电工学课件(哈工大)电路基本定律第一章

1、哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学 电工学教研室电工学教研室第第 1 1 章章 电路的基本概念基本定律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目目 录录1.1.1 1.1.1 电路的作用电路的作用 （1 1）电能的传输和转换电能的传输和转换 （2 2）信号的传递和处理信号的传递和处理1.1.2 1.1.2 电路的组成电路的组成 （1 1）电源电源 （2 2）负载负载 （3 3）中间环节中间环节1.1 电路的作用与组成部分中间环节中间环节负载负载发

2、电机发电机升压升压变压变压器器降压降压变压变压器器电灯电灯电动机电动机电炉电炉电力系统电路示意图电力系统电路示意图输电线输电线放放大大器器话筒话筒扬声器扬声器扩音机电路示意图扩音机电路示意图信号源信号源（电源）（电源）电路元件的理想化电路元件的理想化 在一定条件下突出元件主要的电磁性质在一定条件下突出元件主要的电磁性质，忽略其次要因素，把它近似地看作理想电，忽略其次要因素，把它近似地看作理想电路元件。路元件。为什么电路元件要理想化为什么电路元件要理想化? ? 便于对实际电路进行分析和用数学描述便于对实际电路进行分析和用数学描述，将实际元件理想化（或称模型化，将实际元件理想化（或称模型化）。）。

3、1.2 1.2 电路模型电路模型手电筒的电路模型手电筒的电路模型UI开关开关ER0R干电池干电池电珠电珠电压和电流的方向电压和电流的方向实际方向实际方向参考方向参考方向参考方向参考方向 在分析计算时人为规定的在分析计算时人为规定的方向。方向。1.3 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实际方向方向电流电流 IA、kA、mA、 A正电荷移动正电荷移动的方向的方向电动势电动势 E V、kV、mV、 V电源驱动正电荷的电源驱动正电荷的方向方向电压电压 UV、kV、mV、 V电位降低的方向电位降低的方向 賫賫 电流、电动势、电压的电流、电动势、电压的实际方向实际方

4、向问题问题 在复杂电路中难于判断元件中物理量的在复杂电路中难于判断元件中物理量的 实际方向，如何解决？实际方向，如何解决？(1) (1) 在解题前任选某一个方向为参考方向（或称正在解题前任选某一个方向为参考方向（或称正 方向）；方向）； (3) (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，则实际方向与参考方向一致；若计算结果为正，则实际方向与参考方向一致； 若计算结果为负，则实际方向与参考方向相反。若计算结果为负，则实际方向与参考方向相反。(2) (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

5、表达式；解决方法解决方法欧姆定律：欧姆定律：流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。RIUUIURI（a）UIURI（b）UIURI（c）1.4 1.4 欧欧 姆姆 定定 律律伏安特性伏安特性线性电阻伏安特性线性电阻伏安特性非线性电阻伏安特性非线性电阻伏安特性当电压和电流的参考方向当电压和电流的参考方向一致一致时时 U=RIU=RI当电压和电流的参考方向当电压和电流的参考方向相反相反时时 U=U=RIRI注意注意: :I IUI IU解解RU6VI2A(a)U6VI2A(b)RRU6VI2A(c)RU6VI2A(d)326326326326IURIURIUR

6、IUR(a)(b)(c)(d)应用应用欧姆定律欧姆定律对下图的电路列出式子，并求电阻对下图的电路列出式子，并求电阻R R例题例题1.11.1解解a a点电位比点电位比b b点电位点电位低低1212V Vn n点电位比点电位比b b点电位点电位低低12-5=712-5=7V Vm m点电位比点电位比b b点电位点电位高高3 3V V 于是于是 n n点电位比点电位比m m点电位点电位低低7+3=107+3=10V V即即 UnmUnm=-10V=-10V由欧姆定律得由欧姆定律得 R RUnmUnmI I5 5 E1=5VE1=5V + +R U mR U m - -E2=3VE2=3V- -+

7、+- -+ +I=-2AI=-2Aa ab bm mn n计算下图的电阻计算下图的电阻R R值，已知值，已知U Uabab12V12V。例题例题1.21.21.5.1 1.5.1 电源有载工作电源有载工作开关开关闭合闭合ER0+U-RIabdc有载有载开关开关断开断开开路开路cdcd短接短接短路短路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 1电压和电流电压和电流由由欧姆定律欧姆定律可列上图的电流可列上图的电流RREI0负载电阻两端电压负载电阻两端电压RIU IREU0UEOI电源的外特性曲线电源的外特性曲线当当R R0 0R R时时EU 由上两式得由上两式得2.2.功率与功率

8、平衡功率与功率平衡 IUP功率功率 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 U , ,流入此部分流入此部分电路的电流为电路的电流为 I I， 则这部分电路消耗的功率为则这部分电路消耗的功率为: :功率平衡：功率平衡：由由UER0I得得 UIEIR0I2PPE P电源输出电源输出的功率的功率电源内阻上电源内阻上损耗功率损耗功率电源产生电源产生的功率的功率W W为瓦为瓦 特特 KWKW为千瓦为千瓦E1-U1+-U2+E2+_R01R02+_+U_I电源负 载解解(1)(1)电源电源 UE1 U1E1I01E E1 1UR0101I2202200.60.65=2235=223V （2

9、2）负载负载UE2 U2E2R02IE2UR02I220 0.65 R01217V如图，如图，U220220V，I5 5A，内阻，内阻R0101R02020.60.6 (1)(1)求电源的电动势求电源的电动势E1 1和负载的反电动势和负载的反电动势E2 2；(2)(2)试说明试说明功率的平衡功率的平衡例题例题1.31.3（2 2）由）由（1 1）中两式得中两式得 E1 1E2R01IR02 I等号两边同乘以等号两边同乘以I 得得E1IE2IR01I2R02I2223521750.652 0.652 1115W=1085W15W15WE2I1085WR0101I21515WR0202I21515

10、W负载取用负载取用功率功率电源产生电源产生的功率的功率负载内阻负载内阻损耗功率损耗功率电源内阻电源内阻损耗功率损耗功率3. 3. 电源与负载的判别电源与负载的判别分析电路时，分析电路时，如何判别哪个元件是电源？哪个是负载？如何判别哪个元件是电源？哪个是负载？U和和I 的参考方向与实际方向的参考方向与实际方向一致一致U和和I的实际方向的实际方向相反相反，电，电流从端流从端流出流出，发出发出功率功率电源电源负载负载U和和I的实际方向的实际方向相同相同，电，电流从端流从端流入流入，吸收吸收功率功率I IU Ua ab b+ +- -I IR RU Ua ab bI IR RU Ua ab b当当或当

11、或当U和和I两者的两者的参考方向参考方向选得选得一致一致电源电源 PUI0 负载负载 PUI0 电源电源 PUI0 负载负载 PUI0U和和I两者的两者的参考方向参考方向选得选得相反相反4 4额定值与实际值额定值与实际值额定值额定值是制造厂商为了使产品能在给定的条件下是制造厂商为了使产品能在给定的条件下 正常运行而规定的正常允许值正常运行而规定的正常允许值注注在使用电气设备或元件时，电压、电流、功率在使用电气设备或元件时，电压、电流、功率的实际值不一定等于它们的额定值的实际值不一定等于它们的额定值解解A273.022060UPI806273.0220IUR一个月的用电量一个月的用电量 WPt6

12、0(W)30 (h) 5.4kWh来计算和或可用PURIPR22已知：已知：有一有一220V 60W的电灯，接在的电灯，接在220V的电源上的电源上，求通过电灯的求通过电灯的电流电流和电灯在和电灯在220V电压下工作时电压下工作时电阻电阻如每晚用如每晚用3 3小时，问一个月消耗小时，问一个月消耗电能电能多少？多少？例题例题1.41.4解解A105005RPI在使用时电压不得超过在使用时电压不得超过 URI5000.150V已知：已知：有一额定值为有一额定值为5W 500 的线绕电阻的线绕电阻，问其问其额定电流？额定电流？在使用时在使用时电压不得电压不得超过超过多大？多大？例题例题1.51.51

13、.5.2 1.5.2 电源开路电源开路ER0+U-RIabdc特征特征：I0 UU0E P01.5.3 1.5.3 电源短路电源短路特征特征：U0 IISER0 PEPR0I2 P0 用来描述电路中各部分电压或各部分电流的关用来描述电路中各部分电压或各部分电流的关系系, ,包括基尔霍夫电流和基尔霍夫电压两个定律。包括基尔霍夫电流和基尔霍夫电压两个定律。结点：结点：三条或三条以上支路相联接点三条或三条以上支路相联接点支路：支路：电路中每一个分支电路中每一个分支回路：回路：电路中一条或多条支路所组成的闭合电路电路中一条或多条支路所组成的闭合电路注注基尔霍夫基尔霍夫电流电流定律应用于定律应用于结点结

14、点基尔霍夫基尔霍夫电压电压定律应用于定律应用于回路回路1.6 1.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律支路：支路：ab、ad、 . . （共（共6 6条）条）回路：回路：abda、 bcdb、 . . （共（共7 7 个）个）结点：结点：a、 b、 . . ( (共共4 4个）个）I I3 3E E4 4E E3 3_ _+ +R R3 3R R6 6+ +R R4 4R R5 5R R1 1R R2 2a ab bc cd dI I1 1I I2 2I I5 5I I6 6I I4 4- -1.6.1 1.6.1 基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律E1I1E2U2I2I3R2R1R3abcd如图如图

15、I1I2I3 或或 I1I2I30 0 即即 I I0 0在任一瞬时，在任一瞬时，流向流向某一结点的某一结点的电流之和电流之和应该等于应该等于流出流出该结点该结点的电流之和。即在任一瞬时，一个结点上电流的电流之和。即在任一瞬时，一个结点上电流的代数和恒等于的代数和恒等于零。零。解解I I1 1I I2 2I I3 3I I4 4由由基尔霍夫基尔霍夫电流定律电流定律可列出可列出I1I2I3I402 2（3 3）（）（2 2）I I4 40 0可得可得 I43A已知：如图所示，已知：如图所示，I12A，I23A，I32A，试求试求I4。例题例题1.61.61.6.2 1.6.2 基尔霍夫电压定律基

16、尔霍夫电压定律从回路中任意一点出发，沿顺时针方向或逆时针方向从回路中任意一点出发，沿顺时针方向或逆时针方向循行一周，则在这个方向上的电位升之和等于电位降循行一周，则在这个方向上的电位升之和等于电位降之和之和. . 或电压的代数和为或电压的代数和为 0。E1I1E2U2I2R2R1abcdU1+-U3U4U1U4U2U3U1 1U2 2U3 3U4 40 0即即 U0 0上式可改写为上式可改写为 E1E2R1I1R2I20 或或 E1E2R1I1R1I1 即即 E （RI）在电阻电路中，在任一回路循行方向上，回路在电阻电路中，在任一回路循行方向上，回路中电动势的代数和等于电阻上电压降的代数和中电

17、动势的代数和等于电阻上电压降的代数和 在这里电动势的参考方向与所选回路循行方在这里电动势的参考方向与所选回路循行方向相反者，取正号，一致者则取负号。向相反者，取正号，一致者则取负号。 电压与回路循行方向一致者，取正号，反之电压与回路循行方向一致者，取正号，反之则取负号。则取负号。注注基尔霍夫电压定律的基尔霍夫电压定律的推广推广：可应用于回路的部分电路可应用于回路的部分电路+-ABC-UABUAUBER+-+-UI UUAUBUAB或或 UABUAUBEURI0或或 UERI注注列方程时，列方程时，要先在电路图上标出电流、电压或要先在电路图上标出电流、电压或电动势的参考方向。电动势的参考方向。+

18、-ACBD+-UABUBCUCDUDAUCA解解由由基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律可得可得（1 1）UABUBCUCDUDA=0 即即 UCD2V（2 2）UABUBCUCA0 即即 UCACA1V1V已知：下图为一闭合电路，各支路的元件是任意已知：下图为一闭合电路，各支路的元件是任意的，但知的，但知UAB5V，UBC4V，UDA3V试求：（试求：（1 1）UCD：（：（2 2）UCA。例题例题1.71.7UsI1IBRBI2EBUBE+-解解应用基尔霍夫电压定律应用基尔霍夫电压定律列出列出 EB BRB BI2 2UBEBE0 0得得 I2 20.315mA0.315mAEBRBI2R1I1US0得得 I10.57mA应用应用基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律列出列出 I2I1IB0 得得 IB B0.255mA0.255mA如图：如图：RB B20K20K ， R1 110K10K ，EB B6V6VUS S6V6V，UBEBE0.3V0.3V 试求电流试求电流IB ，I2 2及及I1 1。例题例题1.81.8E1=140V4A6A520abcdE2 9 0V10A Uab61060VUca20480VUda5630VUcb140VUdb90VE1=140V4A6A520abcdE2 9 0V10A VbVaUba