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1第二节电路的状态和电气设备的额定值第一节电路及其主要物理量第三节基尔霍夫定律第四节理想电路元件及实际电源的两种电路模型一、电路的概念二、电路的主要物理量4第一节、电路及其主要物理量一、电路的概念（一）定义组成——一个完整的电路,由电源、负载、中间环节(开关或导线）按一定方式组成。电路——电流通过的路径。电池金属连片电珠开关弹簧s123例：手电筒5第一节、电路及其主要物理量负载中间环节电源R+–电池开关电珠手电筒的电路原理图电池：提供电能的器件，称为电源。电珠：用电器件，称为负载。金属连片：相当于导线，和开关一起连接电源和负载，起传输和控制作用，称为中间环节。6第一节、电路及其主要物理量1.为实现能量传输和转换的电路（二）分类交流电的传输与转换升压变压器输电线降压变压器电灯电动机电炉...用户发电机电源7第一节、电路及其主要物理量8第一节、电路及其主要物理量2.为实现信号传递与转换的电路发射设备输入变换器信道送话器扬声器干扰通信系统原理框图发信源收信者输出变换器发射设备9第一节、电路及其主要物理量扩音机电路示意图话筒扬声器话筒放大器信号源负载10第一节、电路及其主要物理量（三）电路模型理想电路元件——为了简化分析和计算,在一定条件下，突出实际电路元件的主要电磁性质，把实际电路元件近似地看作理想电路元件。理想电路元件主要有：电阻、电感、电容和电源元件等。实际电路模型化——用1个或几个理想电路元件的组合来代替实际电路中的具体元件。电路模型——由理想电路元件构成的电路，简称电路。今后在电路分析中讨论的电路均为电路模型。11第一节、电路及其主要物理量电气元器件的理想模型符号RCLE电阻电容电感电源实际电气元器件12第一节、电路及其主要物理量理想电压源：电池US。理想电阻元件：负载电阻RL和电源内电阻RO。手电筒的电路模型RL+–SUsRO电源负载s12313第一节、电路及其主要物理量二、电路的主要物理量(一)电流1.定义电流——带电粒子的定向运动。电流强度——度量电流强弱的物理量。其数值＝单位时间内通过导体某一横截面的电荷量。2.公式dtdqi工程上简称电流直流——当dq/dt=常数时，称恒定电流。单位时间通过电荷量14第一节、电路及其主要物理量（1）电流的实际方向：规定正电荷运动的方向为电流的方向。千安(kA)、安培(A)、毫安(mA)、微安(μA)3.单位4.方向1A=1C(库仑)/s(秒)1mA=10-3A1μA=10-3mA1mA=10-6kA15第一节、电路及其主要物理量（2）电流的参考方向:因为有些电路中很难直接判定电流方向（如下图b中电阻R中的电流方向）；另外交流电路中，电流是随时间变化的。所以需引入参考方向。I2I1R1R4R3US+-R2(a)(b)R1I2R4R3US+-R2I1RAB?16第一节、电路及其主要物理量①电流的参考方向（也称正方向）是假设的方向，参考方向可以任意选定。②实际方向与参考方向一致，电流值为正值实际方向与参考方向相反，电流值为负值。③在分析电路时：先假定参考方向→据此进行计算→再从结果的正负值确定实际方向。④今后，电路图上标的电流方向均为参考方向。（3）注意IRRI参考方向实际方向实际方向参考方向(a)I＞0(b)I＜017第一节、电路及其主要物理量5.表示方法Iab双下标箭标IIU+_两种abRUS+_aRb18第一节、电路及其主要物理量(二)电压和电动势1.定义：负载++A电源电压——度量电场力做功的物理量。B__+UAB_导线正电荷在电场力作用下的运动极板19第一节、电路及其主要物理量（1）电压的方向（实际方向）：习惯上规定从高电位点指向低电位点，即电压降的方向。千伏(kV)、伏特(V)、毫伏(mV)、微伏(μV)。3.单位4.方向2.公式A、B两点间电压＝单位正电荷在电场力的作用下，由A点经外电路到B点电场力所做的功。UAB＝A/Q20第一节、电路及其主要物理量（2）参考方向：②实际方向与参考方向一致，电压值为正值实际方向与参考方向相反，电压值为负值。①电压参考方向是假设的方向，可以任意选定。为了方便，常和电流取一致的参考方向，称为关联参考方向。URRU参考方向实际方向参考方向(a)U＞0(b)U＜0+_(-)(+)实际方向(+)(-)+_在参考方向选定后，电压值才有正负之分21第一节、电路及其主要物理量U+–+–UII图（a）中，U与I参考方向一致，则U＝RI。图（b）中，U与I参考方向不一致，则U＝-RI。ABR(a)ABR(b)③表示方法3种：箭头→；双下标UAB；极性“＋”、“－”。本书采用用极性表示法。22第一节、电路及其主要物理量（三）电位电位——实际上就是电路中某点至参考点之间的电压，通常设参考点的电位为零。1.电位的概念电位——度量电路中各点所具有的电位能大小的物理量。电位＝电场力将单位正电荷从该点移到参考点所做的功。电路中任意两点之间的电压等于这两点之间的电位之差。UAB=VA－VB23第一节、电路及其主要物理量2.电位的计算（1）计算步骤:①任选电路中某一点为参考点（常选大地为参考点)，设其电位为零。②标出各电流参考方向并计算。③计算各点至参考点间的电压，即为各点的电位。某点电位为正，说明该点电位比参考点高。某点电位为负，说明该点电位比参考点低。24第一节、电路及其主要物理量OO图a：选择O点作参考点，则VO＝0，UAB＝VA－VB＝2V图b：选择B点作参考点，则VB＝0，UAB＝VA－VB＝2V图c：选择A点作参考点，则VA＝0，UAB＝VA－VB＝2VO2V1kΩ1kΩBA(b)+–2V1kΩ1kΩBA(c)+–(a)2V1kΩ1kΩBA+–25第一节、电路及其主要物理量由以上计算可以看出：参考点不同，各点的电位也不同，但任意两点间的电位差不变。所以，分析电路时，常用电位来讨论问题。在电路中，往往不再把电源画出，改用电位标出。Us1Us2Us3VAAR1R2Us1Us3R3R4Us2+-+-+-+UAO-R1R4R3AR226第一节、电路及其主要物理量解：图(a)按一般画法如(b)图。I=(VA-VC)/(R1+R2)=0.1mA电阻R1上的电压降为：【例1-1-1】求图a电路中B点的电位VB。(a)R1＝100ΩR2＝50ΩA9VC-6VVBIBOR2＝50ΩAR1＝100Ω+–+–B-6V9V(b)VB＝R1I＝10V27第一节、电路及其主要物理量解：B点电位：VB＝VA－R1I＝－1V(a)R1＝100ΩR2＝50ΩA9VC-6VVBIBOR2＝50ΩAR1＝100Ω+–+–B-6V9V(b)电阻R1上的电压降为：VB＝R1I＝10V计算表明，当选取电位参考点后，电路中的各点都有确定的电位，与计算路径无关。28++AB__负载电源导线第一节、电路及其主要物理量（四）电动势电源力——为维持导线中的电流，保持电源两极间一定的电压，需借助外力使移动到负极的正电荷经过另一路径回到正极板，这种克服电场力作功的外力称为电源力。电动势——是电源力将单位正电荷从电源负极移到电源正极所做的功。1.定义EBA移动到B极的正电荷借助外力回到A极板29第一节、电路及其主要物理量电动势的实际作用方向——从低电位端指向高电位端，是电位升的方向。电动势数值＝单位正电荷增加的位能。3.方向参考方向——用箭头、双下标或极性“＋”、“－”表示。4.数值即：EBA＝VA－VB2.单位千伏(kV)、伏特(V)、毫伏(mV)、微伏(μV)。30第一节、电路及其主要物理量（五）电能和电功率1.定义：P＝A/t＝UI（1）在时间t内电荷受电场力作用从A点经负载移到B点，电场力所作功，即t时间内所消耗（或吸收）的电能。（2）单位时间内消耗的电能称电功率。A＝UQ＝UIt（3）在时间t内电荷电源力将单位正电荷从电源负极经电源内部移到电源正极所做的功。AE＝EQ＝EIt（4）电源力产生或（发出的）电功率。PE＝EI31第一节、电路及其主要物理量电源产生的功率＝负载、导线及电源内阻消耗的功率。2.能量守恒P＝PEU＝EUI=EI–I²RoP=PE–P负载取用功率电源产生功率内阻消耗功率3.单位：千瓦(kW)、瓦(W)、毫瓦(mW)。32第二节、电路的状态和电气设备的额定值4.电路元件的功率性质：负载性质：当P＝UI为正值，表明UI实际方向相同，是负载性质，消耗功率。电源性质：当P＝UI为负值，表明UI实际方向相反，是电源性质，输出功率。电源与负载的判别电源：U、I实际方向相反，电流从“+”端流出。（发出功率）负载：U、I实际方向相同，电流从“-”端流出。（吸收功率）33第一节、电路及其主要物理量求：（1）此有源支路的电动势；（2）此有源支路在电路中属于电源性质还是属于负载性质；（3）写出功率平衡关系式。解:（1）因为U＝E－R0I＝（230＋0.6×5）V＝233V【例1-1-2】支路电阻R0＝0.6Ω，测得有源支路的端电压为230V，电路中的电流I＝5A，并有关系U＝E－R0I。R0E(a)+–U+–所以E＝U＋R0I34第一节、电路及其主要物理量（2）因为此有源支路的电动势E大于外电压U所以电流I的实际方向如图(b)所示，即I与U的实际方向相反，在电路中属于电源性质，向外提供电能。（3）此支路电动势发出的功率为：PE＝EI＝233×5W＝1165W此支路向外电路发出的功率为：P＝UI＝230×5W＝1150W此支路内阻上消耗的功率为：∆P＝I2R0＝52×0.6W＝15W功率平衡关系式为:PE＝P＋∆PIR0E+–U+–(b)计算表明，此有源支路中电动势发出的功率有15W消耗在内阻上，1150W输给外电路。35第一节、电路及其主要物理量电路基本物理量的实际方向物理量实际方向电流I正电荷运动的方向电动势E(电位升高的方向)电压U(电位降低的方向)高电位低电位单位kA、A、mA、μA低电位高电位kV、V、mV、μVkV、V、mV、μV归纳一、电路的状态二、电气设备的额定值37第二节、电路的状态和电气设备的额定值一、电路的状态3种状态：用U1表示电源的端电压UAB用U2表示负载的端电压UCD空载状态短路状态负载状态负载电源R+–SR0ACEBDU2+–U1+–38第二节、电路的状态和电气设备的额定值(一)空载状态1.原因开关断开或连接导线折断。2.特征（1）电流I＝0（2）电源的端电压＝电源的电动势（3）电源的输出功率P1和负载所吸收的功率P2均为0，电源对外不输出电流。U1=UOC+–IR+–R0ACEBDU2+–又称断路或开关状态。U1＝E-R0I=E空载电压或开路电压P1＝U1I=0P2＝U2I=039第二节、电路的状态和电气设备的额定值(二)短路状态1.原因当电源两端输出端钮A、B由于导线绝缘损坏、操作不慎等原因相接触时，电源被短路。2.特征（1）电源中的电流最大，外电路输出电流为0（2）电源和负载的端电压均为0ISCR0R+-EU1+-U2BD-AC+IISC＝E/R0U1＝E－R0ISC=0短路电流40第二节、电路的状态和电气设备的额定值（3）电源的对外输出功率P1和负载所吸收的功率P2均为0，电源电动势所发出的功率全部耗在内阻上。电源温度迅速上升，可能焼毁电源和电气、造成机械上的损坏，是严重事故，必须力求避免。实际电路中必须有短路保护装置。ISCR0R+-EU1+-U2BD-AC+IPE＝EISC＝E2/R0=ISCR041第二节、电路的状态和电气设备的额定值求电源的电动势E和内阻R0解：设电压U、电流I的参考方向如图当开关S断开时：U＝E－R0I＝E此时电源的电动势：E＝6V当开关S闭合时：I＝U/R＝5.8/10A＝0.58A内阻R0＝(E－U)/I=(6－5.8)/0.58Ω=0.345Ω【例1-2-1】若开关S打开时电压表的读数为6V，开关闭合时电压表的读数为5.8V，负载电阻R＝10Ω。R0R+-EU+-SVI42第二节、电路的状态和电气设备的额定值(三)负载状态一般的有载工作状态。特征（1）电路中的电流为（2）电源的端电压为：U1＝E－R0I（3）电源