直流电路-电路的基本概念

电路及其基本物理量电动势电路及其基本物理量水泵电源水泵的作用是将低水位的水抽到高水位的水池电源的作用是将低电位的正电荷移动到高电位的正极01电

源电

源电源是通过电源力（非静电力）做功把其他形式的能转化为电能的装置。什么是电源？电源的正极电位高，负极电位低。接通负载后外电路电流从高电位流向低电位，在电源内部由低电位流向高电位。02

电

动

势电动势电源移动正电荷的能力用电动势表示，电动势是衡量电源将非电能转化为电能本领的物理量，实际上也就是电源提供电能的能力大小。1.电动势的概念（1）定义：在电源内部，电源力把单位正电荷从负极经电源内部移到正极时所作的功，称为电源的电动势。在电源内电源力把正电荷从负极移送到正极所做的功跟被移送的电荷量的比值叫做电源的电动势。通常用字母E表示.（2）单位：伏特，用“V”表示。电源电动势在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压。（开路电压）电动势电动势存在电源内部，方向是由负极指向正极。电源内部电源力由负极指向正极，因此电源力移动正电荷形成电流的方向也是由负极指向正极（由低电位指向高电位）。2.电动势的方向1.电动势的概念（3）直流电动势有两种图形符号练习1关于电源电动势，以下说法正确的是（）A、电动势描述电源把其他形式的能转化为电能的本领。B、同一电源接入不同的电路，电动势就会发生变化。C、电动势在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压。D、电源电动势与外电路无关。电压和电动势1、电动势存在于电源的内部，是衡量电源力做功本领的物理量，电动势的方向从负极指向正极，即电位升高的方向；2、电压存在于电源的外部，是衡量电场力做功本领的物理量。电压的方向是从正极指向负极，即电位降低方向。3、一般情况下，电源的端电压总是低于电源内部的电动势，只有当电源开路时，电源的端电压与电源的电动势相等。对于一个电源来说，既有电动势，又有端电压。在电源内部的电路中，电流方向是从负极指向正极；在电源外部电路中，电流方向是从正极指向负极。电能与电功率01电能电能：设电路任意两点间的电压为U，流入该部分电路的电流为I，在

时间t内电场力所做的功为：

电能1度=1千瓦·时=1000W×3600s=3.6×106J电能的单位：焦耳（J）日常生活中常用“度”来表示。W＝UIt

02电功率电功率电功率：负载单位时间内消耗的电能，即：

P＝W/tSI中，单位为瓦［特］，简称瓦，符号为W，常用的有千瓦（kW）、兆瓦（MW）和毫瓦（mW）等。电功率规定正方向的情况下电功率的写法IUP=如果UI方向不一致写法如何？电压电流正方向一致aIRUb电功率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？电功率吸收功率或消耗功率（起负载作用）若P

0输出功率（起电源作用）若P

0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）功率有正负电功率【例】求图中各元件的功率并判断元件性质。(a)+

U=8V

－I=2A(b)+

U=-8V

－I=2A(c)+

U=8V

－I=2A(d)+

U=-8V

－I=2A电功率解：（a）关联方向，

P=UI=8×2=16W，

P>0，吸收16W功率，元件为负载。(a)+

U=8V

－I=2A(b)+

U=-8V

－I=2A（b）关联方向，

P=UI=(-8)×2=－16W，

P<0，产生16W功率，元件为电源。电功率（c）非关联方向，

P=－UI=－8×2=－

16W，

P<0，发出16W功率，元件为电源。

所以用功率的正负可以判断元件的性质（是负载或电源）。(c)+

U=8V

－I=2A(d)+

U=-8V

－I=2A（d）非关联方向，

P=－UI=－(－

8）×2=16W，

P>0，吸收16W功率，元件为负载。结论当计算的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。在进行功率计算时，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。电路的基本物理量01电流(current)电流概念:电荷有规则的定向运动大小:单位时间通过导体横截面的电荷量方向:正电荷移动的方向

i=dq/dtI=q/t(直流)abSIab电流大写I表示直流电流小写i表示电流的一般符号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A

B？电流方向B

A？U1ABRU2IR解决方法实际正方向假设正方向（参考方向）电流的方向实际正方向：正电荷移动的方向。假设正方向：参考方向，是任意选取的。实线箭头.双下标。电流参考方向的表示在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；解决方法

实际方向和参考方向的关系为：电流实际方向和参考方向相同，电流为正值，反之取负值。如图所示。I参考方向实际方向(a)I>0实际方向参考方向(b)I<0I电流的实际方向与参考方向电路的组成与作用01电路的组成将某些电气设备用一定方式组合起来的电流通路叫做电路。如下图所示，当合上开关后，电池就向电路输送电流，灯泡就会亮起来。电路的组成

电池（电源）灯泡（负载）开关导线将非电能转换成电能的装置

例如：发电机、干电池电源一个完整的电路是由电源、负载、中间环节（开关和导线等）三部分按一定方式组成。将电能转换成非电能的装置例如：电动机、电炉、灯负载连接电源和负载的部分，起传输和分配电能的作用。例如：输电线路中间环节电路的组成02电路的作用电路的作用(1)实现电能的传输、分配与转换发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线(2)实现信号的传递与处理放大器扬声器话筒03电路模型电路模型为了便于用数学方法分析电路,一般要将实际电路模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路模型。实际电路都是根据人们的需要将实际的电路元件或器件搭接起来，以完成人们的预想要求。

如发电机、变压器、电动机、电阻器及电容器等，但是，实际元器件的电磁特性十分复杂。为便于对电路的分析和数学描述，常将实际元器件理想化（即模型化）在一定条件下，突出其主要电磁性，忽略次要因素，将实际电路元件理想化（模型化）。理想电路元件由理想电路元件所组成的电路，就是实际电路的电路模型。电路模型电路模型电路模型实际电路：电路模型：导线开关电池灯泡+R0R开关E干电池电珠S手电筒的电路模型R+RoE–S+U–I电池导线灯泡开关电池是电源元件，其参数为电动势E和内阻Ro；灯泡主要具有消耗电能的性质，是电阻元件，其参数为电阻R；筒体用来连接电池和灯泡，其电阻忽略不计，认为是无电阻的理想导体。开关用来控制电路的通断。今后分析的都是指电路模型，简称电路。在电路图中，各种电路元件都用规定的图形符号表示。常用理想元件如下电阻(resistance)R电感(inductance)L电容(capacitance)C电压源(voltagesource)电流源(currentsource)IsE电路的三种工作状态01负载状态负载状态是通路状态，开关S闭合。负载状态IR0R+

-EU+

-I此时电路具有以下特征：(1)电路中的电流为：

I=E/(R0+R)

(3)电源的输出功率为：P=EI-R0I2

(2)电源的端电压为：

U=E-R0I02短路短路短路状态是一种极端的通路状态，外电路电阻R可视为零，故电路具有以下特征：（1）电路中的电流最大,即：

ISC=E/R0（2）电源和负载的端电压均为零，即：

U0=Ｅ－R0ISC=0

电路的短路状态IR0R+

-EU0+

-短路（3）电源的对外输出功率和负载吸收功率均为零，即：这时电动势发出的功率为：PE=EISC=E2/R0=ISC2

R0全部消耗在电源内阻R0上。P=0

1.短路处的电压等于零；

U

=02.短路处的电流I视电路情况而定。电路中某处短路时的特征:I+–U有源电路03断路断路断路状态又称开路或空载状态，如图所示,开关S打开，外电路电阻可视为无穷大，故电路具有以下特征：

IRoR+

-EU0+

-断路（1）电路中电流为零，即I=0。（2）路端电压等于电源的电动势。此电压称空载或开路电压，用UOC表示，即UOC=E-R0I=E（3）电源的输出功率和负载吸收的功率均为零。1.开路处的电流等于零；

I

=02.开路处的电压U视电路情况而定。电路中某处断开时的特征:I+–U有源电路电气设备的额定值额定值:电气设备在正常运行时的规定使用值电气设备的三种运行状态欠载(轻载)：I<IN

，P<PN

(不经济)

额定工作状态：I=IN

，P=PN

(经济合理安全可靠)

1.额定值反映电气设备的使用安全性；2.额定值表示电气设备的使用能力。例：灯泡：UN=220V

，PN=60W电阻：RN=100

，PN=1W

电气设备的额定值有一台直流发电机，其名牌上标有40kW、230V、174A。试问：什么是发电机的空载运行、轻载运行、满载运行和过载运行？负载的大小，一般指什么而言？

空载运行--指发电机对外开路，无功率输出；轻载运行--指发电机所带负载取用功率小于或远小于额定功率的40kW，或输出电流小于或远小于174A；满载运行--发电机所带负载取用功率基本与发电机额定功率(40kW)相当；过载运行--负载从发电机取用的功率大于发电机的额定功率，这种情况对

发电机的运行有较大危害。负载的大小--一般指负载从电源取用功率的大小。显然，此时R愈小负载愈大，反之亦然。电位01电

位电位是度量电路中各点所具有的电位能大小的物理量，要度量电位必须选取零参考点，一般选取大地或设备的机壳作为零电位点，符号表示分别为“”或“┻”。电位电路中电源及参考点的画法电路中电源及参考点的画法VcR1R2(b)-E2VaVcVbR1R2E1acE1E2++--R1R2(a)abcoE1E2+-R1R2(a)02电位的特点电位的特点（1）电路中各点的电位会随参考点的不同而变化，电位是一个相对的物理量；（2）电压是一个绝对的物理量，与参考点的选择无关，电压

与电位单位相同；（3）电路中任意两点间的电压是这两点之间的电位差。UAB=VA－VB

电位的计算方法1.找到电路的零电位点；2.任意选取一条路径到零电位点；3.求某点的电位值，就从该点出发沿选取的路径走向零电位点，求所经

过器件的电位降（电位降取正值，电位升取负值）的代数和即为该点的电位。则：VA=US1

【例】如图所示，求Ａ、B、C三点的电位。US1DＡ解：选取Ｄ点为参考点，Ａ点的电位，可选取路径为：I1I2DR2US1+-+-BACI3US2R1R3电位的计算方法电位的计算方法C点的电位，选取路径B点的电位，选取路径则：VB=R3I3则：VC=US２注意：