《电工基础(第二版)》 课件 模块二 简单直流电路的分析.pptx

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模块二

简单直流电路的分析;;课题一全电路欧姆定律;学习目标

1.掌握全电路欧姆定律。

2.能用全电路欧姆定律分析电路的三种工作状态。

3.掌握测量电源电动势和内阻的方法。;一、部分电路欧姆定律

在初中,我们曾学习过欧姆定律,其内容是:导体中的电流与导体两端的电压成正比,与导体的电阻成反比,其公式为

实际上,以上定律中所涉及的这段电路并不包括电源。这种只含有负载而不包含电源的一段电路称为部分电路,如图a虚线框中所示。因此,更准确地说,这一定律应称为部分电路欧姆定律。;部分电路欧姆定律的计算公式还与参考方向的选取有关。在如图b所示电路中,电压U与电流I选为非关联参考方向,则部分电路欧姆定律的表达式也应相应改为;二、全电路欧姆定律

全电路是含有电源的闭合电路,如图所示。电源内部的电路称为内电路,如发电机的线圈、电池内的溶液等。电源内部的电阻称为内电阻,简称内阻。通常可以将电源看作一个没有电阻的理想电源与电阻的串联,如图中阴影部分所示。电源外部的电路称为外电路,外电路中的电阻称为外电阻。;全电路欧姆定律的内容:闭合电路中的电流与电源的电动势成正比,与电路的总电阻(内电路电阻与外电路电阻之和)成反比,公式为

由上式可得

E=IR+Ir=U外+U内

式中,U内为内电路的电压降,U外为外电路的电压降,也是电源两端的输出电压。这样,全电路欧姆定律又可表述为电源电动势等于U外和U内之和。;将E=IR+Ir两边同乘以I,可得

IE=I2R+I2r

即P电源=P负载+P内阻

上式表明,在一个闭合回路中,电源电动势输出的功率,等于负载电阻消耗的功率和电源内阻消耗的功率之和。这种关系称为电路中的功率平衡。;三、电源的外特性

电源端电压U与电源电动势的关系为

U=E-Ir

可见,当电源电动势E和内阻r一定时,电源端电压U将随负载电流I的变化而变化。通常把电源端电压随负载电流变化的关系特性称为电源的外特性,其关系特性曲线称为电源的外特性曲线,如图所示。由图可见,电源端电压U随着电流I的增大而减小。电源内阻越大,直线倾斜得越厉害;直线与纵轴交点的纵坐标表示电源电动势的大小(I=0时,U=E)。;78;四、电路的三种状态

下面应用全电路欧姆定律,分析如图所示电路在三种不同状态下,电源端电压与输出电流之间的关系。;1.通路

开关SA接到位置“3”时,电路处于通路状态,或称有载状态,电路中电流为

电源端电压与输出电流的关系为

U=E-U内=E-Ir

可见,当电源电动势和内阻一定时,电源端电压随输出电流的增大而下降。通常把通过大电流的负载称为大负载,把通过小电流的负载称为小负载。也就是说,当电源的内阻一定时,电路接大负载,电源端电压下降较大;电路接小负载,电源端电压下降较小。;2.开路(断路)

开关SA接到位置“2”时,电路处于开路状态,相当于负载电阻R→∞或电路中某处连接导线断开。此时电路中电流为零,内阻压降也为零,U=E,即电源的开路电压在数值上等于电源的电动势。

实际电路中,导体因接触面有氧化层、脏污,接触面过小,接触压力不足等,会出现电阻过大的现象,严重时也会造成开路。;3.短路

开关SA接到位置“1”时,相当于电源两极被导线直接相连,称为短路。电路中短路电流I短=E/r。由于电源内阻一般都很小,所以短路电流极大。此时,电源对外输出电压U=E-I短r=0。

电源短路是严重的故障状态,必须尽量避免。但有时在调试和维修电气设备的过程中,会有意将电路中某一部分短路,这是为了让与调试过程无关的部分暂时不通电流,或是为了便于发现故障而采用的一种特殊方法,这种方法也只有在确保电路安全的情况下才能采用。;五、测量电源的电动势和内阻

【例2-1】在如图所示电路中,电阻R1=14Ω,R2=9Ω。当开关SA接到位置1时,由电流表测得I1=0.2A;接到位置2时,测得I2=0.3A。求电源电动势E和内阻r。;解:根据全电路欧姆定律可列出联立方程:

消去E,解得

把r值代入E=I1R1+I1r或E=I2R2+I2r,可得

E=3V

实验室中常用上述方法来测量电源的电动势和内阻。;课题二电阻的连接;学习目标

1.掌握电阻串、并、混联电路的特点及其应用。

2.能综合运用欧姆定律和电阻串、并联关系分析计算简单电路。;一、电阻串联电路

把多个电阻逐个顺次连接起来,就

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