第1章 电路的基本概念、定律和分析方法.ppt

第一章：电路的基本概念、定律和分析方法 1.1电路中的电流、电压、电动势及功率1.1.1 电路和电路模型 电路是由电源、负载、导线和控制设备按一定方式连接组成的电流通路。 电源是将非电能转换成电能的装置，非电能有：化学能、机械能、原子能、太阳能等。 负载吸收或转换电能为非电能，常见的负载有：电灯、电热器、电动机、家电等。 电路的功能分为两类：一类是实现电能的传输与转换；另一类是实现信号的传递和处理。 电路有三个基本状态：通路、开路和短路。 电路模型是用理想元件近似地替代实际元件所组成的电路。理想元件有电阻、电感、电容以及电压源和电流源。 表1-1 1.1.2电流 电荷在电场的作用下做有规则的定向运动形成了电流。 大小和方向不变电流的是直流用大写字母I表示；变化的电流用小写字母i表示。 在1秒时间内通过导体横截面的电荷量为1库仑时，电流（强度）为1安培。 常用的电流单位有：1A = 103mA = 106μA 1KA = 103A 1.1.3电压与电动势、电位与参考点 电压Uab等于电场力把单位正电荷从a点经负载移到b点所做的功。 电动势Eab等于电源力把单位正电荷从负极b点经电源内部移到正极a点所做的功。 大小和方向不变的电压为直流电压用大写字母U表示。变化的电压用小写字母u表示。 电压和电动势的单位相同。电场力把1库仑的正电荷从a点移动到b点所做的功是1焦耳时, Uab为1伏。常用的电压单位有：1KV、1V=103mV =106μV 选择电路的某一点作为参考点并用接地符号 ┻ 表示，规定参考点的电压为0伏。 任意一点到参考点的电压就是这一点的电位，两点之间的电位差是这两点之间的电压。 一个电路只能有一个参考点，参考点改变，各点电位也随之改变，但两点之间的电位差不变。 1.1.4电流、电压的参考方向 参考方向是分析电路时为每条线路上的电压和电流假定的方向。 按照参考方向计算的电压或电流是大于零的正数，说明参考方向与实际方向相同；若计算结果是小于零的负数，说明参考方向与实际方向相反。 参考方向可以用双下标、箭头或极性表示。 同一元件上的电压参考方向与电流参考方向相同时称作是关联参考方向。 1.1.5电功率、电能及焦耳楞次定律 电功率简称为功率，表示单位时间内电路吸收的电能。 直流电路功率用大写符号P表示： U、I方向相同时 P = U×I U、I方向相反时 P =－U×I 在变化的电压、电流电路中，功率用小写字母表示瞬时功率。 当 P＞0，表明电路吸收电功率是负载； P＜0，表明电路发出电功率是电源。 电功率的基本单位1W=1V×1A，其它单位有 1KW、 1W= 103mW 电阻在t 时间内消耗的电能W是用功率乘以时间计算 W = P×t 电能的基本单位是1焦耳=1瓦×1秒， 1度电= 1千瓦·小时(KWh) 焦耳—楞次定律确定了热量Q与电能W的换算公式： Q = 0.239 UIt 单位：卡 1.1.6电气设备的额定值 额定值是电气设备在规定的环境条件下和一定的时间范围内使用时的电压、电流、电功率等允许值，额定值往往有一个富裕量。 1.2欧姆定律、电阻与电导 电阻表示吸收电能且转换成热、光、声等不可逆转过程的电路元件。 各种材料制作的电阻器在电路中起到限流、分流、分压、电流～电压变换等作用。 用 R表示电阻的符号和参数，线性电阻的伏安特性是一条通过原点的直线。 欧姆定律总结了线性电阻上同方向的电压U与电流I 之比定义了电阻的大小 或 或 电阻的基本单位是 1Ω(欧姆)= 1V/1A，其它单位有1KΩ、1MΩ= 106Ω 电阻的倒数称为电导，用表示G， G =1/ R 电导的基本单位是西门子，简称西(S) 1.3基尔霍夫定律 KCL指出：任一时刻，流入任一节点电流的代数和等于零，即ΣI=0。如果规定流入节点的电流为正时，则流出节点的电流为负。 KVL指出：任一时刻，电路中任一回路沿绕行方向各元件电压降的代数和等于零，即ΣU=0。元件的电压降与绕行方向相同时为正、电压降与绕行方向相反时为负。 1.4电阻的串联、并联 两个或多个电阻通过同一电流的连接方式称为电阻的串联， n个电阻串联的等效电阻是R = R1＋R2＋…＋Rn 两个电阻串联的分压公式是： , 两个或多个电阻接在同一电压下的连接方式称为并联。 n个电导并联的等效电导是： G = G1＋G2＋…＋