电工学第一章劳动第二版.ppt

1、2020/7/25,1,电 工 基 础,主讲：向超,2020/7/25,2,第一章 直流电路,第一节 电路及基本物理量 第二节 串联电路 第三节 并联电路 第四节 混联电路 第五节 欧姆定律 第六节 电功与电功率 第七节 基尔霍夫定律,2020/7/25,3,1、电路,电路就是电流的流通路径。它是为了某种需要由某些电工设备或元件按一定方式组合起来的。,第一节 电路及基物理量,一、电路和电路图,最简单的电路,2020/7/25,4,实际电路,2、电路图,用国家统一规定的符号表示电路连接情况的图电路连接情况的图，叫电路图。,电路图,2020/7/25,5,说明：,开关：控制电路的接通和断开,电源：

2、将其他形式的能（非电能）转换为电能的设备。举例-,负载：将电能转换为其他形式的能（非电能）的装 置或设备叫负载。举例-,导线：传输和分配电能,2020/7/25,6,3、电路的三种状态,通路：处处接通的电路叫通路，通路又叫闭路或者闭合回路。,处于通路状态的电路中有电流流过,2020/7/25,7,开路：又叫断路，指电路某处断开。,说明： 电路处于断路状态时，电路中没有电流 断路的形式： 有意义的断路 无意义的断路,2020/7/25,8,短路：,用导线将负载两端连接起来叫负载短路。此时电流直接经过导线、负载中没有电流。 一般不允许短路。但有时： 电动机启动 卧室照明,用导线直接将电源正、负极连

3、接起来叫电源短路。 此时外电路中的电阻为0，电路中的电流 I= E / r 最大，电源将消耗较大的能量。所以绝对不允许电源短路 （保险丝）,2020/7/25,9,（一）电流,1.概念,在 t 秒内通过导体横截面的电量为 Q 库仑，则电流I 可表示为 I=Q/t 。即单位时间内通过导体横截面的电量,电荷有规则的定向移动称作电流。,二、描述电路的几个物理量,电荷的多少叫电量，用“Q”或“q”表示，单位为：库仑（C）,2、电流的大小,2020/7/25,10,3、.电流的单位及换算关系,单位：安培（）,另外：毫安（）微安（A),换算关系为:,2020/7/25,11,4.电流大小的测量：电流的测量

4、用电流表测量,2020/7/25,12,2020/7/25,13,（2）电流表必须串接到被测量的电路中。 （3）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，否则指针反转，既影响正常测量，又容易损坏电流表。,（1）对交、直流电流应分别使用交流和直流电流表测量。,（4）要合理选择电流表的量程。,电流测量时应注意：,4.电流大小的测量：电流的测量用电流表测量,2020/7/25,14,当某段电路中电流的方向难以判断时，可先任意假定电流的参考正方向，然后列方程求解。当解得的电流为正值时，说明电流的实际方向与参考正方向一致，反之，解得的电流为负值时，说明电流的实际方向

5、与参考正方向相反。,习惯上规定正电荷移动的方向为电流的方向。 金属导体中，电流方向与电子移动方向相反。,5.电流的方向,2020/7/25,15,6、电流密度,举例：,解：,概念：是指当电流在导体的截面上均匀分布时，该电流与导体横截面积的比值，用字母 J 表示，数学表达式为： J = I / S 。,某照明电路需要通过21A的电流，问应采用多粗的铜导线？（设 J=6A/mm2 ）,2020/7/25,16,（二）电压,又称电位差，在电场中若电场力将点电荷 Q 从A点移到B点，所做的功为WAB ，则功与电荷 Q 的比值就称为该两点之间的电压。数学表达式为UAB=WAB / Q 。,1.概念,20

6、20/7/25,17,3.电压的单位换算关系,单位: 伏特(V),另外: 毫伏 (mv) 微伏 (v),换算关系:,2020/7/25,18,表示：在电路图中有两种表示方法。图a用箭头表示，图b用极性符号表示。,4.电压的方向,就是电流的方向 当电压的实际方向难以断定时，可参考电流的正方向来确定。,对负载而言:电流流入端为电压的正端,流出的端为电压的副端,2020/7/25,19,电压大小的测量,2020/7/25,20,电压大小的测量使用电压表（伏特表）进行测量，测量时应注意：,（2）电压表必须并联在被测量电路的两端。 （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

7、相一致，即“+”端接高电位，“-”端接低电位，不能接错，否则指针反转，并会损坏电压表。 （4）要合理选择电压表的量程。,（1）对交、直流电压应分别使用交流电压表和直流电压表测量。,2.电压大小的测量,2020/7/25,21,（三）电位,注：通常把参考点的电位规定为零，又称零电位。一般选大地为参考点，即视大地为零电位。在电子仪器和设备中又常把金属外壳或电路的公共接点的电位规定为零。,是指电路中某点与参考点之间的电压，符号用带下标的字母 U 表示，（如UA）单位也是 V（伏特）。,零电位的符号有两种：,1.概念,2020/7/25,22,2.电位与电位差的区别,由此可以看出电位具有相对性，即电路

8、中某点的电位值随参考点位置的改变而改变；而电位差具有绝对性，即任意两点之间的电位差值与电路中参考点的位置选取无关。此外电位有正负之分，当某点的电位大于参考点（零电位）电位时，称其为正电位，反之称其为负电位。,2020/7/25,23,3.举例,已知：UA=10V，UB=-10V，UC=5V 。 求 UAB 和 UBC 各为多少？,解：根据电位差与电位的关系可知：,结论：,2020/7/25,24,（四）电动势,1.概念,2.电动势的单位 与电压相同， 也是V（伏特）。,3.电动势的方向在电源内部由负极指向正极,注：对于一个电源来说，即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

9、加在外电路两端的电压，其方向由正极指向负极。,在电源内部外力将单位正电荷从电源的负极移动到电源正极所做的功，用符号E 表示，数学表达式为：E=W外 / Q 。,2020/7/25,25,4.直流电动势的两种图形符号,2020/7/25,26,1.概念,导体对电流的阻碍作用称为电阻。文字符号R ；图形符号：,（五）电阻,单位为 （欧姆）。,2020/7/25,27,2020/7/25,28,2.电阻单位的换算关系,3、电阻与电阻率的关系,式中 L 代表导体的长度，单位m。 S-代表导体的横截面积，单位m2 -代表导体的电阻率，单位m（欧米）。,2020/7/25,29,概念：长度为1m、截面为1

10、m2的导体，在一定温度下的电阻值，用符号表示。其单位为m（欧米）。,说明： 纯金属的电阻率很小，绝缘体的电阻率很大。银是最好的导体，但价格昂贵而很少采用，目前电气设备中常采用导电性能良好的铜、铝作导线。 金属导体的电阻率随温度的升高而增大,4、电阻率,2020/7/25,30,绕制10的电阻，问需要直径为1mm的康铜丝多少米？,解：,查表可知20 时康铜的电阻率为,得,举例,由,2020/7/25,31,5、电阻的测量,电阻的测量使用电阻计（欧姆表）进行测量，测量时应注意：,切断电路上的电源；,使被测电阻的一端断开,避免把人体的电阻量入。,2020/7/25,32,2020/7/25,33,1

11、.部分电路欧姆定律的内容,（一）部分电路欧姆定律,式中 I导体中的电流， U 导体两端 的电压， R导体的电阻,在不包含电源的电路中，流过导体的电流与这段导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比，即 I= U / R 。,第二节欧姆定律,2020/7/25,34,例1已知，某 100W 的白炽灯在电压 220V 时正常发光，此时通过的电流是 0.455A ，试求该灯泡工作时的电阻。,解：,2.举例,2020/7/25,35,例2有一个量程为 300V（即测量范围是0300V）的电压表，它的内阻 R0 为 40k 。用它测量电压时，允许流过的最大电流是多少？,解：,等效,2020/7/25,36

12、,（二）全电路欧姆定律,在全电路中电流强度与电源的电动势成正比，与整个电路的内、外电阻之和成反比。其数学表达式为,式中 E电源的电动势，V； R外电路（负载）电阻， ； r内电路电阻， ； I 电路中的电流，A。,2020/7/25,37,全电路欧姆定律又可表述为：电源的电动势在数值上等于闭合电路中内外电路电压降之和。,由式 可得：E = I R + I r = U外+U内,2020/7/25,38,开关SA接“1”号位置，电路中的电流为：,1、电路的通路,(三)电路的三种状态,2020/7/25,39,由图中曲线可知：在电源的内阻一定时，电路接大负载（电流大）时，端电压下降较多；电路接小负载

13、（电流小）时，端电压下降较少。,路,2020/7/25,40,2、电路的开路（断路）,开关SA接“2”号位置，电路中的电流：I=0,即：电源的开路电压等于电源电动势。,内=0,U路=E -=E,2020/7/25,41,3、电路的短路,开关SA接“3”号位置，电路中的短路电流：,短=E/,路,2020/7/25,42,4、电路在三种状态下各物理量的关系比较,2020/7/25,43,例如图所示，不计电压表和电流表内阻对电路的影响，求开关在不同位置时，电压表和电流表的读数各为多少？,2020/7/25,44,开关接“2”号位置，电路断路。,2020/7/25,45,开关接“3”号位置，电路处于通

14、路状态,或,2020/7/25,46,一、电阻的串联,把两个或两个以上的电阻依次连接，组成一条无分支电路，这样的连接方式叫做电阻的串联。,第三节 电阻的串并联电路,1、含义：,2020/7/25,47,a.串联电路中流过每个电阻的电流都相等，即：,b.串联电路两端总电压等于各电阻两端分电压之和， 即：,c.串联电路等效电阻（即总电阻）等于各串联电阻值之和，即：,2、电阻串联的性质,2020/7/25,48,则串联电路中：等效电阻（即总电阻）满足关系： R=nR 0 。,各电阻上的电压：1=U2=.Un=U/n,2020/7/25,49,若已知总电压 U 及电阻R1、R2 ，由上式可得串联电路的

15、分压公式： ， 。,即串联电路中电阻两端的电压与电阻成正比,2020/7/25,50,3、电阻串联在实际工作中的应用,2020/7/25,51,例1 如图所示，要使弧光灯正常工作，须供给 40V的电压和10A 的电流，现电源的电压为100V，问应串联多大阻值的电阻？（不计电阻的功率）,4、举例分析,2020/7/25,52,解：,例2 如图所示为一个万用表的表头，它的等效内阻 为 ，满刻度电流为 ，若改装成量程为10V的电压表，则应串联多大的电阻？,2020/7/25,53,二、电阻的并联,把两个或两个以上的电阻接在电路中相同的两点之间，承受同一电压，这样的连接方式叫做电阻的并联。,1、含义,

16、2020/7/25,54,a.并联电路中各电阻两端的电压相等，且等于电路两端的电压，即：,b.并联电路的总电流等于流过各电阻的电流之和，即：,c.并联电路的等效电阻（即总电阻）的倒数等于各并联电阻的倒数之和，即：,2、电阻并联的性质,2020/7/25,55,则并联电路中：等效电阻（即总电阻）满足关系：,2020/7/25,56,若两个电阻阻值为R1、R2则其中的电流 I1、I2 分别为：,即:并联电路中通过电阻中的电流与电阻的阻值成反比,2020/7/25,57,3、电阻并联在实际工作中的应用,1.凡是额定工作电压相同的负载都采用并联的工作方式。这样每个负载都是一个可独立控制的回路，任一负载

17、的正常启动或关断都不影响其它负载的正常使用。 2.获得较小的电阻。 3.扩大电流表的量程。,2020/7/25,58,例如图所示的并联电路中，求等效电阻 RAB 、总电流 I 、各负载电阻上的电压、各负载电阻中的电流。,4、举例分析,解：,2020/7/25,59,例如图所示，已知某微安表的内阻为 Ra=3750 ，允许流过的最大电流Ia= 40A 。现要用此微安表制作一个量程为500mA的电流表，问需并联多大的分流电阻 Rx ？,解：电阻和电表并联，所以各电阻端电压相等。 即Ua=Ux 而Ua=RaIa,UX=RXIX IX=I-Ia 故,2020/7/25,60,三、电阻的混联,既有串联又

18、有并联的电路叫混联电路。,2020/7/25,61,电阻的混联电路,计算混联电路的等效电阻的步骤大致如下： 1、首先把电路整理和简化成容易看清的串联或并联关系。为做到这一点，除需掌握电阻串、并联的定义外，比较有效的手段是画等效图。其一般方法是：在电路中各电阻的连接点标注一字母，并将各字母的顺序在水平方向排列，（待求端的字母应放在最两端）然后把个电阻填入各对应的字母之间。最后根据电阻串并联的定义依次画出等效电路。 2、根据简化电路进行计算。,2020/7/25,62,例：已知图中R1=R2=R3=R4=R5=1，求AB间的等效电阻RAB,例：已知R1=R2=5，R3=10，试画出草图说明，把它们

19、按不同方式连接，一共有几种方式？并计算各种接法的等效电阻。,2020/7/25,63,2020/7/25,64,第四节 电功 电功率,一、电功,1、含义：电流流过负载时将电能转化为其它形式的能的过程叫电流做功。电流做的功叫电功,2、公式：,=,=,=,=,3、各物理量的含义及单位：-,2020/7/25,65,二、电功率,1、含义：电流在单位时间内做的功叫电功率（功率）,2、公式：,3、说明：,2020/7/25,66,b 、功率的单位：瓦特 （W） 另：1千瓦（KM）=103 瓦特（W）=106毫瓦（Mw）,c、电功的单位为焦耳（J），在实际生活中电流做的功（电器设备消耗的能量）常用“度”来

20、表示： 1度就是1千瓦（KW）的用电器连续工作1小时（h）所消耗的电能（电流做的功） 1度 = 1KW1h = 1000W3600s =3.6106 J,由电功率的计算式可得出： 1、当电阻一定时，电功率与电流平方或电压平方成正比。 2、当电流一定时，电功率与电阻值成正比。 3、当电压一定时，电功率与电阻值成反比。,2020/7/25,67,例：如图，已知A、B、C三个灯泡的电阻都是40，设不论开关打开还是接通都不会烧坏灯泡，求（1）开关打开时A灯、B灯消耗的功率；（2）开关接通时A灯、B灯消耗的功率,解:当开关打开时，A、B灯串联，因两灯电阻相等故：,当开关接通时，A、C灯并联后，再与B灯串

21、联，他们的总电阻为,总电流,2020/7/25,68,三、焦耳楞次定律 、电流的热效应：电流通过导体发热的现象（对纯电阻：电流做的功将全部转化为热能） 、数学表达式： 又 所以 、单位：焦耳（） 实用单位：卡（） 卡：使克（）水温度升高摄氏度（ ）所需要的热量 卡相当于焦耳的功,2020/7/25,69,例题：某电考箱电阻为欧姆（），工作电压为伏特（），问通电5分钟（）能放出多少热量？消耗的电能是多少度？ 解：由焦耳楞次定律可知： 放出的热量为 （焦耳） 因为度焦耳 所以 （度）,2020/7/25,70,或者： （度）,10-3 将瓦特化为千瓦 60将分钟化为小时,2020/7/25,71,

22、四、负载的额定值 负载长时间工作时所允许的最大电流、最大电压、最大功率分别叫做负载的额定电流、额定电压、额定（电）功率 注意：负载工作时所加的电压必须是它的额定电压，此时负载发挥的实际功率为额定功率，负载正常工作。 负载在额定值的工作状态称额定工作状态（满载）负载高于额定值的工作状态称过载（超载）负载低于额定值的工作状态称轻载,2020/7/25,72,例：一个“，”的电阻，允许通过的最大电流是多少？若把它接到的电源两端能否正常工作？,2020/7/25,73,例：额定值分别为“”和“”的两只灯泡串联后接到电源上哪只亮？并联后接到的电源上哪只亮？,解：因2所以2 由此得：112P1 （） 22

23、2P2 （）,串联220V电源上：,并联40V电源上：,故串联时220V 60W的灯亮，并联时110V 40W的灯亮,2020/7/25,74,作业：,1、已知某电阻丝的长度为2m，横截面积为1mm2,流过它的电流为3A，求该电阻丝在1分钟内发出的热量（=1.210-6m） 2、已知某电烘箱的电阻丝通过5A电流时，每分钟可放出1.2106J的热量，求这台电烘箱的电功率及电阻丝工作室的阻值？ 3、如图，已知电源电动势E=230V，内阻r=1，为使额定电压为220V功率100W的灯泡正常发光，问应并联几盏灯？,2020/7/25,75,第五节基尔霍夫定律,一、几个概念： 、支路：由一个或几个元件（

24、电源用电器开关等） 依次连接所构成的无分支的电路（一条支路只能流过一个电流） 、节点：电路中三条或三条以上支路的连接点 、回路：电路中任何一个闭合的路径,2020/7/25,76,二、基尔霍夫第一定律,流入节点的电流的代数和等于流出节点的电流的代数和即2314 或 说明：、尽量标出电流的实际方向。若不知，任意假设 其正方向，通过计算 实际正方向与假设正方向相同 实际正方向与假设正方向相反,2020/7/25,77,解析：首先假设的正方向（若假设向上） 则：即： 所以： （）“”值说明 的实际方向与假设的参考正方向相同，即向上。,解析：首先假设的正方向（若假设向下） 则：即： 所以： （）“”值

25、说明 的实际方向与假设的参考正方向相反，即向上。,举例1:,2020/7/25,78,解析：由基尔霍夫定律可知： 代入数据得：（）（） 所以（）,举例2:,2020/7/25,79,、若电路中有个节点，只能列个独立方程 、基尔霍夫第一定律不仅适用与一个节点，同时也适用一个封闭面。,2020/7/25,80,设I3方向向左，则 I3=I1+I2 I3=2+2=4A 则I3的方向与假设相同,设I3方向向右，则 I1+I2+I3=0 I3=2+2=-4A 则I3与假设方向相反,2020/7/25,81,三、基尔霍夫第二定律 内容：沿任意回路饶行一周，所有电动势的代数和等于所有电阻上电压降的代数和,数

26、学表达式,、规定：沿回路饶行一周时： 电动势的正负： 的方向与饶行方向相同，电动势取正值 的方向与饶行方向相反，电动势取负值 电阻上电压降的正负：电阻上电流的方向与饶行方向相同时，电压取正值;电阻上电流的方向与饶行方向相反时，电压取负值。,2020/7/25,82,2、支路电流法解题方法： 综观全电路，分清支路和节点 b假设各支路电流的参考正方向(任意标出) c 先根据基尔霍夫第一定律列出节点电流方程 (有时只根据此解题) d. (不够的)再根据基尔霍夫第二定律列出回路电压方程. (注意 E 和 IR 正负的选取;有时只根据此解题) e 将方程组成方程组,解方程组并验证,2020/7/25,8

27、3,例题：如图所示是两个电源对负载供电的电路，已知E1 = 18V，E2=9V，R1 =R2 =1，R3 =4。求各支路电流,A,B,I1,I3,I2,解：假设各支路电流方向和回路方向如图所示。 对节点A基尔霍夫第一定律有I1+I2=I3 对左回路由基尔霍夫第二定律有 R1I1+R3I3=E1 对右回路由基尔霍夫第二定律有 R2I2+R3I3=E2 代入已知数解联立方程式 I1+I2-I3=0 I1+4I3=18 I2+4I3=9 联解得I1=6A 方向与假设相同 I2=-3A 方向与假设相反 I3=3A 方向与假设相同,2020/7/25,84,作业1、如下图，用电压表测量图中AB两点的电压UAB为10V，且E1 =15V，E2 =12V，R1 =10R2 =4,R3 =10,求各支路电流,E1,E2,R1,R2,R3,A,A,B,A,B,作业2、如右图，已知电流表读数为0.5A，E1 =49V，E2 =20V，R1 =10，R2 =40,R3 =100,求流过电阻R1，R2，R3 的大小和方向？,2020/7/25,85,小结：,1、电流所流经的路径叫电路。电路由电源、负载、开关和连接导线组成。如果不特别指出，连接导线的电阻可忽略不计。电路有三种状态：通路、开路和短路。 2、电路的几个物理量是电流强度（电流）、