电工与电子技术第一章-电路的基本概念与基本定律new资料.ppt

电工与电子技术 曹现刚 西安科技大学机械工程学院 2004.9 第一章  电路的基本概念与基本定律 本章主要内容: 1. 电路的基本物理量 2. 电路的基本定律 3. 电路的工作状态 4. 电路分析 电路的作用与组成部分 电路: 电路是电流的通道 电路的作用: 实现电能的传输和转换 电路的另一作用： 传递和处理信号 声音信号 图象信号 测量信号或控制信号 电路的结构 电路=电源+中间环节+负载 电力系统： (发电机)+(变压器、输电线…)+(电炉、电动机…) 扩音机：(话筒) + (放大器…) + (扬声器) 结构模型：激励——响应 § 电路模型 实际电路都是根据人们的需要将实际的电路元件或器件搭接起来，以完成人们的预想要求。 如发电机、变压器、电动机、电阻器及电容器等但是，实际元器件的电磁特性十分复杂。为便于对电路的分析和数学描述，常将实际元器件理想化（即模型化） 由理想电路元件组成的电路就是电路的电路模型。 电路与电路模型 实际电路： 电路模型： 分析 “电路” 问题的 核心点 任何电路，都是在电动势、电压或电流的作用下进行工作的，对于电路的分析和计算就是要讨论电压、电动势和电流状态以及它们之间的关系。 § 电路的基本物理量 电流 概念:电荷有规则的定向运动 大小:单位时间通过导体横截 面的电荷量 方向:正电荷移动的方向 单位:安培(A) 毫安(mA) 微安(?A) i =dq / dt I = q / t (直流) 电流的正方向 习惯上规定正电荷的运动方向(或负电荷运动的相反方向)为电流的正方向。电流的正方是客观存在！ 电压 概念：电荷在导体中作定向运动时，一定要受到力的作用。如果这个力源是电场，则电荷运动就要消耗电场能量，或者说电场力对电荷作了功。为衡量电场力对电荷作功的能力，引入一新的物理量——电压 大小：a、b两点间电压 Uab 在数值上等于电场力把单位正电荷从a点移到b点所作的功。也就是单位正电荷在移动过程中所失去的电能。 电压 方向：正电荷在电场的作用下，从高电位向低电位移动。规定这时正电荷的的移动方向为电压的正方向。 在分析电路之前，可以任意选择某一方向为电压的参考方向。当实际电压方向与参考方向一致时，电压值为正，反之为负。 单位：伏特(V) 千伏(kV) 毫伏(mV) 电压 关联方向 当a、b两点间所选择的电压参考方向由a指向b时，也选择电流的参考方向经电路由由a指向b，这种参考方向的定义方式成为关联方向。 电动势 正电荷从高电位a向低电位b移动，a端的正电荷逐渐减少会使其电位逐渐降低。 为维持导体中的电流能够连续不断地流过，且应使得导体a、b两端的电压不致丧失，就要将b端的正电荷移至a端。但电场力的作用方向恰好与此相反，因此就必须要有另一种力去克服电场力而使b端的正电荷移至a端。电源中必须具有这种力——电源力(非静电力)。 电动势 大小：电源电动势Eab的数值等于电源力把单位正电荷从电源的低电位b端经电源内部移到电源高电位b端所作的功，也就是单位正电荷从电源低电位端移到高电位端多获得得能量。 方向：电动势的实际方向是由电源低电位端指向电源高电位端。在分析问题时可设参考方向。 单位：电动势与电压的单位相同。为伏特(V) 标量性：电动势与电压和电流都是标量。 电动势 例题 §欧姆定律 欧姆定律： 流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。 欧姆定律的符号 根据电路上所选电压和电流方向的不同，欧姆定律的表达式有着不同的符号： 应用欧姆定律对如下各图列出表达式，并求出电阻值。 对于(a)图 对于(c)图 例题(1-2)： 计算图中电阻R的值，已知Uab=-12V 电路的工作状态 最简单的电路为直流电路，本节讨论电路的工作状态、开路状态和短路状态，所讨论的内容有电流、电压及功率等方面的特性。 一. 有载工作状态 当开关闭合，电源与负载接通，即电路处于有载工作状态。 有载工作状态 一般常见电源的内阻都很小当R0?R时， 则 U? E 此时当电流(负载)变动时，电源的端电压变化不大。 有载工作状态 当式U=E-IR0各项乘以电流I时，得到 UI= EI-I2R0 或 P = PE +? P 有载工作状态 例题1-3. 有载工作状态 例题1-3. 有载工作状态 例题1-3. 有载工作状态 能量的传输和电源/负载的判定 有载工作状态 电气设备的名牌. 二. 开路工作状态 如图电路：当开关断开时，电路则处于开路(空载)状态。 三. 短路工作状态 当电源两端由于某种原因而联