电工电子技术基础第一章直流电路.ppt

1、第一章 直流电路,1-1 电路及电路中的物理量 1-2 欧姆定律 1-3 电阻的连接 1-4 电功和电功率,目标与要求,掌握电路的组成及工作状态 掌握描述电路的物理量及相互关系 掌握欧姆定律，能熟练运用欧姆定律分析计算电路 掌握电阻串、并联的特性及计算方法 掌握电功电功率的概念及计算,第一章 直流电路,重点与难点,重点：电流、电压、电位的基本概念及计算；欧姆定律及其应用；电阻串、并联电路的特点；电功率的概念及计算。,第一章 直流电路,难点：电流、电压、电位和电动势的方向。,返回目录,一、电路和电路的组成 二、电路图 三、电路的工作状态 四、电路的基本物理量,1-1 电路及电路中的物理量,返回目

2、录,由实际元器件构成的电流的通路称为电路。,1.1.1 电路和电路的组成,1、电路的概念,电路通常由电源、负载和中间环节等基本部分组成。,1.1.1 电路和电路的组成,2、电路的组成,1、电路模型,将实际设备抽象成一些理想化的模型，用统一规定的图形符号画出的电路模型图称为电路图。,1.1.2 电路图,1.1.2 电路图,2、部分电工图形符号,1、通路,通路就是电源与负载构成的闭合回路，电路中有电流通过，电路正常工作。,开关SA接到位置“3”时。,2、断路,断路就是电源与负载未接成闭合回路，电路中没有电流通过。断路又称为开路。,开关SA接到位置“2”时。,3、短路,短路就是电源未经负载而直接由导

3、线（导体）构成通路，电路中电流比通路时大得多，可能烧坏电源和其他设备。,开关SA接到位置“1”时。,1.1.3 电路的工作状态,返回目录,1.1.4 电路的基本物理量,电流的形成,1、电流,电荷的定向运动称为电流。移动的电荷又称载流子。,a. 规定以正电荷移动的方向为电流的方向。,1、电流,电流的方向,b. 在分析或计算电路时，常常要求求出电流的方向。,a. 通常规定用单位时间内通过导体横截面的电量来表示电流的大小，以字母I 表示。,规定：电量的单位是C，时间的单位是s，那么电流的单位是A。,电流常用的单位还有kA、mA、A，其换算关系是：,电流的大小,1kA=1x103A 1A=1x103m

4、A 1mA=1x103A,1、电流,b. 凡大小和方向都不随时间变化的电 流，称为稳恒电流，简称直流（DC）。,c. 凡大小和方向都随时间变化的电流， 称为交变电流，简称交流（AC）。,0,1、电流,电流的大小,a. 对交、直流电流应分别使用交流电流表和直流 电流表测量。 b. 电流表必串接到被测量的电路中。 c. 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。,1、电流,电流的测量,由公式可知，导线允许通过的电流随导体截面不同而不同，当导体中通过的电流超过允许电流时，导线将会发热，甚至造成事故。,电流密度就

5、是当电流在导体的横截面上均匀分布时，该电流与导体横截面积的比值，以字母 J 表示。,电流密度的单位是安培/平方毫米（A/mm2）。,2、电流密度,注意,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。,3、电压、电位和电动势,三者的概念,2. 电位 电路中某一点与参考点之间的电压即为该点的 电位。用 V表示。,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。,a,电位V是相对于参考点的电压。 参考点的电位:Vb=0；a点电位：Va=E-IR0=IRL,b,+ U ,电动势E仅存在电源内部，其数值反映了电

6、源力作功的本领，方向规定由电源负极指向电源正极,路端电压U。电压的大小反映了电场力作功的本领；电压是产生电流的根本原因；其方向规定由“高”电位端指向“低”电位端。,3、电压、电位和电动势,显然电压、电位和电动势的定义式形式相同，因此它们的单位一样，都是伏特V。,电压等于两点电位之差：,Uab=VaVb,电源的开路电压在数值上等于电源电动势；,电路中某点电位数值上等于该点到参考点的电压。,3、电压、电位和电动势,三者的公式,三者的区别和联系,（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。 （2）电压表必须并联在被测电路的两端。 （3）直流电压表表壳接线柱上标明的“+”“”记号， 应

7、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）合理选择电压表的量程， 其方法和电流表相同。,电压的测量,3、电压、电位和电动势,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： 式中称为材料的电阻率，电阻率的大小反映了物体的导电能力。 电阻率小、容易导电的物体称为导体；电阻率大，不容易导电的物体称为绝缘体；导电能力介于导体和绝缘体之间的物体称为半导体 。,4、电阻和电阻率,概念,测量时注意以下几点： 1. 准备测量电路中的电阻时应先切断电源，切不可带电测量。 2.首先估计被测电阻的大小，

8、选择适当的倍率挡，然后调零，即将两支表笔相触，旋动调零电位器，使指针指在零位。 3. 测量时双手不可碰到电阻引脚及表笔金属部分，以免接入人体电阻，引起测量误差。 4测量电路中某一电阻时，应将电阻的一端断开。,4、电阻和电阻率,返回目录,万用表测量电阻,只含有负载而不包含电源的一段电路称为 部分电路欧姆定律。,1.2.1 部分电路欧姆定律,部分电路欧姆定律,当电压与电流的参考方向关联时， 当电压与电流的参考方向非关联时，,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。,1.2.1 部分电路欧姆定律,内容,公式,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

9、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。,1.2.2 电压、电流关系曲线,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。电源外部的电路称外电路，外 电路中的电阻称为外电阻。,1.2.3 全电路欧姆定律,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。,1.2.3 全电路欧姆定律,内容,公式,1.3.1 电阻的串联,概念,把两个或两个以上电阻依次连接，组成一条无分支电路，这样的连接方式叫做电阻的串联。,特点,1、电路中流过每个

10、电阻的电流都相等。,2、总电压等于各电阻上电压之和：,3、等效电阻R等于各串联电阻之和：,4、各电阻上的电压与各电阻的阻值成正比：,1.3.1 电阻的串联,特点,1.3.1 电阻的串联,应用,（1）用几个电阻串联以获得较大的电阻。 （2）采用几个电阻串联构成分压器，使同一电源能供给几种不同数值的电压。 （3）当负载的额定电压低于电源电压时，可有串联电阻的方法负载接入电源。 （4）限制和调节电路中电流的大小。 （5）扩大电压表的量程。,1.3.2 电阻的并联,概念,把两个或两个以上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。,特点,1、电路中各电阻两端的电压相等。并

11、且等于电路两端的电压：,3、等效电阻的倒数等于各并联电阻的倒数之和：,2、总电流I等于各电阻中的电流之和：,1.3.2 电阻的并联,特点,4、各支路分配的电流与支路的电阻值成反比：,1.3.2 电阻的并联,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，任一负载的正常启动或关断都不影响其他负载的使用。 （2）用几个大电阻并联起来，获得较小的电阻。 （3）在电工测量中，经常在电流表两端并接分流电阻，以扩大电流表的量程。,1.3.3 电阻的混联,概念,既有电阻串联又有电阻并联的电路叫做电阻的混联。,化简法,（1）在原图上给各电阻连接点上标注不同的字

12、母，但与同一导线相连的各连接点只能用同一字母。 （2）在同一水平线上依次标出已命名的各点（端点代号标在左右两端）。 （3）将电阻依次填入相应的连接点间。 （4）按电阻串、并联的定义及有关计算式计算。,返回目录,一、焦耳定律,电流通过金属导体时使导体发热的现象叫电流 的热效应。 实验表明：电流流过金属导体产生的热量与电 流的平方、导体的电阻、通电时间成正比，即： Q = I2Rt 如果电流的单位为A，电阻的单位为，时间 的单位为s，则Q的单位是J。此关系称为焦耳定 律。,1-4 电功和电功率,简单电路,复杂电路,基尔霍夫定律,一、基尔霍夫第一定律,A,I2,I5,I4,I1 + I3 = I2

13、+ I4 + I5,I流入 = I流出,I1+ (-I2) + I3 + (-I4) + (-I5) = 0,I= 0,移项得,基尔霍夫电流定律 仅仅适用于节点吗？,基尔霍夫电流定律的推广于任意假定的封闭面， 将闭合面视为一个节点，称为广义节点,Ib+Ic=Ie,再来看一个电路：,I1,I2,I3,S,I1 + I2 = I3,i1+i2=i4+i6,i=0,i=0,基尔霍夫第一定律的推广举例：,（二）基尔霍夫第二定律（回路电压定律）,内容：对任一回路，沿任一方向绕行一周，各 电源电动势的代数和等于各电阻电压降 的代数和。 E IR 或 E U,- E2,E1,=,IR1,+IR2,推广：假想

14、回路,A,B,R,E,UAB,E,=,I,IR,UAB,+,UAB,E,IR,=,在多个电源同时作用的线性电路中，任何支路的电流或任意两点间的电压，都是各个电源单独作用时所得结果的代数和。,概念:,2.6 叠加原理,（电路参数不随电压、电流的变化而改变）,二、电功,电流所做的功，简称电功（即电能），用字母W表示。 电流在一段电路上所作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：,1-4 电功和电功率,式中，电压单位为V，电流单位为A，电阻单位为，时间单位为s，则电功的单位为J。,电功的常用单位是kWh (千瓦时)。 1kWh=3.6x106J,电流在单位时间内所作的

15、功称为电功率， 来表示电场力作功的快慢。用字母P表示，单 位为W。 对于纯电阻电路，上式还可以写为,三、电功率,1-4 电功和电功率,额定值就是保证电气设备能长期安全工作的最大 电压、电流或功率，分别称为额定电压、额定电流和 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。 由于过载很容易烧坏用电器，所以一般不允许出 现过载。,四、负载的额定值,1-4 电功和电功率,返回目录,思考题,第一章 直流电路,电路有哪几部分组成？ 电路有哪几种工作状态？ 电压与电位之间有什么关系？如果电路中某两点的电位很

16、高，能否说明这两点之间的电压也很高，为什么？ 一根导体，将其对折后，其阻值怎样变化？对折后的电阻是原来的几倍？ 为什么电源的端电压随着负载电阻的增大而增大，何时最大？ 额定值220V 100W的灯泡和220V 25W的灯泡，哪只灯泡中的灯丝电阻较大？哪只灯泡中的灯丝较粗？ 有的同学认为电阻消耗的功率与电阻值的大小成正比，但也有的同学认为电阻消耗的功率与电阻的大小成反比，哪一种看法正确？,作业,第一章 直流电路,如果在5s内通过横截面为4mm2 的导线的电量是10C，试求导线中的电流和电流密度。 在题图1中，以O点为参考点，A = 10V， B=5V， C=-5V，试求UAB，UBC，UAC，UCA。 在题图2中，已知电源电动势E=220V，内电阻r=10，负载R=100，求(1)电路电流；(2)电源端电压；(3)负载