电路的基本概念及其基本定律

1、项目1电路的基本概念和基本定律(时间：第4课，8小时)，本章首先介绍电路的构成、功能、电路的基本物理量电压、电流、功率和电路的工作状态等电路的基本知识。在此基础上，强调了两个方面。一种是基本电路元件及其电压电流性质，即电阻、电感、电容器元件的电压电流性质和独立来源、控制来源的电压电流性质等电路元件的电压和电流关系。第二介绍电路的电压和电流必须相互遵循的规律 kirchhoff的规律。另外，本章还使用上述基本理论分析和计算电路的电势。项目1电路的基本概念和基本规律、构成工作1电路和工作2电路的基本物理量和参考方向工作3电气设备的等级和电路的工作状态工作4电路的基本规律工作5电路的电势的计算工作6

2、电源、工作1电路及其配置、电路是电气技术的主要研究对象，电路理论是电路基础的主要部分。要研究电路理论，首先要了解电路是什么，即给电路下一个定义是什么。任务1回路及其配置，配置1.1.1回路和1.1.2回路的功能，1.1.1回路及其配置，基本概念：回路：电流通过路径。图1.1电路的配置，电路通常由电源：电路供电的设备三部分组成。将其他形式的能量转换为电能。例如，发电机将机械能转换为电能。负荷：各种电气设备。它是把电转换成其他形式能量的装置。例如，利用电灯将电力转换为光能和热能。中间链路：连接电源和负载的部分。最简单的中间环是电线和开关，起到传送和分配电信号或传递和处理电信号的作用。1.1.2回路

3、的功能、按操作任务区分的回路功能。能量的转换、传输和分配。例如，电路使发电机将其他形式的能量转换为电能，通过变压器和输电线路将其传送给负荷，并将电力转换为其他形式的能量。信号处理。像电话、电视、收音机等。将声音或图像信号转换为电信号经过各种处理后发送到负载，负载将电信号转换为声音或图像信号。图1.2电路的功能，实际电路由各种起不同作用的电路元件或装置组成，电路元件种类繁多，电磁特性复杂。图1.1所示的白炽灯除了消耗电能的特性外，电流通过时还有电感。为了便于研究实际的复杂问题，经常使用“理想”的科学抽象方法，将实际组件视为各种理想电路组件，例如电阻、电感、电容和电源。理想的电路元件是具有固定电气

4、或磁性性质的虚拟元件。典型理想元件的符号如图1.3所示。图1.3及以上电路元件的符号、图1.4电路图、理想电路元件构成的电路称为电路模型，特定符号连接元件的图称为电路，图1.4是照明电路的电路图，如图1.1所示。工作2电路的基本物理量和基准方向，电路内需要分析研究的物理量很大，主要有电流、电压和功率三种，其中电流、电压是电路的基本物理量。操作2回路的基本物理和参考方向，1.2.1回路的基本物理和参考方向1.2.2元素的电压电流关系，1.2.1回路的基本物理和参考方向，1 .电流和电流的参考方向电荷的方向移动形成电流。惯例规定了正电荷的移动方向(事实上，金属导体内部的电流是由有负电的自由电子的方

5、向运动形成的，如图1.5所示)。图1.5导体的电子和电流，表征电流强弱的物理量称为电流强度，简称电流。电流与单位时间内通过导体横截面的电流量数值相等，通常用符号表示。也就是说，如果电流的大小和方向不随时间变化，则此电流称为恒定电流，简称直流电流。直流循环通常用大写字母I表示。也就是说，随时间变化的电流通常用小写I表示。电路中的电流完全指示电流的大小和方向都必须存在。在简单电路中，电流的实际方向更容易确定，但在复杂电路中，通常很难预先确定电路中每个电流的实际方向。此外，在某些电路中，电流的实际方向会随时间而变更，因此很难显示实际方向。因此，在分析和计算电路时，引入了重要的概念电流的参考方向。电流

6、的参考方向是任意设置的，在电路图中通常用箭头表示。分析计算回路时，必须首先为回路中的每个电流设置参考方向，并在回路图中显示。如果计算结果为正值，则电流的实际方向与参考方向一致。电流为负值时，实际方向与参考方向相反。图1.6表示电流的实际方向和参考方向之间的连接。图1.6电流的实际方向和参考方向，2 .电压和电压的参考方向1)在电压图1.7中，板a带正电荷，板b带负电荷，a和b之间有电场，其方向从a指向b。在电场力的作用下，正电荷从a外部电路流向b。电场力对电荷做了工作。以物理量测量电场力的大小，并引入了电压。将正电荷从a点移动到b点的操作定义为a，b两点之间的电压，即表达式的Uab电压单位为v

7、(伏特)。一般来说，直流电压以大写u表示。图1.7电源电压，2)电位电场力从电场内的a点向无限远的位置移动的动作称为点a的电位。因为无限远的电场为零，所以电势也为零。因此，如果在电场中两点之间的电位，即a和b两点之间的电压，即为了电路的方便，通常在电路中选择参考点以使参考点电位为零，则电路中特定点的电压就是该点的电位。电压方向是从高电位到低电位，即电位降的方向。电压的参考方向也可以从回路分析中选择。电压的参考方向由箭头指示。也就是说，设置箭头方向偏移会减少。也可以标记为“”、“-”；也可以表示为双下标，如图1.8所示。如果计算的电压为正值，则实际方向与参考方向一致。相反，相反。分析回路时，电压

8、和电流参考方向的选择是独立的，但是为了便于分析问题，通常会一致地选择两个参考方向，即关联参考方向。图1.8电压参考方向的表示，3)电动势必须在电路中持续通过，以保持恒定电流，因此功率力必须继续克服电场力，使正电荷从阴极b移动到阳极a。电力作用于电荷的能力是通过物理量电动势来测量的。功率电动势与功率从阴极b通过功率内部，将单位正电荷移动到阳极a的数值相同，用e表示。电动势的方向是从低电位指向高电位，即电位上升的方向，其单位也为v(螺栓特殊)。3，功率电路中单位时间内电路元素的能量变化用功率表示。也就是说，组件吸收或释放的功率等于组件的电压和电流的乘积。此直流电路公式确定组件类型：如果参考方向匹配

9、，则组件为负载。参考方向相反时，此元件为电源。电能，单位j(行)。您也可以使用Ws或kWh单位。、解决方案：电路必须符合能量守恒定律。也就是说，元件1发出205W，元件2、4及5发出总吸收力的135W，元件3吸收70W。示例1-1图1.9是电路由5个组件组成的电路，如果相关方朝下，则，计算元素3是吸收或发射的功率。图1.9示例1-1图，1.2.2组件的电压-电流关系，1，电阻组件1)金属导体对电流的阻挡效果称为电阻，用字母r表示。导体的电阻值r与导体的长度l成比例，与导体的断面出图s成反比，与导体材料的性质相关，当阻抗为单位长度单位剖面时，由导体的阻抗值公式表示。越大，物质的导电性越差。另外，

10、金属导体的电阻率也受温度的影响，一般金属导体的温度越高，电阻就越大。不同材料的电阻率不同，表1.1列出了20 时常用电气材料的电阻率和温度系数。从表中可以看出，银的电阻率最小，是最好的导电材料，其次是铜和铝。但是银的价格很贵，除了需要的地方，铜和铝被普遍使用。表1.1通常使用导电材料的电阻率和温度系数。例如，1-2马达的线圈用直径为1.13mm的搪瓷铜缠绕，在20 时电阻为1.64，共用多长的电线？解决方案：2)电阻元件的伏安关系：图1.10电阻元件的伏安关系，1826年，德国科学家欧姆通过科学实验总结了电阻元件的电流和两端电压之间的伏安关系，即欧姆定律。说明如下：电阻上的电流大小与添加到电阻

11、两端的电压成正比，与电阻值成反比。如果电压是与电流相关的参考方向，则欧姆定律如图1.10(a)所示，或者(1-12)如果电压与电流的参考方向相反，则欧姆定律如图1.10(b)所示，或者(1-13)，如果电阻元件的电压和电流是直角坐标系的横坐标和纵坐标，则绘制U如果电阻元件的电压电流性质是通过原点的直线(如图1.11(a)所示)，则称为线性电阻元件。相反，如果电阻元件的电压-电流性质不是通过原点的直线，而是显示在一条曲线(图1.11(b)中，则称为非线性电阻元件。图1.11电阻元件的电压电流特性，2，电感元件电感线圈或电感：变压器线圈、荧光灯镇流器线圈等。电感是反映磁场能量特性的电路参数。电感元

12、件是实际线圈的理想化模型，虚拟化为由电路符号标记的l表示的无干扰导线，如图1.12所示。图1.12线性电感元素，电感系数：线性电感元素的磁链根据右手螺旋定律与电流I成比例，比例系数称为电感l。也就是说，电感系数l的单位为h(待查表)。磁通量和磁通量单位为Wb(韦伯)。空心线圈的电感系数l是常数，与通过的电流大小无关。这个电感称为线性电感。线性电感的大小仅与线圈的形状、大小、灯的数量和周围材料的磁性有关。线圈的截面面积越大，灯的数量越密，电感系数越大。2)电感元件的电压-电流关系：根据电磁感应定律，当电流随时间变化时，磁通量、磁通量也发生变化。感应电动势(1-16)在电感线圈的两端同时产生，并且

13、在电压与电流参考方向(图1.12所示)匹配的情况下，电感两端电压与通过电流的变化率成正比，因此电感元件两端具有感应电压。3 .电容器元件1)电容器元件(用c表示)通常由绝缘介质分隔的两块金属板组成。该结构的电容称为平面电容，中间的绝缘材料称为电介质，如图1.13(a)所示。实际电容器元件忽略介质和漏电距离损失，是理想的电容元件。如果将电源添加到电容器部件的两端，则两个平板上聚集了相同数量的负电荷，如图1.13(b)所示。电荷q和外部电压之间有明显的函数关系。对于线性电容元素，q，u之间的关系是表示式，c是电容元件的电量，单位为f(方法拉)。电量的大小与双端电压无关，仅与电容器零件的形状、大小和

14、介质有关。平面电容器的电容为，时介质的介电常数。，图1.13平板电容器，2)电容器部件的电压-电流关系：如图1.14所示，电容器元件在添加的电压随时间变化时，电容器板上的电流也随时间变化，并且根据电流定义电流。当电流与电压的参考方向相关时，通过电容的电流与电容器两端电压的变化率成正比。图1.14线性电容组件、作业3电气设备额定值和电路运行状态、1.3.1电气设备额定值1.3.2电路的3种运行状态、1.3.1电气设备额定值、设定电压、电流和功率的限值，以确保电气设备在使用期间的安全稳定运行。这个限值称为电气设备额定值。例如，“220V，60W”的白炽灯，“380V，4kW”的电动机，等等。大多数

15、电气设备的寿命取决于绝缘材料的耐热性和绝缘强度，因此电气设备的额定值主要有额定电流、额定电压和额定功率。1 .额定电流通过电气设备中的工作电流时，电气设备本身有电阻，从而产生提高电气设备温度的热量。通过太多电流会导致温度太高，隔热材料过热，从而损坏。设定长期作业中允许的最大电流极限值，即电气设备的额定电流，以防止电气设备的作业温度超过最大允许温度。2。还有电压的限制，可以添加到每个电气设备中，以限制额定电压电气设备的电流，限制绝缘材料的电压。此限制是电气设备的额定电压。电压等级标准：交流电的330kV、220kV、110kV、35kV、10kV、660V、380V、220V等直流的660V、2

16、20V、110V等电池为6V、12V、240v，3 .功率比功率比表示电气装置正常工作时的输入或输出功率，电场作用电流、电压、功率等于额定值。轻负荷(或欠负荷):电气设备工作电流、电压、低于额定功率；轻负荷不能充分利用电气设备能力。过载(或过载):超过电气设备工作电流、电压、额定值的功率。超载可能会损坏电气设备或缩短使用寿命。注：额定值一般应显示在铭牌上，以确保实际值不超过额定值，并确保电气装置尽可能以满载状态工作。示例1-3公称值为0.25W，100的碳膜电阻，额定电流是多少？使用电压不能超过什么值？解决方案：如果电阻的额定功率为0.25瓦，电阻为100，则额定电流不能超过电阻的两端电压，电路有3种工作状态，电路有3种工作状态(路径、开路、短路)。回路电流：电源结束电压：负载功耗：e和常量时，回路电流在通道状态下取决于负载阻力。重载，即小、大；负荷轻，即大就小。1，通道，图1.15 (a)，图1.15(b)，2。断路图1.15(b)所示的回路，开关s未构成断开、电源和负载闭合的回路，负载电阻无限，电路处于开路状态。此时，3、短路、短路：短路电流：电源端电压：负载功率：短路时电源内部电阻R0很小，因此短路电流很大，电源中产生的功率都消耗在内部电阻上。图1.16