电工学(第七版)上册秦曾煌第1章-电路的基本概念与基本定律

下一页章目录返回上一页退出第1章电路的基本概念与基本定律1.1电路的作用与组成部分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下一页章目录返回上一页退出本章要求:1.理解电压与电流参考方向的意义;2.理解电路的基本定律并能正确应用;3.了解电路的有载工作、开路与短路状态，理解电功率和额定值的意义;4.会计算电路中各点的电位。第1章电路的基本概念与基本定律下一页章目录返回上一页退出1.1电路的作用与组成部分(1)实现电能的传输、分配与转换(2)实现信号的传递与处理1.电路的作用电路是电流的通路，是为了某种需要由电工设备或电路元件按一定方式组合而成。发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线放大器扬声器话筒放大器扬声器话筒下一页章目录返回上一页退出发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线2.电路的组成部分中间环节：传递、分配和控制电能的作用电源:提供电能的装置负载:取用电能的装置下一页章目录返回上一页退出放大器扬声器话筒放大器扬声器话筒直流电源直流电源:提供能源负载信号源:提供信息2.电路的组成部分电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。信号处理：放大、调谐、检波等下一页章目录返回上一页退出1.2电路模型R消耗电能(电阻性)产生磁场储存磁场能量(电感性)忽略LR例：白炽灯通过电流理想电路元件：电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。L电阻元件电感元件电容元件在实际分析中，可将实际电路理想化，即在一定条件下突出主要的电磁性质,忽略起次要因素的影响,由一些理想元件组成电路模型。下一页章目录返回上一页退出手电筒的电路模型干电池导线灯泡例：电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。电路分析是在已知电路结构和参数的条件下，讨论激励与响应的关系。今后分析的都是指电路模型，简称电路。电池开关导线灯泡电池开关导线灯泡+R0R开关EI+U+R0R开关EI+U手电筒电路下一页章目录返回上一页退出电路中的物理量电池灯泡电流电压电动势EIRU+_电源负载1.3电压和电流的参考方向下一页章目录返回上一页退出电路中物理量的正方向物理量的正方向：实际正方向假设正方向实际正方向：物理中对电量规定的方向。假设正方向（参考正方向）：在分析计算时，对电量人为规定的方向。下一页章目录返回上一页退出物理量的实际正方向物理量单位实际正方向电流IA、kA、mA、μA正电荷移动的方向电动势EV、kV、mV、μV电源驱动正电荷的方向(低电位-高电位)电压UV、kV、mV、μV电位降落的方向(高电位-低电位)下一页章目录返回上一页退出物理量正方向的表示方法电池灯泡Uab_+正负号abUab（高电位在前，低电位在后）双下标箭头Uabab电压+-IR电流：从高电位指向低电位。IRUabE+_abU+_下一页章目录返回上一页退出物理量正方向的表示方法IRUab+_abU+_电压的正方向箭头和正负号是等价的,只用其中之一.IRUababU下一页章目录返回上一页退出电路分析中的假设正方向（参考方向）问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量的实际方向，电路如何求解？电流方向AB？电流方向BA？U1ABRU2IR下一页章目录返回上一页退出(1)在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；解决方法(3)根据计算结果确定实际方向：若计算结果为正值，则实际方向与假设方向一致；若计算结果为负值，则实际方向与假设方向相反。(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；下一页章目录返回上一页退出I=0.28AI=–0.28A电动势为E=3V方向由负极指向正极；U+U´+例:电路如图所示。电流I的参考方向与实际方向相同，I=0.28A,由流向,反之亦然。电压U´的参考方向与实际方向相反,U´=–2.8V;即:U=–U´电压U的参考方向与实际方向相同,U=2.8V,方向由指向；2.8V–2.8V+R0E3V+R0E3VR0E3V下一页章目录返回上一页退出1.4欧姆定律U、I参考方向相同时U、I参考方向相反时表达式中有两套正负号：(1)式前的正负号由U、I参考方向的关系确定。(2)U、I值本身的正负则说明实际方向与参考方向之间的关系。通常取U、I参考方向相同。U=IRU=–IRRU+–IRU+–IRU+–IRU+–I下一页章目录返回上一页退出解:对图(a)有,U=IR例:应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。对图(b)有,U=–IRΩ326:IUR所以Ω326:IUR所以电流的参考方向与实际方向相反电压与电流参考方向相反RU6V+–2AR+–U6VI(a)(b)I–2ARU6V+–2AR+–U6VI(a)(b)I–2A下一页章目录返回上一页退出电路端电压与电流的关系称为伏安特性。遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段电路电压与电流的比值为常数。线性电阻的概念：常数即：IUR线性电阻的伏安特性是一条过原点的直线。I/AU/Vo线性电阻的伏安特性I/AU/Vo线性电阻的伏安特性下一页章目录返回上一页退出14(4)为了避免列方程时出错，习惯上把I与U的方向按相同方向假设。(1)方程式U/I=R仅适用于假设正方向一致的情况。(2)“实际方向”是物理中规定的，而“假设正方向”则是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。(3)在以后的解题过程中，注意一定要先假定“正方向”(即在图中表明物理量的参考方向)，然后再列方程计算。缺少“参考方向”的物理量是无意义的.提示下一页章目录返回上一页退出注意：1.用欧姆定律列方程时，一定要在图中标明正方向。2.为避免欧姆定律中的负号在解题时漏掉,我们一般将电压与电流的参考方向选取相同,称为关联选取.下一页章目录返回上一页退出功率性质（功率方向）的判别？功率性质（功率方向）的判别？问题的引出：1.由于电源有时会以反电动势形式出现2.判定某二端网络功率的性质的需要如何判别？功率性质功率性质::若某电路元件或二端网络,它向外电路提供电能，称为发发出功率出功率或称电源性质电源性质；若某电路元件或二端网络,它从外电路吸收电能，称吸收吸收功率功率或称负载性质负载性质；若某电路元件或二端网络,即不吸收又不发出电能，称零零功率功率。下一页章目录返回上一页退出规定正方向的情况下电功率的写法功率的概念：设电路任意两点间的电压为U,流入此部分电路的电流为I，则这部分电路消耗的功率为:IUP如果UI方向不一致写法如何？电压电流正方向一致aIRUb下一页章目录返回上一页退出规定正方向的情况下电功率的写法aIRUb电压电流正方向相反P=–UI功率有正负？下一页章目录返回上一页退出吸收功率或消耗功率（起负载作用）若P0输出功率（起电源作用）若P0电阻消耗功率肯定为正电源的功率可能为正（吸收功率），也可能为负（输出功率）功率有正负下一页章目录返回上一页退出电源的功率IUab+-P=UIP=–UIIUab+-电压电流正方向不一致电压电流正方向一致下一页章目录返回上一页退出含源网络的功率IU+-含源网络P=UI电压电流正方向一致P=–UI电压电流正方向不一致IU+-含源网络下一页章目录返回上一页退出IR0ER+–IIR0ER+–1.5电源有载工作、开路与短路开关闭合,接通电源与负载负载端电压U=IR1.电压电流关系1.5.1电源有载工作(1)电流的大小由负载决定(2)在电源有内阻时，IU。或U=E–IR0当R0R时，则UE，表明当负载变化时，电源的端电压变化不大，即带负载能力强。电源的外特性EUIo电源的外特性EUIoEEUIo下一页章目录返回上一页退出负载端电压U=IR1.5.1电源有载工作或U=E–IRoUI=EI–I2RoP=PE–P负载取用功率电源产生功率内阻消耗功率电源输出的功率由负载决定。负载大小的概念:负载增加指负载取用的电流和功率增加(电压一定)。1.电压电流关系2.功率与功率平衡R0ER+–IR0ER+–R0ER+–II下一页章目录返回上一页退出例:已知:电路中U=220V，I=5A，内阻R01=R02=0.6。求:(1)电源的电动势E1和负载的反电动势E2；(2)说明功率的平衡关系。解：(1)对于电源U=E1U1=E1IR01即E1=U+IR01=220+50.6=223VU=E2+U2=E2+IR02即E2=UIR01=22050.6=217V(2)功率的平衡关系E1=E2+IR01+IR02等号两边同时乘以I,则得E1I=E2I+I2R01+I2R02代入数据有2235=2175+520.6+5+520.61115W=1085W+15W+15WR01E1UI+–+–R02E2+–下一页章目录返回上一页退出电气设备的额定值额定值:电气设备在正常运行时的规定使用值1.额定值反映电气设备的使用安全性；2.额定值表示电气设备的使用能力。注意：电气设备工作时的实际值不一定都等于其额定值，要能够加以区别。电气设备的三种运行状态欠载(轻载)：IIN，PPN(不经济)过载(超载)：IIN，PPN(设备易损坏)额定工作状态：I=IN，P=PN(经济合理安全可靠)下一页章目录返回上一页退出在220V电压下工作时的电阻0680.273220IUR一个月用电W=Pt=60W(330)h=0.06kW90h=5.4kW.h例：一只220V,60W的白炽灯,接在220V的电源上，试求通过电灯的电流和电灯在220V电压下工作时的电阻。如果每晚工作3h(小时)，问一个月消耗多少电能?A0.273A22060UPI解:通过电灯的电流为下一页章目录返回上一页退出IRRoEIRRoE特征:开关断开I=0电源端电压负载功率U=U0=EP=0电源外部端子被短接特征:电源端电压负载功率电源产生的能量全被内阻消耗掉短路电流(很大)U=0PE=P=I²R0P=01.5.3电源短路1.5.2电源开路为防止事故发生，需在电路中接入熔断器或自动断路器，用以保护电路。IR0ER+–IIR0ER+–下一页章目录返回上一页退出E2R2R1E1abR3E2R2R1E1abR31.6基尔霍夫定律123支路：电路中的每一个分支。一条支路流过一个电流，称为支路电流。结点：三条或三条以上支路的联接点。回路：由支路组成的闭合路径。网孔：内部不含支路的回路。I1I2I3下一页章目录返回上一页退出例1：支路：ab、bc、ca、…（共6条）回路：abda、abca、adbca…（共7个）结点：a、b、c、d(共4个）网孔：abd、abc、bcd（共3个）adbcE–+GR3R4R2I2I4IGI1I3IR1adbcE–+GR3R4R2I2I4IGI1I3IR1下一页章目录返回上一页退出1.6.1基尔霍夫电流定律(KCL定律)1.定律即:Ｉ入=Ｉ出在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结点的电流。实质:电流连续性的体现。或:Ｉ=0对结点a：I1+I2=I3或I1+I2–I3=0基尔霍夫电流定律（KCL）反映了电路中任一结点处各支路电流间相互制约的关系。baE2R2R3R1E1I1I2I3baE2R2R3R1E1I1I2I3下一页章目录返回上一页退出电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面。2.推广I=?例:I=0IA+IB+IC=0IAIBIABIBCICAACBICIAIBIABIBCICAACBIC2+_+_I51156V12V2+_+_I51156V12V广义结点下一页章目录返回上一页退出在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。1.6.2基尔霍夫电压定律（KVL定律)1.定律即：U=0在任一瞬间,从回路中任一点出发,沿回路循行一周，