《电工学（第七版）》课件 第一章直流电路

§1-1电路及基本物理量一、电路的组成及作用电路的组成：电源、负载、导线和控制装置。有些电路还有保护装置。电流流通的路径称为电路。由直流电源供电的电路称为直流电路。

用电气符号描述电路连接情况的图，称电路原理图，简称电路图。实物接线图

电路原理图电路方框图进行信息的传输和处理进行电能的传输和转换电能传输和转换示意图信息传输和处理示意图电路通常有三种状态：

通路：电路构成闭合回路,有电流流过。

开路：电路断开,电路中无电流通过。开路也称断路。

短路：短路是电源未经负载而直接由导体构成闭合回路。名称外形图形符号文字符号二极管VD电流表APA电容器C滑动变阻器RP电气图常用图形符号和文字符号（转下页）名称外形图形符号文字符号电感器L熔断器FU三相异步电动机M电压表PV电池GB（转下页）名称外形图形符号文字符号灯泡EL开关SA电阻R1．电流的形成

电荷的定向移动形成电流(用I表示)。在金属导体中,实质上能定向移动的电荷是带负电的自由电子。电子方向→←电流方向二、电流金属中的电流

电解液中的电流

电流的大小是指单位时间内通过导体横截面的电荷,即

电流的单位是安培,简称安,用A表示。电量的单位是库仑,简称库,用C表示。2．电流的大小直流电流的测量原理图

实物图（1）对交、直流电流应分别使用交流电流表和直流电流表测量。

（2）电流表应串接到被测量的电路中。

电流的大小可用电流表进行测量。测量时应注意：直流电流表a)指针式

b)数字式（3）注意直流电流表的正负极性直流电流表表壳接线柱上标明的“+”“-”记号,应和电路的极性相一致,不能接错,否则指针要反转,既影响正常测量,也容易损坏电流表。（4）合理选择电流表的量程每个电流表都有一定的测量范围,称为电流表的量程。

一般被测电流的数值在电流表量程的一半以上,读数较为准确。因此,在测量之前应先估计被测电流大小,以便选择适当量程的电流表。若无法估计,可先用电流表的最大量程挡测量,当指针偏转不到1/3刻度时,再改用较小挡去测量,直到测得准确数值为止。

为了在接入电流表后对电路的原有工作状况影响较小，电流表的内阻应尽量小。习惯上把正电荷移动的方向规定为电流的方向。因此，电流的方向实际上与自由电子和负离子移动的方向相反。若电流的方向不随时间的变化而变化，则称其为直流电，简称直流，用符号

DC表示。其中，电流大小和方向都不随时间变化的电流称为稳恒直流电；电流大小随时间作周期性变化，但方向不变的电流称为

脉动直流电。大小和方向都随时间作相应变化的电流，称为交流电，简称交流，用符号AC表示。3．电流的方向稳恒直流电

脉动直流电交流电直流电路交流电路

参考方向：在分析和计算较为复杂的直流电路时,经常会遇到某一电流的实际方向难以确定的情况,这时可先任意假定电流的参考方向,然后根据电流的参考方向列方程求解。当解出电流为正值时,电流的实际方向和参考方向一致。解出电流为负值时,电流的实际方向和参考方向相反。如下图所示电路中，电流参考方向已选定，已知I1=1A，I2=–3A，I3=–5A，试指出电流的实际方向。如下图所示电路中，电流参考方向已选定，已知I1=1A，I2=–3A，I3=–5A，试指出电流的实际方向。三、电压、电位和电动势1．电压电场力将单位正电荷从a点移到b点所做的功，称为a、b两点间的电压，用Uab表示。电压单位的名称是伏特，简称伏，用V表示。

水压与水流

电压与电流

已知图a中，Uab=-5V；图b中，Uab=-2V；图c中，Uab=-4V。试指出电压的实际方向。

已知图a中，Uab=-5V；图b中，Uab=-2V；图c中，Uab=-4V。试指出电压的实际方向。

如果在电路中选定一个参考点（即零电位点），电路中某一点与参考点之间的电压即为该点的电位。2．电位电路中某点的电位与参考点的选择有关，但两点间的电位差与参考点的选择无关。电路中任意两点之间的电位差就等于这两点之间的电压，即Uab=Ua－Ub，故电压又称电位差。下图所示电路中，已知E1=24V，E2=12V，电源内阻可忽略不计，R1=3Ω，R2=4Ω，R3=5Ω，分别选D点和E

点为参考点，试求A、B、D、E

四点的电位及UAB和UED的值。对于一个电源来说，既有电动势，又有端电压。电动势只存在于电源内部；而端电压则是电源加在外电路两端的电压，其方向由正极指向负极。3．电动势电源将正电荷从电源负极经电源内部移到正极的能力用电动势表示，电动势的符号为E，单位为V。电动势的方向规定为在电源内部由负极指向正极。电压的测量方法：直流电压表表壳接线柱上标明的“+”“－”记号，应和被测两点的电位相一致，即“+”端接高电位，“－”端接低电位，不能接错，否则指针要反转，并会损坏电压表。4．电压的测量（1）对交、直流电压应分别采用交流电压表和直流电压表测量。

测量电压时应注意：直流电压表（2）电压表必须并联在被测电路的两端。

测量电压时应注意：（4）合理选择电压表的量程,其方法和电流表相同。（3）直流电压表表壳接线柱上标明的“+”“-”记号，应和被测两点的电位相一致,即“+”端接高电位,“-”端接低电位，不能接错，否则指针要反转，并会损坏电压表。

为了在接入电压表后对电路原有工作状况影响较小，电压表的内阻应尽量大。四、电功和电功率1．电功

电流所做的功,称为电功，用字母W表示,单位为焦耳(J)。研究表明,电流在一段电路上所做的功等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I和通电时间t三者的乘积，即：式中W、U、I、t的单位分别为J、V、A、s。

电能的另一个常用单位是千瓦时(kW·h),即通常所说的1度电,它和焦耳的换算关系为：a)机械式b)电子式c)预付费式用来测量电路消耗电能的仪表称为电能表。四、电功和电功率2．电功率

电流在单位时间内所做的功称为电功率，用字母P表示，单位为瓦特(W)，其计算式为：D26—W型便携式单相功率表a)外形图b)电压线圈前接法c)电压线圈后接法电功率可利用功率表进行测量。四、电功和电功率3．电流的热效应

电流通过导体时使导体发热的现象称为电流的热效应。也就是说,电流的热效应就是电能转换成热能的效应。电流与它流过导体时所产生的热量之间的关系可用下式表示Q的单位是焦耳(J),这种热也称焦耳热。

某电烤箱电阻是5Ω,工作电压是220V,通电15min能放出多少能量?消耗的电能是多少度?

某电烤箱电阻是5Ω,工作电压是220V,通电15min能放出多少能量?消耗的电能是多少度?四、电功和电功率4．负载的额定值

电气设备安全工作时所允许的最大电流、最大电压和最大功率分别称为它们的额定电流、额定电压和额定功率。

电气设备在额定功率下的工作状态称为额定工作状态,也称满载;低于额定功率的工作状态称为轻载;高于额定功率的工作状态称为过载或超载。

额定值为100Ω/1W的电阻,两端允许加的最大直流电压为多少?允许流过的最大直流电流又是多少?

额定值为100Ω/1W的电阻,两端允许加的最大直流电压为多少?允许流过的最大直流电流又是多少?§1-2电阻及其连接一、电阻率与电阻定律电阻率小，电流容易通过的物体称为导体。电阻率大，几乎不能通过电流的物体称为绝缘体。导电能力介于导体和绝缘体之间的物体称为半导体。在一定条件下，某些材料的电阻会变为零，称为超导体。导体、半导体和绝缘体的电阻率导体的电阻是导体本身的一种性质。它的大小决定于导体的材料、长度和横截面积，可按下式计算：式中ρ称为材料的电阻率，电阻率的大小反映了物体的导电能力。

导体在通过电流的同时也对电流起着阻碍作用,这种对电流的阻碍作用称为电阻。

电阻常用R表示。电阻的单位为欧姆,简称欧,用Ω表示。二、电阻器1.常用电阻器（电阻器也简称电阻）类型名称外形电路符号固定电阻器碳膜电阻器线绕电阻器金属膜电阻器（转下页）类型名称外形电路符号可变电阻器滑动变阻器带开关电位器微调电位器RPRP固定电阻色环的识读（转下页）（转下页）电阻上面常用四道色环或五道色环来表示电阻值。阻值为27kΩ、允许偏差±5%的电阻器一阻值为17.4Ω、允许偏差为±1%的电阻器敏感电阻是指对温度、电压、湿度、光照、气体、磁场、压力等作用敏感的电阻器。如热敏电阻、压敏电阻、湿敏电阻、光敏电阻等。2.敏感电阻器热敏电阻

压敏电阻

湿敏电阻光敏电阻电阻值随温度升高而减小的热敏电阻称为负温度系数(NTC)的热敏电阻,电阻值随温度升高而增大的热敏电阻称正温度系数(PTC)的热敏电阻。热敏电阻的应用1．电阻的串联

像这样把多个元件逐个顺次连接起来,就组成了串联电路。三、电阻的连接电阻的串联电路

a)电阻的串联电路b)等效电路三、电阻的链接电阻串联电路具有以下特点:(1)电路中流过每个电阻的电流都相等。(2)电路两端的总电压等于各电阻两端的分电压之和,即(3)电路的等效电阻(即总电阻)等于各串联电阻之和,即三、电阻的链接(4)电路中各个电阻两端的电压与它的阻值成正比,即上式表明,在电阻串联电路中,阻值越大的电阻分配到的电压越大;反之电压越小。三、电阻的链接

已知R1和R2两个电阻串联,电路总电压为U,可得分压公式如图所示。电阻串联电路应用

有一只万用表,表头等效内阻Ra=10kΩ,满刻度电流(即允许通过的最大电流)Ia=50μA,如改装成量程为10V的电压表,应串联多大的电阻?

有一只万用表,表头等效内阻Ra=10kΩ,满刻度电流(即允许通过的最大电流)Ia=50μA,如改装成量程为10V的电压表,应串联多大的电阻?2．电阻的并联

像这样把多个元件并列地连接起来,由同一电压供电,就组成了并联电路。电阻并联电路具有以下特点:(1)电路中各电阻两端的电压相等,且等于电路两端的电压。

(2)电路的总电流等于流过各电阻的电流之和,即(3)电路的等效电阻(即总电阻)的倒数等于各并联电阻的倒数之和,即(4)电路中通过各支路的电流与支路的阻值成反比,即上式表明,阻值越大的电阻所分配到的电流越小,反之电流越大。

已知R1和R2两个电阻并联,电路总电流为I,可得分流公式如图所示。3．电阻的混联

既有电阻串联又有电阻并联的电路称为电阻混联电路

电阻混联电路及其等效电路

已知图中的R1=R2=R3=R4=R5=1Ω,求A、B间的等效电阻RAB等于多少?

已知图中的R1=R2=R3=R4=R5=1Ω,求A、B间的等效电阻RAB等于多少?

已知图中的R1=R2=R3=R,求A、D间的总电阻RAD。

已知图中的R1=R2=R3=R,求A、D间的总电阻RAD。不同工作状态下电动自行车电池的电压值§1-3全电路欧姆定律一、部分电路欧姆定律

只含有负载而不包含电源的一段电路称为部分电路，

导体中的电流，与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比。公式为部分电路

如果以电压为横坐标，电流为纵坐标，可画出电阻的U/I关系曲线，即伏安特性曲线。电阻元件的伏安特性曲线是直线时，称为线性电阻，其电阻值可认为是不变的常数。如果不是直线，则称为非线性电阻。§1-3全电路欧姆定律二、全电路欧姆定律全电路是含有电源的闭合电路。电源内部的电路称为内电路；电源内部的电阻称为内电阻，简称内阻。电源外部的电路称为外电路；外电路中的电阻称为外电阻。简单的全电路全电路欧姆定律内容：闭合电路中的电流与电源的电动势成正比，与电路的总电阻（内电路电阻与外电路电阻之和）成反比。公式：电源电动势等于U外和U内之和。全电路欧姆定律又可表述为：电源电动势E=U内+U外三、电路的三种状态电源端电压U与电源电动势E的关系为：U=E－Ir

电源端电压随负载电流变化的关系特性称为电源的外特性，其关系特性曲线称为电源的外特性曲线。电源端电压U随着电流I的增大而减小。电源内阻越大，直线倾斜得越厉害；直线与纵轴交点的纵坐标表示电源电动势的大小（I=0时，U=E）。电源的外特性曲线电路的三种状态电路的三种状态1．有载开关SA接到位置“1”时，电路处于有载状态。电路中电流为端电压与输出电流的关系为电路有载状态开关SA接到位置“2”时，电路处于开路状态。2．开路（断路）即：电源的开路电压等于电源电动势。电路开路状态3．短路

开关SA接到位置“3”时，相当于电源两极被导线直接相连。电路中短路电流为由于电源内阻一般都很小，所以短路电流极大。此时电源对外输出电压电路短路状态§1-4基尔霍夫定律试试能用电阻串、并联化简，并用欧姆定律求解吗？不能用电阻串、并联化简求解的电路称为复杂电路。分析复杂电路要应用基尔霍夫定律。电路的基本术语支路电路中的每一个分支称为一条支路。它由一个或几个相互串联的元件所构成。含有电源的支路称有源支路，不含电源的支路称无源支路。节点3条或3条以上支路所汇成的交点称节点。回路和网孔

电路中任一闭合路径都称回路。一个回路可能只含一条支路，也可能包含几条支路。其中，最简单的不含有支路的回路又称独立回路或网孔。一、基尔霍夫第一定律基尔霍夫第一定律又称节点电流定律。它指出：在任一瞬间，流进某一节点的电流之和恒等于流出该节点的电流之和，即∑I进

=∑I出对于节点O有I1+I2=I3+I4+I5可将上式改写成I1+I2

－I3

－I4－I5=0因此得到∑I=0即对任一节点来说:流入（或流出）该节点电流的代数和恒等于零。在应用基尔霍夫第一定律求解未知电流时，可先任意假设支路电流的参考方向，列出节点电流方程。通常可将流进节点的电流取正，流出节点的电流取负，再根据计算值的正负来确定未知电流的实际方向。有些支路的电流可能是负，这是由于所假设的电流方向与实际方向相反。下图中，I1=2A，I2=-3A，I3=-2A，试求I4。下图中，I1=2A，I2=-3A，I3=-2A，试求I4。解：由基尔霍夫第一定律可知I1-I2+I3-I4=0代入已知值2A-(-3A)+(-2A)-I4=0可得I4=3A基尔霍夫第一定律可以推广应用于任一假设的闭合面（广义节点）。上图电路中闭合面所包围的是一个三角形电路，它有3个节点。应用基尔霍夫第一定律可以列出IC=ICA-IBCIA=IAB-ICAIB=IBC-IAB上面三式相加得IA＋IB＋IC=0 或∑I=0即流入此闭合面的电流恒等于流出该闭合面的电流。

二、基尔霍夫第二定律基尔霍夫第二定律又称回路电压定律。它指出：在任一闭合回路中，各段电路电压降的代数和恒等于零。用公式表示为∑U=0按虚线方向循环一周，根据电压与电流的参考方向可列出UAB+UBC+UCD+UDA=0即E1－I1R1

＋E2－I2R2=0或E1+E2=I