《电工电子技术》课件-第一章 电路的基本概念和基本定律

电工基础

高职高专教材(第4版)

机械工业出版社出版田丽鸿陈菊红制作第一章电路的基本概念和基本定律第一节电路和电路模型第二节电路的基本物理量第三节电阻元件和欧姆定律第四节电压源和电流源第五节电路的工作状态第六节基尔霍夫定律主要内容：第一节电路和电路模型

一.电路

1.电路的定义：

电路是各种电气设备按一定方式联接起来的整体，它提供了电流流通的路径。

2.电路的功能：

电路的功能基本上可以分成两大类：一类是用来实现电能的转换、传输和分配；另一类则是在信息网络中，用来传递、储存、加工和处理各种电信号。

二.电路模型

1.电路模型：

用理想元件及其组合近似替代实际电路元件，从而把实际电路的本质特征反映出来，构成了与实际电路相对应的理想化电路，称为电路模型。

2.电路图：

用规定的电路符号表示各种理想元件而得到的电路模型图称为电路原理图，简称电路图。

第一节电路和电路模型三.实际电路的分类

实际电路可分为“集中参数电路”和“分布参数电路”两大类。当一个实际电路的几何尺寸远小于电路中电磁波的波长时，称为“集中参数电路”。否则就称为“分布参数电路”。

第一节电路和电路模型返回主目录

第二节

电路的基本物理量一、电流、电压及其参考方向

1.电流：

（1）定义：带电粒子的定向移动形成了电流。单位时间内通过导体截面的电荷量定义为电流强度，简称为电流，用i表示。（2）数学表达式：（3）方向：通常规定正电荷移动的方向为电流的方向。（4）直流电流：当电流的大小和方向不随时间而变化时，称为直流电流，简称直流（DC）。

第二节

电路的基本物理量2.电压：（1）定义：电压是电场力移动单位正电荷所做的功。（2）数学表达式：（3）方向：规定电压的方向是电场力移动正电荷的方向。（4）直流电压：在直流时，电压表达式写为3.参考方向（1）实际方向：以上对电流、电压规定的方向，是电路中客观存在的实际方向，称为实际方向。

（2）参考方向：参考方向是人们任意选定的一个方向。（3）应用：可任意选定一个参考方向，并由参考方向和电压或电流值的正、负来反映该电压或电流的实际方向。

参考方向一经选定，在分析电路的过程中就不再变动。

第二节

电路的基本物理量图1-３电压的参考方向与参考极性的表示方法图1-2

电流的参考方向与实际方向(i＞0)

(i＜0)

第二节

电路的基本物理量（4）关联参考方向：对于同一元件或同一段电路的电流和电压参考方向，彼此原是可以独立无关地任意选定的，但为了方便起见，习惯上采用“关联”参考方向。即电流的参考方向与电压参考“＋”极到“－”极的方向选为一致。当电流、电压采用关联参考方向时，电路图上只需标电流参考方向和电压参考极性中的任意一种即可。

第二节

电路的基本物理量

第二节

电路的基本物理量二．电位

1.定义：在电路中任选一点o作为参考点，则该电路中某一点A点到参考点的电压称为A点的电位，用表示，即

电位与电压的单位相同，也是用伏特（V）计量。因电路参考点的电位为零，所以参考点也称零电位点。2.电位差：说明:

电路中A点、B点间的电压是A点与B点电位之差，因此，电压又叫电位差。

第二节

电路的基本物理量三.电动势

1.定义：电源力把单位正电荷从电源的负极移到正极所做的功，称为电源的电动势，用e表示，即

电动势的方向是电源力克服电场力移动正电荷的方向，

是从低电位指向高电位的方向。

第二节

电路的基本物理量2.说明：

(1)同一电源两端，电动势和电压大小相等、方向相反.

图1-6a中u=e，图1-6b中u=-e(2)电动势只针对电源而言.

第二节

电路的基本物理量图1-6电源的电动势e与端电压u

第二节

电路的基本物理量四.功率与电能

1.功率及其正、负号的意义

电功率(简称功率)是衡量电路中能量变化速率的物理量，定义式为

直流电路中，功率与电流、电压均不随时间变化，上式可写成

P=UI一段电路在u、i

关联参考方向下，若（1）p＞

0

说明这段电路上电压和电流的实际方向是一致

的，正电荷在电场力作用下做了功，电路吸收了功率；（2）p＜

0则这段电路上电压和电流的实际方向不一致，

一定是这段电路中有外力克服电场力做了功，电路发出功率，也可以说电路吸收了负功率。必须注意关联参考方向及各数值的正、负号的含义。

第二节

电路的基本物理量

第二节

电路的基本物理量

2.电能

单位时间内电路吸收或释放的电能为该电路的功率p,那么在t0-t1时间内电路转换的电能为w，有直流时，p为常量，则国际单位制中，电能W的单位是焦耳（J），它表示功率为1W的用电设备在1s时间内所消耗的电能．实用中还常用千瓦小时（ＫＷ·h）俗称“度”的电能单位，即

第二节

电路的基本物理量第三节电阻元件和欧姆定律一、电阻元件1.电阻元件：电阻元件是反映电路器件消耗电能这一物理性能的一种理想元件。（1）电阻

a,

长直导线的电阻计算公式为

b,

工程实际中广泛采用的各种电阻器、电阻炉、白炽灯等元器件都可用电阻元件R表示.（2）电导电阻R的倒数称为电导,用G表示，即

电导的单位为西门子（S）；

同一个电阻元件既可用电阻（欧姆）表示，也可用电导（西门子）表示。第三节电阻元件和欧姆定律二、电阻元件的欧姆定律和伏安特性

1.欧姆定律：电路元件的端电压与其电流的关系称元件约束，也称伏安特性。欧姆定律反映了任一时刻电阻元件的这种约束关系。在电阻元件的电压、电流关联参考方向下，欧姆定律表达式为或第三节电阻元件和欧姆定律在电阻元件的电压、电流非关联参考方向下，欧姆定律表达式为或在应用欧姆定律时一定要注意电压电流的参考

方向第三节电阻元件和欧姆定律2.电阻元件的伏安特性曲线工程中还采用伏安特性曲线来反映电阻元件的伏安关系，该曲线一般由实验测定。如下图所示。3.电阻元件的分类1）线性电阻：若电阻R值与其工作电压或电流无关，是一个常数，则称其为线性电阻元件。其伏安特性曲线是一条通过原点的直线。第三节电阻元件和欧姆定律第三节电阻元件和欧姆定律伏安特性曲线2）非线性电阻：如果电阻的电阻值不是一个常数，会随着其工作电压或电流的变化而变化则称为非线性电阻元件。其伏安特性曲线不再是一条通过原点的直线。

若无特殊说明，一般所说的电阻元件均指线性电阻元件，并简称为电阻。第三节电阻元件和欧姆定律三、电阻元件的功率电阻元件吸收的功率可按下式进行计算：注意：公式中的u和i必须是同一电阻的端电压及其电流。在关联参考方向下电阻元件的功率总是正值，总是在消耗功率，说明电阻元件是耗能元件。第三节电阻元件和欧姆定律返回主目录第四节电压源和电流源一、电压源

1.理想电压源：

理想电压源是一个理想二端元件：其端电压是一个定值Us或是一定的时间函数us，与流过它的电流无关；而流过它的电流不全由它本身确定，应由与之相连接的外电路共同确定.第四节电压源和电流源图1-15

电压源模型及直流电压源的伏安特性2.实际电压源

理想电压源实际上是不存在的，电源内部总是存在一定的电阻，称之为内阻。

实际电压源可以用一个理想电压源和内阻相串联的电路模型来表示，如图1-16所示，其端口处伏安关系为：

第四节电压源和电流源第四节电压源和电流源图1-16

实际直流电压源模型及其伏安特性二、电流源

1.理想电流源

理想电流源是一个理想二端元件：它输出定值电流Is或是一定的时间函数is，与它的端电压无关；而它的端电压不全由它本身确定，应由与之相连接的外电路共同确定.第四节电压源和电流源第四节电压源和电流源图1-１７电流源模型及直流电流源的伏安特性2.实际电流源理想电流源实际上也是不存在的，由于其内电导的存在，电流源中的电流并不能全部输出，有一部分将在内部分流。实际电流源可用一个理想电流源与内电导相并联的电路模型来表示，如图1-１８所示。其端口处伏安关系为：

第四节电压源和电流源第四节电压源和电流源图1-18

实际直流电流源模型及其伏安特性第五节电路的工作状态一、开路

开路状态也称为断路状态，这时电源和负载未构成通路，负载上电流为零，电源空载，不输出功率。

开路时电源的端电压称为开路电压，用Uoc表示。实际电压源在开路时，流过的电流I=0，端口电压等于电压源电压即Uoc=Us二、短路

短路状态指电源两端由于某种原因而短接在一起情况，这时相当于负载电阻为零，电源的端电压为零，不输出功率。短路时电源的输出电流称为短路电流，用Isc表示。实际电流源短路时Isc=Is。

第五节电路的工作状态三、额定工作状态

电气设备工作在额定值的情况下称为额定工作状态。电源设备的额定值一般包括额定电压UN、额定电流

IN和额定容量SN。负载的额定值一般包括额定电压UN、额定电流IN和额定功率PN。应合理使用电气设备，尽可能使其工作在额定状态下，这样既安全可靠又能充分发挥设备的作用，这种工作状态有时也称为“满载”，设备超过额定值工作时

称为“过载”。应避免设备长时间“过载”。第五节电路的工作状态返回主目录第六节基尔霍夫定律一、与拓扑约束有关的几个名词

1.支路：电路中每个分支都称为一条支路。

2.节点：电路中三条或三条以上支路的汇接点称为节点。

3.回路：电路中任一闭合的路径称为回路。

4.网孔：回路平面内不含有其它支路的回路称为网孔。第六节基尔霍夫定律图1-２７电路举例支路：ＡＢＥ、ＡＣＥ、ＡＤＥ回路：ＡＢＥＣＡ、ＡＣＥＤＡ、ＡＢＥＤＡ

节点：Ａ、Ｅ网孔：ＡＢＥＣＡ、ＡＣＥＤＡ第六节基尔霍夫定律二、基尔霍夫电流定律(KCL)

1.定律：

基尔霍夫电流定律可表述为：在集中参数电路中，任一时刻流入(或流出)节点的所有支路电流的代数和恒等于零。数学表达式为

i=0第六节基尔霍夫定律2.KCL推广应用：

流入电路任一封闭面的电流代数和恒等于零.图1-２8KCL的推广

第六节基尔霍夫定律

例1-6：根据图中给定的条件，求未知电流I1和I2.

解：列KCL方程

4-7-I1=0I1