《电路应用基础 教学课件 PPT 作者 王雪瑜 第1章 电路的基本概念与定律》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电路应用基础 教学课件 PPT 作者 王雪瑜 第1章 电路的基本概念与定律（60页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,第1章 电路的基本概念与定律,理解什么是电路、电路的功能，理解实际电路、电路模型的基本概念。掌握电路中的基本物理量的概念及其意义。 掌握电流、电压参考方向及电流与电压“关联方向”的意义和应用；掌握电功率的基本概念；会判断元件是吸收还是发出了功率；会计算元件吸收或发出的功率。 了解线性电阻元件、线性电感元件、线性电容元件的定义；掌握它们的伏安关系方程，会计算它们吸收或发出的功率。 掌握理想电源和受控源的定义和性质。 掌握KCL和KVL的物理意义和数学表达式。,2,1.1 电路和电路模型 1.2 电路的基本物理量 1.3 独立电源 1.4 受控源 1.5 基尔霍夫定律 1.6 电路中的电位分析
2、,本章目录,3,1.1 电路和电路模型,1.1.1 电路,电流流通的路径称为电路,电路一般都是由电源、负载、中间环节等三个部分按照一定方式连接起来的电流路径,2.电路的结构:,1.电路的定义：,4,电源是电路中提供电能的或将其他形式的能量转化为电能的装置。常见的电源有干电池、蓄电池、交流发电机等。 含有交流电源的电路叫交流电路，含有直流电源的电路叫直流电路,5,负载是各种用电设备的总称，它将电能或电信号转化为需要的其他形式的能量或信号。例如电灯能将电能转变为光能，电动机能将电能转变为机械能，电视机能将电磁波信号转变为视听信号等。,6,中间环节连接电源和负载的部分统称，它起传输和分配电能的作用。
3、中间环节包括导线和电器控制元件等。导线是连接电源、负载和其他电器元件的金属连接线，常用的有铜导线、铝导线等。电器控制元件是对电路进行控制的电器元件，如空气开关、熔断器等。,7,实际应用中电路实现的功能是多种多样的，但总的来说可概括为两个方面： 一是进行电能的传输、分配与转换，如电力系统中的输电电路。其中，发电机是电源，家用电器和工业用电器等是负载，而变压器和输电线则是中间环节。,8,二是信号的传递与处理，如收音机、电视机电路，扩音机电路中，话筒是输出信号的设备，称为信号源，相当于电源，但与上述的发电机、电池等电源不同，信号源输出的电压或电流信号是取决于其所加信息的。扬声器是负载，放大器等则是中
4、间环节。,9,采用前图电路示意图进行电路的定量分析和计算是不方便的，所以通常采用一些简单的理想元件来代替实际部件。这样一个实际电路就可以由若干个理想元件的组合来模拟，这样的电路称为实际电路的电路模型。 电路模型是实际电路的理想化、近似化，是一种科学抽象，这样便于我们充分运行数学方法来对电路进行分析计算，所以说电路模型并不是电路原物。建立电路的数学模型可以大大简化电路的分析过程，同时需要注意的是电路模型反映了电路的主要性能而忽略了其次要性能。,1.1.2 电路模型,10,将实际电路中各个部件用其模型符号来表示，这样画出的图称为实际电路的电路模型图，也称做电路原理图，图为手电筒电路及其电路模型图。
5、,11,电路图常用的元件符号,12,负载电阻,1.有载工作状态,电源电动势,电路电流:,电源端电压:,电路功率:,电源外特性:,功率平衡,电源内阻,1.1.3、 电源的有载工作、开路与短路,13,2.电源开路,I = 0,U=U0=E,P = 0,3.电源短路,U = 0,（空载）,外电路被短路（ RL =0）,电源短路容易烧坏电源，因此电源使用中通常接入熔断器,P=0（输出功率） PE =I2 R0 （电源消耗的功率）,14,1.2.1 电流,1. 2 电路的基本物理量,金属导体中的自由电子是运动的，并且是无序的运动，当存在外电场时，金属导体中的自由电子在电场力作用下定向移动，这就形成了电流
6、。因此电荷的定向移动形成了电流。,15,产生电流必须具备两个条件：,第一，导体内要有作定向移动的自由电荷，这是形成电流的内因； 第二，要有使自由电荷作定向移动的电场，这是形成电流的外因。,16,电流表示一种物理现象，同时电流还是一个表示带电粒子定向运动能力强弱的物理量。,实验结果证明：单位时间内通过导体横截面的电荷越多，流过导体的电流越强；反之，电流就越弱。其数值等于单位时间内通过导体截面的电荷量：,电流的大小,17,按照随时间变化的情况，电流可以分为两大类： 一类是直流电流，即电流的方向不随时间变化，记作DC，用I表示； 另一类是交流电流，其电流方向随时间变化，记作AC，用 表示。,电流的类
7、型,18,在国际单位制中，电流的基本单位是安培，简称安，符号为A。 常用的电流单位还有千安(kA)、毫安(mA)、微安(uA)等，它们之间的换算关系如下： 1千安（kA）1000安(A) 1000毫安(mA)1安(A) 1000微安(uA)1毫安(mA),电流的单位,19,电流不但有大小，而且还有方向。规定正电荷定向运动的方向为电流的方向。 一段电路中电流的方向是客观存在的，是确定的，但在具体分析电路时，有时很难判断出电流的实际方向。为此引入电流参考方向的概念。,电流的方向,20,在分析电路前，可以任意假设一个电流的参考方向，如图中I的方向； 参考方向一经选定，电流就成为一个代数量，有正、负之
8、分。 若计算电流结果为正值，表明电流的设定参考方向与实际方向相同，如前图所示； 若计算流结果为负值，表明电流的设定参考方向与实际方向相反。,具体分析步骤,在未设定参考方向的情况下，电流的正负值是毫无意义的。 电流的参考方向除了可以用箭头表示，还可以用双下标表示。如Iab表示电流的参考方向由a指向b，而Iba表示电流的参考方向由b指向a。,21,例：请说明电流的实际方向。,解： 电流参考方向为由a到b，I=2A0，为正值，说明电流的实际方向和参考方向相同，即从a到b； 电流参考方向为由a到b，I=-2A0，为正值，说明电流的实际方向和参考方向相同，即从b到a； 电流参考方向为由b到a，I=-2A
9、0，为负值，说明电流的实际方向和参考方向相反，即从a到b。,22,1.2.2 电位,电场力把单位正电荷从电场中的某一点沿任意路径移动到无穷远处（此处的电场强度为零），电场力所做的功称为此点的电位。电位的单位是伏特，简称伏（V）。电位的文字符号由字母V（或）带单下标表示，如Va，即表示a点的电位。,电路中任意两点（如A和B两点）之间的电位差与这两点电位的关系为 UAB = VA VB 电位具有相对性，即电路中某点的电位值随参考点位置的改变而改变；而电位差具有绝对性，即任意两点之间的电位差值与电路中参考点的位置选取无关。,23,金属导体中的自由电子的运动是杂乱无章的，没有外部电场的作用是无法形成电
10、流的。当存在外电场时，电场力将迫使自由电子定向移动形成电流，此时，电场力要对电荷做功。,1.2.3 电压,24,图中，A，B是两个电极，A带正电，B带负电，这样在A和B之间产生电场，方向由A指向B。如果用导线将A和B两极通过灯泡连接起来，灯泡就会发光，这说明灯丝中有电流通过。原来，电场力移动电荷从A经过导线流向B形成了电流，对电荷作了功。,25,为了衡量电场力对电荷做功的能力，引入了电压这个物理量。 电场力将单位正电荷从A点移到B点所作的功，叫做电压，记作：,W： 电场力由A点移动电荷到B点所做的功，单位焦耳（J）； Q： 由A点移到B点的电荷量，单位库仑（C）；,：A，B两点间的电压。,26
11、,在国际单位制中，电压的单位是伏特，简称伏，符号为V。,如果将1库仑（C）正电荷从A点移到B点，电场力所做的功为1焦耳（J），则A和B两点这间的电压为1伏（V）。,常用的电压单位还有千伏（kV）、毫伏（mV）、微伏（uV），它们之间的换算关系如下：,27,电压不但有大小，而且是有方向的。电压总是对电路中的两点而言的，如果正电荷从a点移动到b点是释放能量，则a点为高电位，b点为低电位。规定电压的实际方向是由高电位指向低电位的方向。电压方向可以用箭头来表示，也可以用双下标表示，双下标中前一个字母代表正电荷运动的起点，后一个字母代表正电荷运动的终点，电压的方向则由起点指向终点。还可以用“+”、“-”
12、符号来表示电压的方向。,28,电压方向的三种表示,29,例，请说明电压的实际方向。,解： (1) 因U=4V0，为正值，说明电压的实际方向和参考方向相同，即电压的方向从a到b； (2) 因U=-4V0，为负值，说明电压的实际方向和参考方向相反，即电压的方向从b到a； (3) 因U=4V0，为正值，说明电压的实际方向和参考方向相同，即电压的方向从b到a； (4) 因U=-4V0，为负值，说明电压的实际方向和参考方向相反，即电压的方向从a到b。,30,在电源内部，非电场力使电荷在电源的正负两极间作定向运动，非电场力移动电荷要克服正负两极间电场力做功，同时将其它形式的能转化为电能。在移动的电量不变时
13、，非电场力做功越多，电源把其它形式的能转化成为电能的本领就越大。,1.2.4 电动势,31,图示电路中，正电荷由电位高点A点即电源的正极经外电路到低电位点B点即电源的负极，电流流经灯泡使其发光，正负电荷不断中和，为保证能够产生持续的电流，作为电源的干电池需要把正电荷从电源的负极源源不断地移到电源的正极。,32,这就类似于图示的简易自来水传送示意图，自来水从地势高即水压高的蓄水池中流到地势低的用户的家中，为保证供水，需要采用水泵将水从井中抽到蓄水池中，这里水泵的作用就类似电源的作用。,33,为了衡量电源移动正电荷的本领，引入了电动势这个物理量。电动势是电源力将单位正电荷从电源的负极移到正极所做的
14、功，用符号E表示：,E为电源电动势，单位为V，W为非电场力移动正电荷作的功，单位是J，q为非电场力移动的电荷量，单位为C。,34,电源的电动势不仅有大小而且有方向，电动势在数值上等于电源两极间的电位差，方向规定为电源力推动正电荷运动的方向，即电位升高的方向，从电源的负极指向正极，如图标注的E的方向。,35,电源电动势的大小只取决于电源本身的性质，对于同一电源，它移动单位正电荷所做的功是一定的，但对于不同的电源，电源把单位正电荷从负极搬运到电源正极所做的功就不同，这也就是说同一电源其电动势是固定的，不同电源其电动势则不一定相等。,注意,36,电动势与电压的区别,电动势和电压的单位都是伏特，都是反
15、映的电位差，也都有方向，但两者还是有区别的。,电动势与电压具有不同的物理意义。电动势是衡量电源把其它形式的能转化成电能这一本领的物理量，表示非电场力（外力）做功的本领，而电压是衡量电路把电能转化成其它形式能这一本领的物理量，表示电场力做功的本领。 对一个电源来说，既有电动势又有电压，但电动势仅存于电源内部。电动势的大小决定于电源本身，与电源材料和结构有关，而与外电路的负载无关。电源的电动势在数值上等于电源两端的开路电压，即电源两端不接负载时的电压。 电动势与电压的方向相反。电动势是从低电位指向高电位，即电位升高的方向；而电压是从高电位指向低电位，即电压降低的方向。,37,如果指定流过元件的电流
16、的参考方向是从电压正极性的一端指向负极性的一端，即两者的参考方向一致，则把电压和电流的这种参考方向称为关联参考方向，简称关联方向；当两者不一致时，称为非关联参考方向，简称非关联方向。,1.2.5 电流与电压的关联参考方向,38,单位时间内电流所做的功称为电功率，它是衡量电能转换为其它形式能量速率的物理量，用字母P表示：,P为电功率，单位为W， U为电压，单位V， I为电流，单位为A。,1.2.6 电功与电功率,39,在国际单位制中P，U，I，t的单位分别是瓦特（W）、伏特（V）、安培（A）、秒（s）。若电流在1s内所做的功为1J，则电功率就是1W。常用的电功率单位还有千瓦（kW），毫瓦（mW）等。,40,1.3.1 独立电压源,1.3 独立电源,1、理想电压源 定义：电压总是保持某个给定的时间函数， 与通过它的电流无关。,特点:,2、电源中的电流由外电路决定。,1、输出电 压是固定的，其值恒等于电动势，不会因为外电路的不同而不同。,
