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1、 原子核 原子核中有质子和中 子，其中质子带正电， 中子不带电。 绕原子核高速旋转 的电子带负电。 自然界物质的电结构： 电子 原子核 导体的外层电子数很少且距 离原子核较远，因此受原子核 的束缚力很弱，极易挣脱原子 核的束缚游离到空间成为自由 电子，即导体的特点就是内部 具有大量的自由电子。 原子核 半导体的外层电 子数一般为4个，其 导电性界于导体和绝 缘体之间。 原子核 绝缘体外层电子数通常为8个， 且距离原子核较近，因此受到原 子核很强的束缚力而无法挣脱， 我们把外层电子数为8个称为稳 定结构，这种结构中不存在自由 电子，因此不导电。 负载： 电源： 电路中提供电能的装置。如发电机、蓄
2、电 池等。 在电路中接收电能的设备。如电动机、电 灯等。 中间环节： 电源和负载之间不可缺少的连接、控 制和保护部件，如连接导线、开关设 备、测量设备以及各种继电保护设备 等。 电源 负 载 实体电路 中间环节 电路模型 负载 电源 开关 连接导线 S RL + U I US + _ R0 白炽灯的电 路模型可表 示为： 白炽灯的电 路模型可表 示为： 实际电路器件品种繁多，其电磁特性多元而复杂，采取 模型化处理可获得有意义的分析效果 i R R L 由于白炽灯中耗能 的因素大大于产生 磁场的因素，因此 L 可以忽略。 理想电路元件是实际电路器件的理想化和近似，其 电特性惟一、精确，可定量分析
3、和计算。 R C + US L IS 无源二端元件 有源二端元件 集总参数元件的特征集总参数元件的特征 1. 在元件中所发生的电磁过程都集中在元件内部进行， 其次要因素可以忽略的理想化电路元件。如前面提到的 无源电路元件R，只具有耗能的电特性；L只具有储存磁 场能量的电特性；C只具有储存电场能量的电特性。 2.2.对于集总参数元件，任何时刻，从元件一端流入的电 流，恒等于从元件另一端流出的电流，并且元件两端的 电压值是完全确定的。 电力系统中：电力系统中： 电子技术中：电子技术中： （1）电流 电流的国际单位制是安培【A】，较小的单位还有毫安 【mA】和微安【A】等，它们之间的换算关系为： i
4、 dQ dt = （1-1） I Q t = （1-2） 电荷有规则的定向移动形成电流。计量电流大小的物 理量称为电流强度，简称电流。定义式为： 若电流的大小、方向均不随时间变化，则表达式为： (a)(b) (c)(d) i 参考方向 实际方向 iab ab i 参考方向 实际方向 iba ba 电流的参考方向电流的参考方向 （2.1）电位 （2.1）电位 某一点的电位是指电场力将单位正电荷Q从电场中的某一点移到参考点所 做的功（W）。电位用字母V表示 V=W/Q V=W/Q dq dw u ab ab Q W U ab ab 直流情况下 高中物理学中对电压的定义：电场力把单位正电荷从电 场中
5、的一点移到另一点所做的功。表达式为： 电压的国际单位制是伏特【V】，常用的单位还有毫伏 【mV】和千伏【KV】等，它们之间的换算关系为： 从工程应用的角度来讲，电路中的电压是产生电流的根 本原因；在数值上，电压等于电路中两点电位的差值。 电阻 理论及时间都证明，导体对电流的通过有一定的 阻碍作用，称为电阻，用字母R表示 R=。 R I 为什么要在电 路图中预选标出 参考方向？ 为什么要在电 路图中预选标出 参考方向？ + US R0 R I 设参考方向下US=100V，I=5A，则说 明电源电压的实际方向与参考方向一致； 电流为负值说明其实际方向与图中所标示的参考方向相反。 UItW 日常生产
6、和生活中，电能（或电功）也常用 度作为量纲：1度度=1KWh=1KVAh （1）电能 电能的转换是在电流作功的过程中进行的。因此，电 流作功所消耗电能的多少可以用电功来量度。电功： 式中单位：U【V】；I【A】；t【s】时，电功W为焦耳【J】 1000W的电炉加热1小时； 100W的电灯照明10小时； 40W的电灯照明25小时。 UI t UIt t W P 电功率是用来表示电流做功快慢的物理量。 用电器正常工作时的电压叫额定电压，在额定电压下的 电功率叫做额定功率。 （2）电功率 电工技术中，单位时间内电流所作的功称为电功率。 电功率用“P ”表示： 国际单位制：U 【V】，I【A】，电功率
7、P用瓦特【W】 例例 如图所示为直流电路, U1=4V, U2=-8V, U3=-6V, I=4A, 求 各元件接受或发出的功率P1、 P2 和 P3, 并求整个电路的功率P。 U1 I U2 U3 P1 P2 P3 解解 P1的电压参考方向与电流参考方向相同, 故 P1=U1I=44=16W (发出16W) P2和P3的电压参考方向与电流参考方向相反, 故 P2=U2I=(-8)4=-32W (吸收32W) P3=U3I=64=24W (吸收24W) 整个电路的功率P, 设发出功率为正, 吸收功率为 负, 故 P=16-32-24=-40W 所以整个电路为吸收功率的电路 三、电动势 三、电动
8、势 电源力把单位正电荷从电源的负极移到正极所做的功称 为电源的电动势，用E表示，即 E=W E=WS S/Q 四、功率与电能 /Q 四、功率与电能 传递转换电能的速率叫电功率, 简称功率,用p 或P 表示。 iup dt dq dq dw dt dw p dq dw u dt dq i , 在直流情况下 功率的单位为瓦特, 简称瓦, 符号为W,常用的有 千瓦（kW）、兆瓦（MW）和毫瓦（mW）等。 从t0到t时间内, 电路吸收（消耗）的电能为 UIP t t pdtW 0 直流时， 有)( 0 ttPW 电能的SI主单位是焦耳, 符号为J, 在实际生活中还 采用千瓦小时（kWh）作为电能的单位
9、,简称为1度电。 JhkW 63 106.33600101 所有元件吸收的功率的总和为零。这个结论叫做“电 路的功率平衡”。 练习：练习： 有220V, 100 W灯泡一个, 其灯丝电阻是多少？每天用5h, 一个月（按30天计算）消耗的电能是多少度？ 解 解 灯泡灯丝电阻为 484 100 220 22 2 P U R R U P 一个月消耗的电能为 度151515000305100hkWhWPTW %100%100 2 2 1 2 PP P P P 提高电能效率能大幅度节约投资。据专家测算，建设 1千瓦的发电能力，平均在7000元左右；而节约1千瓦的电 力，大约平均需要投资2000元，不到建
10、设投资的1/3。通 过提高电能效率节约下来的电力还不需要增加煤等一次性 资源投入，更不会增加环境污染。 （3）效率 电气设备运行时客观上存在损耗，在工程应用中，常把 输出功率与输入功率的比例数称为效率，用“”表示： 所以，提高电能效率与加强电力建设具有相同的重要 地位，不仅有利于缓解电力紧张局面，还能促进资源节约 型社会的建立。 电气设备的额定值是根据设计、材料及制造工艺等 因素，由制造厂家给出的技术数据。 （a）开路）开路 U=US I0 S US RS RL U=USIRS U=0 IUS/RS IUS(RSRL) （b）通路）通路 S US RS RL S US RS RL （c）短路）
11、短路 i u R 1. 电阻元件 R 0 u i 因此，电阻元件称为即时元件。即时 Ri R u uiP 2 2 元件上的电压、电流关系遵循欧姆定律。电阻元件通过电 流就要发热，消耗的能量为： 2. 电感元件 L 0 i dt di Lu L 显然，只有电感元件上的电流 2 2 1 LiWL 0 q q u dt du Ci C 电容元件的工作方式就是充放电。 2 C 2 1 CuW C 4. 电源元件 任何电源都可以用两种电源 模型来表示，输出电压比较稳 定的，如发电机、干电池、蓄 电池等通常用电压源模型(理想 电压源和一个电阻元件相串联 的形式)表示； 柴油机组柴油机组 汽油机组汽油机组
12、蓄电池蓄电池 输出电流较稳定的：如光电池或 晶体管的输出端等通常用电流源模型 (理想电流源和一个内阻相并联的形 式)表示。 US + _ R0 IS R0 理想电压源的外特性 0 U I 电压源模型的外特性 0 U I S US R0U RL U 电压源模型 输出端电压 I 理想电压源内阻为零，因此输出电压 恒定； 实际电压源总是存在内阻的，因此 当负载电流增大时，内阻上必定增加消耗 ，从而造成输出电压随负载电流的增大而 减小。即实际电压源的外特性应是一条稍 微向下倾斜的直线，如右图所示。 理想电流源的内阻 R0I(相当于开路)，因此内部不 能分流，输出的电流值恒定。 理想电流源的外特性 0
13、I I U 电流源模型的外特性 0 I I U U + _ RL R0I IS I 电流源模型 实际电流源的内阻总是有限值，因此当负载增大时， 内阻上分配的电流必定增加，从而造成输出电流随负载的 增大而减小。即实际电流源的外特性也是一条稍微向下倾 斜的直线。 Us = Is R0 内阻改并联 Is = Us R0 两种电源模型之间等效变换时，电压源的数和电流 源的数值遵循欧姆定律的数值关系，但变换过程中内 阻不变 内 阻不变。 b I I R0 Uab + _ US+ _ a IS R0 US b I I R0 Uab + _ a 内阻改串联 21 21 21 111 1 PPP III RR
14、R R n 21 21 21 PPP UUU RRR R U I R2R1U I I1 I2 R1 R2 I U U1 U2 串联各电阻中通 过的电流相同。 并联各电阻两端 的电压相同。 1、电阻的串联与并联 R1 R2R3 R4 R5 R6 a b 由a、b端向里看， R2和R3，R4和R5 均连接在相同的两点之间，因此是 并联关系，把这4个电阻两两并联 后，电路中除了a、b两点不再有结 点，所以它们的等效电阻与R1和R6 相串联。 电阻混联电路的等效电阻计算，关键在于正确找 出电路的连接点，然后分别把两两结点之间的电阻进 行串、并联简化计算，最后将简化的等效电阻相串即 可求出。 m=3 a
15、 b l=3 n=2 1 1 2 3 3 2 网孔网孔=2 + _ R1 US1 + _ US2 R2 R3 例例 支路：共 ？条 回路：共 ？个 节点：共 ？个 网孔：？个 I3 I1I2 I5 I6 I4 R3 US4 US3_ + R6 + R4 R5 R1 R2 _ 3、基尔霍夫电流定律（KCL） （直流电路的电流） （任意波形的电流） 0 0 I i I1 I2 I3 I4 a 求左图示电路中电流i1、i2。 i1 i4 i2 i3 整理为： i1+ i3= i2+ i4 0)(ti根据 出入 的另一种形式：可得ii KCL 可列出KCL：i1 i2+i3 i4= 0 i1i2+10 +(12)=0 i2=1A 4+7+i1= 0 i1= 3A 7A 4A i1 10A - -12A i2 I=? I1 I2 I3 I U2 + _ U1 + _ R U3 + _ R R R 广义节点 广义节点 I1 + US1 R1 I4 US4 R4 I3 R3 R2I2 _ U3 U1 U2 U4 R1I1US1+R2I2+
