电工学（电工技术）_电路的基本概念和定律教案.doc

第一章 电路的基本概念和定律 电工学（电工技术）电子教案 PAGE 4 精品课建设 PAGE 3 精品课建设 第一章 电路的基本概念和基本定律 本章将介绍电路和电路模型的概念、理想电路元件及其伏安特性、电路中的基本物理量、和基本定律。着重讨论电流和电压的参考方向、基尔霍夫定律及电路等效原理等。通过本章内容的学习可了解和掌握电路中的基本概念和定律，为后续分析复杂电路打下一个基础。 1.1 电路和电路模型 1.1.1 实际电路及其基本功能 人们在生产和生活中使用的电器设备如：电动机、电视机、计算机等都由实际电路构成。实际电路的结构组成包括：电源、负载和中间环节。其中电源的作用是为电路提供能量，如发电机利用机械能或核能转化为电能，蓄电池利用化学能转化为电能，光电池利用光能转化为电能等；负载则将电能转化为其他形式的能量加以利用，如电动机将电能转化为机械能，电炉将电能转化为热能等；中间环节用作电源和负载的联接体，包括导线、开关、控制线路中的保护设备等。 在电力系统、电子通讯、自动控制、计算机以及其他各类系统中，电路有着不同的功能和作用。电路的作用可以概括为以下两个方面：一是实现电能的传输和转换，将电能转化为光能和热能等，二是实现信号的传递和处理。 1.1.2 实际电路由各种作用不同的电路元件或器件所组成。实际电路元件种类繁多，且电磁性质较为复杂。为便于对实际电路进行分析和数学描述，需将实际电路元件用能够代表其主要电磁特性的理想电路元件(ideal element)或它们的组合来表示。理想电路元件(ideal element)是指只反映某一个物理过程的电路元件,包括电阻、电感、电容、电源等。图1－1是电工技术中经常用到的三种理想电路元件的电路符号。 CLR C L R 电阻元件R 电感元件 L 电容元件 C 图1-1 三种理想电路元件的电路符号 由理想元件所组成的电路称为实际电路的电路模型（circuit model）,如图1-2 中的白炽灯照明电路。图1-3 是图1-2 的电路模型。 图1-2 照明电路 图1-3 照明电路的电路模型 1.2 电路的基本物理量 在分析各种电路之前，我们先来介绍电路中的基本物理量包括电流、电压和功率及其相关的概念。 1.2.1 电流及其参考方向 电荷的定向移动形成电流。在电场的作用下，正电荷与负电荷向不同的方向移动，习惯上规定正电荷的移动方向为电流的方向（事实上，金属导体内的电流是由带负电的电子的定向移动产生的）。电流的大小为单位时间内通过导体横截面的电量，用公式表示即 量纲：安培（A） 1kA=10-3A ；1mA=10-3A；1μA=10-6A。前面提到的电池提供的就是直流电流，通常直流电流用大写字母I表示，而随时间变化的电流用小写字母i 表示。 电流的参考方向（reference direction)：是一种任意的选定的方向，当i0时参考方向与实际方向一致，当i0时参考方向与实际方向相反。 i i’ A B i 图1-4a 中参考方向下，通过元件A的电流为3A ，说明实际电流的大小为3A ，方向（如虚箭头所示）与参考方向相同。图1-4b 中参考方向下，通过元件B 的电流为2A ?，说明实际电流的大小为2A ，方向与参考方向相反。 图1-4参考方向下的电流 1.2.2 电压及其参考方向 电压也称电位差（或电势差），定义为电场力将单位正电荷由点a 移动到点b 所做的功。电路中a、b 两点间的电压用u ab 表示，即 A A B q 量纲：伏特（V）1kV=10-3V ；1mV=10-3V；1μV=10-6V。电路中，电压的实际方向定义为电位降低或称电压降的方向，可用极性“+”和“-”表示，其中“+”表示高电位，“-”表示低电位；也可用双下标表示，如Uab 表示电压的方向由a 到b。电源电动势的实际方向，规定为从电源内部的“-”极指向“+”极，即电位升高的方向。 电压的参考方向（reference direction）：是一种任意的选定的方向，当u0时参考方向与实际方向一致，当u0时参考方向与实际方向相反。 图1-5a 中参考方向下，元件A 两端的电压为5V，表示元件A 两端实际电压的大小为5V，方向由a到b，与参考方向相同。图1-5b 中参考方向下，元件B两端的电压为－6V，表示元件B两端实际电压的大小为6V，方向由d 到c，与参考方向相反。 图1-5 参考方向下的电压 如果不特别指出，书中电路图上所标明的电流和电压方向都为参考方向。当电流、电压的参考方向一致时，称为关联方向，见图1-5a；否则为非关联方向，见图