chapter01-电路的基本概念与基本定律

单击以编辑母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电工电子技术,讲授：信息学院物理教研室 张麟,英东楼317,：02089002076办公,135 3546 0716,教材：林育兹.电工技术第一版.北京：科学出版社，2006,主要参考书,1秦曾煌.电工学第五版.北京：高,等教育出版社，1999,2刘全忠.电子技术：电工学II第二,版.北京：高等教育出版社，1999,电工技术课的,地位,及,主要学习内容,是研究电能在工程技术领域中应用的一门学科，也是电子技术的一门根底课程，它是许多专业的应用根底,主要内容,电路的根本概念，根本定律和根本分析,方法,磁路的根本概念及根本定律,应用(电动机，继电接触器控制系统,第 1 章 电路的根本概念根本定律,目 录,1.1 电路的作用与组成局部,1.2 电路模型,1.3 电压和电流的参考方向,1.4 欧姆定律,1.5 电源有载工作、开路与短路,1.6 基尔霍夫定律,1.7 电路中电位的概念及计算,1.1.1 电路的作用,1电能的传输和转换,2信号的传递和处理,1.1.2 电路的组成,1电源,2负载,3中间环节,1.1 电路的作用与组成局部,返回,中间环节,负载,发电机,升压,变压,器,降压,变压,器,电灯,电动机,电炉,电力系统电路示意图,输电线,放,大,器,话筒,扬声器,扩音机电路示意图,信号源,电源,返回,电路元件的理想化,在一定条件下突出元件主要的电磁性质，忽略其次要因素，把它近似地看作理想电路元件。,为什么电路元件要理想化?,便于对实际电路进行分析和用数学描述，将实际元件理想化或称模型化。,1.2,电路模型,返回,手电筒的电路模型,U,I,开关,E,R,0,R,干电池,电珠,返回,电压和电流的方向,实际方向,参考方向,参考方向,在分析计算时人为规定的方向,1.3,电压和电流的参考方向,返回,物理量,单位,实际方向,电流,I,A,、,kA,、,mA,、,A,正电荷移动的方向,电动势,E,V,、,kV,、,mV,、,V,电源驱动正电荷的,方向,电压,U,V,、,kV,、,mV,、,V,电位降低的方向,电流、电动势、电压的,实际方向,返回,问题,在复杂电路中难于判断元件中物理量的,实际方向，如何解决？,(1)在解题前任选某一个方向为参考方向；,(3)根据计算结果确定实际方向：,假设计算结果为正，那么实际方向与参考方向一致；,假设计算结果为负，那么实际方向与参考方向相反。,(2)根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关,系的代数表达式；,解决方法,返回,电流的参考方向与实际方向,电压的参考方向与实际方向,例：课本P5,欧姆定律：,流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。,1.4,欧 姆 定 律,返回,伏安特性,线性电阻伏安特性,非线性电阻伏安特性,当电压和电流的参考方向,一致,时 U=RI,当电压和电流的参考方向,相反,时 U=RI,注意:,返回,I,U,o,I,U,o,解,a,点电位比,b,点电位,低,12V,n,点电位比,b,点电位,低,12-5=7V,m,点电位比,b,点电位,高,3V,于是,n,点电位比,m,点电位,低,7+3=10V,即,Unm=-10V,由欧姆定律得,RUnmI5,计算下图的电阻,R,值，已知U,ab,12V。,例题1.2,返回,解,应用,欧姆定律,对下图的电路列出式子，并求电阻,R,例题1.1,返回,1.5.1 电源有载工作,开关,闭合,有载,开关,断开,开路,cd,短接,短路,1.5,电源有载工作、开路与短路,返回,1电压和电流,由,欧姆定律,可列上图的电流,负载电阻两端电压,电源的外特性曲线,当,R,0,R时,由上两式得,返回,2.功率与功率平衡,功率 设电路任意两点间的电压为 U,流入此局部电路的电流为 I，那么这局部电路消耗的功率为:,功率平衡：,由UER,0,I得,UIEIR,0,I,2,PP,E,P,电源输出,的功率,电源内阻上,损耗功率,电源产生,的功率,W为瓦特,KW为千瓦,返回,解,(1)电源,U,E,1,U,1,E,1,IR,01,E,1,U,R,01,I,2200.6,5=223,V,（2）,负载,U,E,2,U,2,E,2,R,0,2,I,E,2,U,R,02,I,220 0.6,5,217V,如图，,U,220,V,，,I,5,A,，内阻,R,01,R,02,0.6,(1)求电源的电动势,E,1,和负载的反电动势,E,2,；,(2)试说明,功率的平衡,例题1.3,返回,（2）由,（1）,中两式得,E,1,E,2,R,01,I,R,02,I,等号两边同乘以,I,得,E,1,I,E,2,I,R,01,I,2,R,02,I,2,223,52175,0.65,2,0.65,2,1115W=1085W15W15W,E,2,I,1085W,R,01,I,2,15,W,R,02,I,2,15,W,负载取用,功率,电源产生,的功率,负载内阻,损耗功率,电源内阻,损耗功率,返回,3.电源与负载的判别,分析电路时，,如何判别哪个元件是电源？哪个是负载？,U,和,I,的参考方向与实际方向,一致,U,和,I,的实际方向,相反,，电,流从端,流出,，,发出,功率,电源,负载,U,和,I,的实际方向,相同,，电,流从端,流入,，,吸收,功率,I,U,a,b,+,-,I,R,U,a,b,I,R,U,a,b,当,返回,或当,U,和,I,两者的,参考方向,选得,一致,电源,PUI,0,负载,PUI,0,电源,P,UI,0,负载,P,UI,0,U,和,I,两者的,参考方向,选得,相反,4,额定值与实际值,额定值,是制造厂商为了使产品能在给定的条件下,正常运行而规定的正常允许值,注,在使用电气设备或元件时，电压、电流、功率的实际值不一定等于它们的额定值,返回,解,一个月的用电量,W,Pt,60(W),30(h),5.4kWh,已知：,有一,220V 60W,的电灯，接在,220V,的电源上,，,求通过电灯的,电流,和电灯在,220V,电压下工作时,电阻,如每晚用3小时，问一个月消耗,电能,多少？,例题1.4,返回,解,在使用时电压不得超过,U,RI,500,0.150V,已知：,有一额定值为,5W 500,的线绕电阻,，,问其,额定电流？,在使用时,电压不得,超过,多大？,例题1.5,返回,1.5.2 电源开路,特征,：,I,0,U,U,0,E,P,0,1.5.3 电源短路,特征,：,U,0,I,I,S,E,R,0,P,E,P,R,0,I,2,P,0,U,ab,6,1060V,U,ca,20480V,U,da,5630V,U,cb,140V,U,db,90V,V,b,V,a,U,ba,V,b,60,V,V,c,V,a,U,ca,V,c,80,V,V,d,V,a,U,da,V,d,30,V,1.7 电路中电位的概念及计算,E,1,=140V,4A,6A,5,20,6,a,b,c,d,E,2,90V,10A,W,W,W,V,a,=,U,ab,=60V,V,c,=,U,cb,=140V,V,d,=,U,db,=90V,结论：1电路中某一点的电位等于该点与参考点,电位为零之间的电压,2参考点选得不同，电路中各点的电位值随着,改变，但是任意两点间的电位差是不变的。,各点电位的上下是相对的，而两点间电位的,差值是绝对的。,注,解,IVAVCR1R2,6910050 103,0.1mA,UABVAVBR2I,VBVAR2I,650 103)(0.1 10-3),1V,计算下图电路中,B,点的电位。,例题1.9,C,B,A,-9V,+6V,I,R,1,100,R,2,50,K,W,K,W,解,I1I2E1R1R2,642,1A,I30,VA R3I3E2R2I2,042 1,2V,或,V,A,R,3,I,3,E,2,R,1,I,1,E,1,044,162V,如图已知：,E,1,6V,E,2,4V,R,1,4,R,2,R,3,2 。求,A,点电位,V,A,。,例题1.10,用来描述电路中各局部电压或各局部电流的关系,包括基尔霍夫电流和基尔霍夫电压两个定律。,结点：,三条或三条以上支路相联接点,支路：,电路中每一个分支,回路：,电路中一条或多条支路所组成的闭合电路,注,基尔霍夫,电流,定律应用于,结点,基尔霍夫,电压,定律应用于,回路,1.6 基尔霍夫定律,支路：ab、ad、.,共6条,回路：abda、bcdb、.共7 个,结点：a、b、.,(共4个,I,3,E,4,E,3,_,+,R,3,R,6,+,R,4,R,5,R,1,R,2,a,b,c,d,I,1,I,2,I,5,I,6,I,4,-,1.6.1 基尔霍夫电流定律,如图,I,1,I,2,I,3,或,I,1,I,2,I,3,0,即,I,0,在任一瞬时，,流向,某一结点的,电流之和,应该等于,流出,该结点,的电流之和。即在任一瞬时，一个结点上电流,的代数和恒等于,零。,解,I,1,I,2,I,3,I,4,由基尔霍夫电流定律可列出,I1I2I3I40,232I40,可得,I,4,3A,已知：如图所示，,I,1,2A，,I,2,3A，,I,3,2A，,试求,I,4,。,例题1.6,1.6.2 基尔霍夫电压定律,从回路中任意一点出发，沿顺时针方向或逆时针方向,循行一周，那么在这个方向上的电位升之和等于电位降,之和.或电压的代数和为 0。,U,1,U,4,U,2,U,3,U,1,U,2,U,3,U,4,0,即,U,0,上式可改写为 E1-E2+R1I1-R2I20,或 E1E2R2I2R1I1,即 E RI,在电阻电路中，在任一回路循行方向上，回路,中电动势的代数和等于电阻上电压降的代数和,在这里电压或电动势的参考方向与所选回路循行方向一致时取正号，反之取负号。,注,基尔霍夫电压定律的推广：可应用于回路的局部电路,U,U,A,U,B,U,AB,或,U,AB,U,A,U,B,E,U,RI,0,或,U,ERI,注,列方程时，,要先在电路图上标出电流、电压或,电动势的参考方向。,解,由,基尔霍夫电压定律,可得,1UABUBCUCDUDA=0,即 UCD2V,2UABUBCUCA0,即 UCA1V,已知：下图为一闭合电路，各支路的元件是任意,的，但知,U,AB,5V，,U,BC,4V，,U,DA,3V,试求：（1）,U,CD,：（2）,U,CA,。,例题1.7,解,应用基尔霍夫电压定律列出,E,B,R,B,I,2,U,BE,0,得,I,2,0.315mA,E,B,R,B,I,2,R,1,I,1,U,S,0,得,I,1,0.57mA,应用,基尔霍夫电流定律,列出,I,2,I,1,I,B,0,得,I,B,0.255mA,如图：,R,B,20K,，,R,1,10K,，,E,B,6V,U,S,6V，,U,BE,0.3V,试求电流,I,B,，,I,2,及,I,1,。,例题1.8,