电路基本概念以及基本定律

第1章电路的基本概念和基本定律1-1电路及其模型1-2电路的物理量及参考方向1-5独立电源1-6克希荷夫定律1-3电路的基本元件1-7电路中电位的计算第1章电路的基本概念和基本定律1-1电路及其模型一、电路电流通过的路径称为电路，它主要由电源、负载和中间环节组成。如图1-1所示1.电源将其他形式的能量转换成电能的装置称为电源。用电动势E表示2.负载把电源转换成其他能量的装置称为负载。图1-1中R表示负载。3.中间环节中间环节包括连接电路的导线、控制电路的开关设备以及保护电路的熔断器等。如图1-1中的S表示开关，FU表示熔断器。二、电路模型电池灯泡EIRU+_电源负载1-1电路及其模型图1-1电路的组成SsFU1-2电路的物理量及参考方向一、电路的物理量1.电流导体中的自由电子在电场力作用下定向移动就形成了电流。

设在极短的时间dt内,通过导体某横截面积的电量dq,则电流为

第1章电路的基本概念和基本定律如果电流不随时间变化，dq/dt为常数，称为直流电流，用I

表示，即

1-2电路的物理量及参考方向

电流的单位为A（安培），更小的单位为mA（毫安）及μA

（微安）。

2.电压电场力将单位正电荷从电场中的一点移至另一点所做的功称为这两点间的电压。电压的单位V(伏特)。作为辅助单位有kV（千伏）及mV（毫伏）1-2电路的物理量及参考方向

3.电位电路中某一点的电位就是该点到参考点之间的电压。电位值的大小与参考点的选取有关。电路中两点之间的电压就是这两点的电位之差。因此，电压又叫做电位差。电压（电位差）与参考点的选取是无关的。电位的单位也是伏特。

4.电动势电源把正电荷由负极经电源内部运动到正极时，非电场力所做的功W与所移动的电荷量q之比叫做电源的电动势。电动势在数值上等于非电场力把单位正电荷从负极经电源内部运动到正极时所做的功。电动势的单位为V（伏特）。物理量的正方向：实际正方向假设正方向实际正方向：物理中对电量规定的方向。假设正方向（参考正方向）：在分析计算时，对电量人为规定的方向。1-2电路的物理量及参考方向二、参考方向物理量的实际正方向1-2电路的物理量及参考方向物理量正方向的表示方法电池灯泡Uab_+正负号abUab（高电位在前，低电位在后）

双下标箭头Uabab电压+-IR电流：从高电位指向低电位。IRUabE+_abU+_1-2电路的物理量及参考方向物理量正方向的表示方法IRUab+_abU+_电压的正方向箭头和正负号是等价的,只用其中之一.IRUababU1-2电路的物理量及参考方向电路分析中的假设正方向（参考方向）问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量的实际方向，电路如何求解？电流方向AB？电流方向BA？U1ABRU2IR物理量正方向的表示方法1-2电路的物理量及参考方向(1)在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；解决方法(3)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系的代数表达式；1-2电路的物理量及参考方向规定正方向的情况下欧姆定律的写法I与U的方向一致U=IRaIRUbI与U的方向相反U=–IRaIRUb1-2电路的物理量及参考方向规定正方向的情况下电功率的写法功率的概念：设电路任意两点间的电压为U,流入此部分电路的电流为I，则这部分电路消耗的功率为:IUP=如果UI方向不一致写法如何？电压电流正方向一致aIRUb1-2电路的物理量及参考方向规定正方向的情况下电功率的写法aIRUb电压电流正方向相反P=–UI功率有正负？1-2电路的物理量及参考方向吸收功率或消耗功率（起负载作用）若P0输出功率（起电源作用）若P0电阻消耗功率肯定为正电源的功率可能为正（吸收功率），也可能为负（输出功率）功率有正负1-2电路的物理量及参考方向电源的功率IUab+-P=UIP=–UIIUab+-电压电流正方向不一致电压电流正方向一致1-2电路的物理量及参考方向含源网络的功率IU+-含源网络P=UI电压电流正方向一致P=–UI电压电流正方向不一致IU+-含源网络1-2电路的物理量及参考方向

当计算的P>0

时,则说明U、I

的实际方向一致，此部分电路消耗电功率，为负载。所以，从P的+或-可以区分器件的性质，或是电源，或是负载。结论在进行功率计算时，如果假设U、I

正方向一致。

当计算的P<0

时,则说明U、I

的实际方向相反，此部分电路发出电功率，为电源。1-2电路的物理量及参考方向第1章电路的基本概念和基本定律1-3电路的基本元件伏-安特性iuRiuui线性电阻非线性电阻1.电阻R（常用单位：、k、M）1-3电路的基本元件1-3电路的基本元件

实际的电阻电阻的主要指标1.标称值2.额定功率3.允许误差种类:碳膜、金属膜、线绕、可变电阻电阻的标称值1-3电路的基本元件误差10%（E12）5%（E24）1.0、1.2、1.5、1.8、2.2、2.7、3.3、3.9、4.7、5.6、6.8、8.2标称值1.0、1.1、1.2、1.3、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.4、2.7、3.0、3.3、3.6、3.9、4.3、4.7、5.1、5.6、6.2、6.8、7.5、8.2、9.1等电阻的标称值=标称值10n电阻器的色环表示法四环五环倍率10n误差有效数字误差

黑、棕、红、橙、黄、绿、蓝、紫、灰、白、金、银

01234567890.10.01误差:1%20.50.20.1510有效数字倍率10n1-3电路的基本元件如电阻的4个色环颜色依次为：绿、棕、金、金——如电阻的5个色环颜色依次为：棕、绿、黑、金、红——四环倍率10n误差有效数字五环有效数字误差倍率10n1-3电路的基本元件2.电感L：ui（单位：H,mH,H）单位电流产生的磁链线圈匝数磁通1-3电路的基本元件电感中电流、电压的关系当(直流)时,所以,在直流电路中电感相当于短路。uei++––1-3电路的基本元件3.电容C单位电压下存储的电荷（单位：F,F,pF）++++----+q-qui电容符号有极性无极性+_1-3电路的基本元件电容上电流、电压的关系当(直流)时,所以,在直流电路中电容相当于断路（开路）uiC1-3电路的基本元件静电屏蔽1.静电感应静电在生产实际中的应用都离不开导体。金属是常见的导体，内部含有大量的自由电子。无外电场的作用时，自由电子在金属内部作无规则热运动，导体各部分均处于电中和状态，导体呈电中性。有外电场作用时导体中的电荷进行重新分布，这种现象叫静电感应。如图所示（教材10页图1-22）1-3电路的基本元件2.静电平衡导体在电场中有静电感应现象，自由电子会定向移动。直到导体内部各点电场强为零为止（E/与E0完全抵消），这时自由电子的定向移动停止。如图所示（教材10页1-23）。导体中（包括表面）没有电荷定向移动的状态叫做静电平衡状态。1-3电路的基本元件3.静电屏蔽静电平衡时导体内部的场强为零，这一现象在技术上可用来实现静电屏蔽。如图所示（教材10页1-24）。1-3电路的基本元件静电的危害及消除1.静电的危害主要有以下几种危害（1）爆炸及火灾，（2）人体伤害，（3）妨碍生产。

2.静电危害的消除主要有以下几种方法（1）采用工艺法控制静电产生，（2）泄露导走法，（3）中和电荷法，（4）封闭消尖法，（5）人体防静电。1-3电路的基本元件无源元件小结理想元件的特性（u与i

的关系）LCR1-3电路的基本元件UR1R2LCR1UR2U为直流电压时,以上电路等效为注意L、C

在不同电路中的作用1-3电路的基本元件1-5独立电源第1章电路的基本概念和基本定律1.理想电压源

在电路中，能够提供一个定值电压的电源称为理想电压源或恒压源。uS+_电路符号特点：两端电压为一定值uS电流由外电路决定直流理想电压源及伏安特性曲线USRLIbU+_+_aU=USI=US/RLU=USOI/AU/V1-5独立电源2.实际电压源特点：当R0一定时，电压U随电流增加而降低。直流电源的电压源模型及伏安特性曲线U=USOI/AU/VIbUR0RL+_+_aUSU=US–R0IIS=R0US

1-5独立电源v3.理想电流源

在电路中，能够提供一个定值电流的电源称为理想电流源或恒流源。电路符号特点：电流为一定值iS两端电压由外电路决定直流理想电流源及伏安特性曲线I=ISU=ISRLI=ISOI/AU/ViSRLIbU+_aIS1-5独立电源4.实际电流源直流电源的电流源模型及伏安特性曲线

ISOI/AU/VI=IS–U/R0RLIbU+_aISR0U0

=ISR01-5独立电源恒压源与恒流源特性比较恒压源恒流源不变量变化量U+_abIUabUab=U（常数）Uab的大小、方向均为恒定，外电路负载对Uab

无影响。IabUabIsI=Is

（常数）I

的大小、方向均为恒定，外电路负载对I

无影响。输出电流I

可变-----

I

的大小、方向均由外电路决定端电压Uab

可变-----Uab

的大小、方向均由外电路决定电路如图所示，计算电压U=?当电阻R的阻值变化时，电压U变不变？电压U=10伏。当电阻R的阻值变化时，电压U

不变。电压U=10伏。当电阻R的阻值变化时，电压U

不变

1-4电压源和电流源第1章电路的基本概念和基本定律1-6克希荷夫定律

用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系,其中包括克氏电流定律和克氏电压定律两个定律。名词注释：节点：三个或三个以上支路的联结点支路：电路中每一个分支回路：电路中任一闭合路径1-6克希荷夫定律第1章电路的基本概念和基本定律支路：共3条回路：共3个节点：a、b(共2个）例#1#2#3aI1I2U2+-R1R3R2+_I3bU11-6克希荷夫定律I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-例支路：共？条回路：共？个节点：共？个6条4个独立回路：？个3个有几个网眼就有几个独立回路1-6克希荷夫定律(一)KCL电流定律

对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流之和等于由节点流出的电流之和。或者说，在任一瞬间，一个节点上电流的代数和为0。I1I2I3I4克氏电流定律的依据：电流的连续性I=0即：例或：流入为正流出为负1-6克希荷夫定律电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。I1+I2=I3I=0克氏电流定律的扩展I=?I1I2I3U2U3U1+_RR1R+_+_R广义节点1-6克希荷夫定律(二)克氏电压定律

对电路中的任一回路，沿任意循行方向转一周，其电位降等于电位升或电压降的代数和为零。aI1I2U2+-R1R3R2+_I3bU11-6克希荷夫定律例如：回路#1

13311URIRI=+电位降电位升即：#1aI1I2U2+-R1R3R2+_I3bU1对回路#2：

#223322URIRI=+电位升电位降对回路#3：

12211URIRI=++U2电位降电位升#3第3个方程不独立电位降为正电位升为负1-6克希荷夫定律关于独立方程式的讨论

问题的提出：在用克氏电流定律或电压定律列方程时，究竟可以列出多少个独立的方程？aI1I2U2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bU1分析以下电路中应列几个电流方程？几个电压方程？1-6克希荷夫定律克氏电流方程：节点a：节点b：独立方程只有1个克氏电压方程：#1#2#32211213322233111RIRIUURIRIURIRIU-=-+=+=独立方程只有2个aI1I2U2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bU11-6克希荷夫定律设：电路中有N个节点，B个支路N=2、B=3bR1R2U2U1+-R3+_a小结独立的节点电流方程有(N-1)个独立的回路电压方程有(B-N+1)个则：（一般为网孔个数）独立电流方程：１个独立电压方程：２个1-6克希荷夫定律1-7电路中电位的计算第1章电路的基本概念和基本定律电位：电路中某点至参考点的电压，记为“UX”。通常设参考点的电位为零。1.电位的概念

电位的计算步骤:

(1)任选电路中某一点为参考点，设其电位为零；

(2)标出各电流参考方向并计算；

(3)计算各点至参考点间的电压即为各点的电位。某点电位为正，说明该点电位比参考点高；某点电位为负，说明该点电位比参考点低。1-7电路中电位的计算2.举例

求图示电路中各点的电位:Ua、Ub、Uc、Ud

。解：设a为参考点，即Ua=0VUb=Uba=–10×6=60VUc=Uca

=4×20=80VUd

=Uda=6×5=30V

设b为参考点，即Ub=0VUa

=Uab=10×6=60VUc

=Ucb=E1=140VUd

=Udb=E2=90V

bac204A610AE290VE1140V56AdUab

=10×6=60VUcb

=E1=140VUdb

=E2=90V

Uab

=10×6=60VUcb

=E1=140VUdb

=E2=90V

1-7电路中电位的计算

结论：(1)电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中

各点的电位也将随之改变；(2)电路中两点间的电压是固定的，不会因参考点的选取不同而改变，即与零电位参考点的选取无关。借助电位的概念可以简化电路作图bca204A610AE290VE1140V56Ad+90V205+140V6cd1-