流入入此部分此部分电路的电流为电路的电流为 I， 则这部分电路消耗的则这部分电路消耗的功率为功率为: WPU I功率有无正负？功率有无正负？如果如果U I方向不一方向不一致结果如何？致结果如何？电源与负载的判别电源与负载的判别IRUabIUab+-负载：负载：U 和和 I 的的 电流从实际的电流从实际的“+ +”端端

12、电源：电源：U 和和 I 的的电流从实际的电流从实际的“+ +”端端（1-27） +- 10V2A3A 例：例：电路如图所示，试求各电压源电路如图所示，试求各电压源，电流电流源的功率，并说明其为电源还是负载。源的功率，并说明其为电源还是负载。解：解：2A：P = IU = 20W 实际方向实际方向相同相同-负载负载+-+-3A：P = IU = 30W 实际方向实际方向相反相反 -电源电源10V：P = IU = 10W 实际方向实际方向相同相同-负载负载I（1-28）IR+-EbaUabIR+-EbaUab例：已知：已知：A、若、若Uab = 3V，E= 5V，说明说明E为电源还是负载为电源

13、还是负载？ B、若、若Uab = 5V，E= 3V，说明说明E为电源还是负载为电源还是负载？解：解：Uab = E + IRI =（Uab - E）/ R = - 1AE的电压和电流的电压和电流实际方向实际方向相反相反 - 电源电源Uab = E - IRI =（E - Uab）/ R = - 1AE的电压和电流的电压和电流实际方向实际方向相同相同- 负载负载A:B:22（1-29） 课堂练习课堂练习 1.5.4：已知：已知：U= 220V， I= -1A， 试问：各方框元件为负载？还是为电源试问：各方框元件为负载？还是为电源?负载负载电源电源负载负载电源电源P20 ： 1.5.4（1-30）

14、额定值和实际值额定值：额定值：是制造厂为方便电气设备或元件是制造厂为方便电气设备或元件能在给定条件下正常运行而规定的正常允能在给定条件下正常运行而规定的正常允许值。它充分地考虑了使用的经济性和可许值。它充分地考虑了使用的经济性和可靠性。靠性。实际值：实际值：使用时的具体数值，它不一定和使用时的具体数值，它不一定和额定值相等。额定值相等。额定值：额定值：UN、IN、PN。常标于铭牌或其它。常标于铭牌或其它 说明中。说明中。（1-31）例：例：有一额定值为有一额定值为5W 500的绕线电阻，的绕线电阻，其额定电流是多少？在使用时电压不其额定电流是多少？在使用时电压不得超过多大的数值？得超过多大的数

15、值？解：解： PN = I2N R IN = (PN / R)0.5 = ( 5 / 500 )0.5 = 0.1A Umax = IN R = 0.1 500 = 50V注意：注意： 选择电阻时，不但应考虑阻值，选择电阻时，不但应考虑阻值， 还应考虑电流，进而确定功率。还应考虑电流，进而确定功率。P18：例：例1.5.3（1-32）（1-33）例例2 2：一只一只220V, 60W的白炽灯的白炽灯, 接在接在220V的电源上，试求通过电灯的电流和电灯在的电源上，试求通过电灯的电流和电灯在220V电压下工作时的电阻。如果每晚工作电压下工作时的电阻。如果每晚工作3h(小时小时)，问一个月消耗多少

16、电能，问一个月消耗多少电能? 600.273 A220PIU解解: 通过电灯的电流为通过电灯的电流为在在220V电压下工作时的电阻电压下工作时的电阻2208060.273URIP17：例：例1.5.2（1-34）： I IN ，P IN ，P PN 额定工作状态：额定工作状态： I = IN ，P = PN 一个月用电一个月用电:W = P t = 60W (3 30) h = 0.06kW 90h=5.4kW h（1-35） 课堂练习：课堂练习：1：试问可否将：试问可否将110V、100W和和110V、40W两只白两只白炽灯炽灯串联在串联在220V的电源上使用？的电源上使用？P29: 1.5

17、.4 100402210040210010040100W40W110110121 ,302.510040220V100W12162.8=220=62.8V=32.6W121+302.512140W302.5=220=157.121+302.5RRRRUPU 设白炽灯的电阻为，白炽灯的电阻为，则两灯串联后接在电源上时，白炽灯实际获得电压和功率为，低于额定功率,白炽灯实际获得电压和功率为240157.11V=81.6W302.5P，远高于额定功率，灯丝会被烧毁。（1-36） 课堂练习：课堂练习：2：试问将：试问将40、10W和和200、40W的两只的两只电电阻串联使用，其两端阻串联使用，其两端最高

18、允许电压最高允许电压应多大？应多大？1122121212240 ,10W,200 ,40W10400.5A,0.447A402000.447A0.447 (40200)107.3VNNNNNNNRPRPPPIIRRIU两者的额定电流分别为两者串联时流过的电流不应超过，故两端所加最高允许电压为（1-37） 课堂练习：课堂练习：P21: 1.5.83：据日常观察，电灯在深夜要比黄昏时亮一：据日常观察，电灯在深夜要比黄昏时亮一些，为什么？些，为什么？黄昏黄昏时用电量大时用电量大( (即并联于电源的负载多即并联于电源的负载多),),负负载电流大载电流大, ,在在线路线路等效电阻上产生的损耗压降等效电阻

19、上产生的损耗压降就大就大, ,发电机输出电压一定时发电机输出电压一定时, ,用户端实际获得用户端实际获得的电压就要降低的电压就要降低, ,因此电灯要暗因此电灯要暗一些。而一些。而深夜深夜时时, ,用电量小用电量小, ,即负载电流小即负载电流小, ,线路上的损耗压线路上的损耗压降低降低, ,因此用户端的实际电压比黄昏时要高因此用户端的实际电压比黄昏时要高, ,电电灯相对就要亮灯相对就要亮一些。一些。（1-38） 课堂练习：课堂练习：4. 为使为使6V、50mA的电珠正常发光，应采的电珠正常发光，应采 用哪个电路？用哪个电路？P31 题题 1.5.133612050 106V50mA(a)R，要使

20、它能正常发光，其工作电压应达到，工作电流应达到，因此应采用图电路（1-39）电源开路电源开路特征特征: I = 0 U = U0 = E P = 0开路电压开路电压(空载电压空载电压): U0 ERR 0+-+-UI0（1-40）电源短路电源短路特征特征: U = 0 I = IS = E / R0 PE = P = I2R0 P = 0短路电流短路电流: IS ERR0+-+-UI（1-41）例：例：若电源的开路电压若电源的开路电压Uo = 12V，短路电流，短路电流Is = 30A，试问电源的电动势和内阻各，试问电源的电动势和内阻各为多少？为多少？解：解： E = Uo = 12V R =

21、 E / Is = Uo / Is = 12 / 30 = 0.4注意：注意：此题给出了由电源的开路电压此题给出了由电源的开路电压和短路电和短路电流流计算其电动势和内阻计算其电动势和内阻的一的一种方法。种方法。P19：例：例1.5.4ER 0+-+-UIo（1-42）用来用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系，其中包括电流系，其中包括电流(KCL)和电压和电压(KVL)两个定律两个定律。名词注释：名词注释：结点：结点：三个或三个以上支路的联结点三个或三个以上支路的联结点支路：支路：电路中每一个分支电路中每一个分支回路：回路：电路中任一闭合路径电路中任

22、一闭合路径1.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律（1-43）支路：支路：ab、ad、 . （共（共6条）条）回路：回路：abda、 bcdb、 . （共（共7 个）个）结点：结点：a、 b、 . (共共4个）个）例例I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-（1-44）一、基尔霍夫电流定律一、基尔霍夫电流定律对对任何结点，在任一瞬间，流入结点的电流等于任何结点，在任一瞬间，流入结点的电流等于由结点流出的电流。或者说，在任一瞬间，一个由结点流出的电流。或者说，在任一瞬间，一个结点上电流的代数和为结点上电流的代数和为 0。 I1I2I3I44231IIII基尔霍夫电流定律的

23、基尔霍夫电流定律的依据依据：电流的连续性。：电流的连续性。 I =0即：即：例例或或：04231IIII（1-45）电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。例例I1+ I2=I3例例I = 0基尔霍夫电流定律的扩展基尔霍夫电流定律的扩展I =?I1I2I3E2E3E1+_RR1R+_+_R（1-46）二、基尔霍夫电压定律二、基尔霍夫电压定律对对电路中的任一回路，沿任意循行方向转一周，电路中的任一回路，沿任意循行方向转一周，其电位升等于电位降。或电压的代数和为其电位升等于电位降。或电压的代数和为 0。例如：例如： 回路回路 a-d-c-a33435544RIE

24、ERIRI电位升电位升电位降电位降即：即：0U或：或：033355444ERIRIERII3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-（1-47）0ERIUabE+_RabUabI基尔霍夫电压定律也适合开口电路基尔霍夫电压定律也适合开口电路例例RIUEab电位升电位升电位降电位降RIEUab（1-48）例：例：已知：已知：UAB = 5V，UBC= -4V，UDA= -3V。 试求：试求：UCD = ？UCA = ？ 解：解：由由KVL知：知： UAB + UBC + UCD + UDA = 0 5 + (-4) + UCD + (-3) = 0 UCD = 2VUA

25、B + UBC + UCA = 0 5 + (-4) + UCA = 0 UCA = -1VP24：例：例1.6.2A_+BCDUAB_+UCDUDAUCA+（1-49）例例: :已知：如图所示是电路中截取的一部分已知：如图所示是电路中截取的一部分, R1= 10k, RB= 20k, EB= 6V, US= 6V, UBE= -0.3V。试求：试求：IB 、 I2 、 I1 。解：解：对对右右回路用回路用KVL列方程：列方程： - I2RB + EB - UBE = 0 -20I2 + 6 - (-0.3) = 0 I2 = 0.315mAR1US+-RB+_A+_UBEBEEB I1IBI

26、2对对A用用KCL列方程：列方程： I2 I1 IB = 0 IB= -0.255mA对对左左回路用回路用KVL列方程：列方程： - I2RB + EB + US I1R1 = 0 -20 0.315 + 6 + 6 - 10I1= 0 I1 = 0.57mA（1-50）电位的概念电位的概念：Va = 5V a 点电位：点电位：ab1 5Aab1 5AVb = -5V b 点电位：点电位：在电路中任选一结点，设其电位为在电路中任选一结点，设其电位为零零(用用 标记标记)，此点称为参考点。其它各结点对参考点的电压，便此点称为参考点。其它各结点对参考点的电压，便是该结点的电位。记是该结点的电位。记

27、为为:“VX”(注意注意：电位为单：电位为单下下标标)。1.7 电路中电位的概念及计算电路中电位的概念及计算（1-51）电位的特点电位的特点：电位值是相对的，参考点选得电位值是相对的，参考点选得不同，电路中其它各点的电位也将随不同，电路中其它各点的电位也将随之改变；之改变；电压的特点电压的特点：电路中两点间的电压值是固定电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考点的不同而改变。的，不会因参考点的不同而改变。注意注意：电位和电压的区别。电位和电压的区别。（1-52）电位在电路中的表示法电位在电路中的表示法E1+_E2+_R1R2R3R1R2R3+E1-E2（1-53）R1R2+15V-15V 参考

28、电位在哪里参考电位在哪里？R1R215V+-15V+-（1-54）1.7.2：试问：试问: 零电位参考点在何处零电位参考点在何处？ 若将若将Rp的滑动触点向的滑动触点向 下滑动，下滑动，A、B两点的两点的 电位会增高还是降低？电位会增高还是降低？ 课堂练习：课堂练习：1111324 12RARpRUUURRR 3331324 12RBRpRUUURRRP28：题：题1.7.2（1-55）例：例：已知：已知：R1=100k, R2=50k。试求：电路。试求：电路图中图中B点的电位点的电位 。解：解： B点开路点开路 UAC = VA - VC = I (R2 + R1)I = (VA - VC)

29、 / (R2 + R1) = 0.1mAVB = VA - IR2 = 1VP27：例：例1.7.1+6VACIBR1R2-9V+_ABCR1R29V+_6V（1-56）例：例：试求开关试求开关S闭合和断开时闭合和断开时A点的电位。点的电位。解：解：开关开关S闭合：闭合： A点开路点开路 UA = IR = 0V P28：1.7.3开关开关S打开：打开： A点开路点开路 UA = I(R+R)+6 = 6V ARR+6VSI（1-57）例：例：已知：已知：E1= 6V, E2= 4V, R1= 4, R2= R3 = 2。 试求：电路图中试求：电路图中A点的电位点的电位 。解：解： A点开路点

30、开路 I3 = 0 I1 = I2 = E1 / (R1 + R2) = 6 / (4+2) = 1A UA = I2 R2 - E2 + I3 R3 = 2 1 4 + 0 = -2VP27：例：例1.7.2+_ABR1I1+_I2I3E1E2R3R2（1-58）A31134I试求：试求：I1、I2 、I3 。1 +-3V4V1 1 +-5VI1I2I3A261534IA3217III讨论题讨论题03143I035142I（1-59）例：计算图中例：计算图中A点的电位点的电位VA。A+12V24 12 36 -24VI II I解：解：设由设由A点经由点经由36 电阻电阻流向流向-24V的电流为的电流为I，则，则0 ( 24)0.5A12+36I 故：故：12012 0.56VAVI P28：题：题1.7.4（1-60）例：试求电路中例：试求电路中A点和点和B点的电位。如将点的电位。如将A，B两点两点直接连接或接一电阻，对电路工作