第一章電路基本概念和基本定律

1認(rèn)識電路1認(rèn)識電路教學(xué)難點(diǎn)：

1．了解電路的三種狀態(tài)特點(diǎn)。

2．理解理想元件與電路模型、線性電阻與非線性電阻的概念。教學(xué)重點(diǎn)：

1.了解電路的基本組成、電路的三種狀態(tài)和額定電壓、電流、功率等概念。

2．掌握電流、電功率、電能等基本概念。

3．掌握電阻定律、歐姆定律、焦耳定律，了解電阻與溫度的關(guān)系。序號內(nèi)容

學(xué)時1

緒論

12

第一節(jié)電路3

第二節(jié)電流4

第三節(jié)電阻15

第四節(jié)部分電路歐姆定律6

第五節(jié)電能和電功率17

單元小結(jié)8

單元總學(xué)時3學(xué)時分配：

1認(rèn)識電路1.1電路1.2電流1.3電阻1.4部分電路歐姆定律1.5電能和電功率單元小結(jié)第一節(jié)電路

一、電路的基本組成二、電路模型(電路圖)電路

一、電路的基本組成

1．什么是電路電路是由各種元器件(或電工設(shè)備)按一定方式連接起來的總體，為電流的流通提供了路徑。

2．電路的基本組成

電路的基本組成.swf

2．電路的基本組成

電路的基本組成包括以下四個部分：

(1)電源(供能元件)：為電路提供電能的設(shè)備和器件(如電池、發(fā)電機(jī)等)。

圖1-1

簡單的直流電路

(2)負(fù)載(耗能元件):使用(消耗)電能的設(shè)備和器件(如燈泡等用電器)?？刂齐娐饭ぷ鳡顟B(tài)的器件或設(shè)備(如開關(guān)等)。將電器設(shè)備和元器件按一定方式連接起來(如各種銅、鋁電纜線等)。(3)控制器件：(4)連接導(dǎo)線：

3．電路的狀態(tài)

3．電路的狀態(tài)

(1)通路(閉路)：電源與負(fù)載接通，電路中有電流通過，電氣設(shè)備或元器件獲得一定的電壓和電功率，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。

(2)開路(斷路)：電路斷開，電路中沒有電流通過，又稱為空載狀態(tài)。

(3)短路(捷路)：電源兩端或電路中某些部分被導(dǎo)線直接相連，輸出電流過大對電源來說屬于嚴(yán)重過載，如沒有保護(hù)措施，電源或電器會被燒毀或發(fā)生火災(zāi)，所以通常要在電路或電氣設(shè)備中安裝熔斷器、保險絲等保險裝置，以避免發(fā)生短路時出現(xiàn)不良后果。二、電路模型(電路圖)圖1-2手電筒的電路原圖由理想元件構(gòu)成的電路稱為實(shí)際電路的電路模型，也稱為實(shí)際電路的電路原理圖，簡稱為電路圖。例如手電筒的電路如圖1-2所示。機(jī)床電路理想元件

電路是由電特性相當(dāng)復(fù)雜的器件組成的，為了便于使用數(shù)學(xué)方法對電路進(jìn)行分析，可將電路實(shí)體中的各種電器設(shè)備和元器件用一些能夠表征它們主要電磁特性的理想元件(模型)來代替，而對它的實(shí)際結(jié)構(gòu)、材料、形狀等非電磁特性不予考慮。表1-3常用理想元件及符號第二節(jié)電流一、電流的基本概念二、直流電流三、交流電流

一、電流的基本概念

一、電流的基本概念電路中電荷沿著導(dǎo)體的定向運(yùn)動即形成電流，其方向規(guī)定為正電荷流動的方向(或負(fù)電荷流動的反方向)，其大小等于在單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量，電流用符號I或i(t)表示，討論一般電流時可用符號i

。常用的電流單位還有mA

（毫安）、A（微安）、kA（千安）等，它們與安培的換算關(guān)系為1mA=10-3A；

1A=10-6A；

1kA=103A

二、直流電流

如果電流的大小及方向都不隨時間變化，即在單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量相等，則稱之為穩(wěn)恒電流或恒定電流，簡稱為直流(DirectCurrent)，記為DC或dc，直流電流要用大寫字母I表示。直流電流I與時間t的關(guān)系在I－t坐標(biāo)系中為一條與時間軸平行的直線。

三、交流電流

如果電流的大小及方向均隨時間變化，則稱為變動電流。對電路分析來說，一種最為重要的變動電流是正弦交流電流，其大小及方向均隨時間按正弦規(guī)律作周期性變化，將之簡稱為交流(AlternatingCurrent)，記為AC或ac，交流電流的瞬時值要用小寫字母i

或i(t)

表示。第三節(jié)電阻一、電阻元件

二、電阻與溫度的關(guān)系電阻元件

一、電阻元件電阻元件是對電流呈現(xiàn)阻礙作用的耗能元件，例如燈泡、電熱爐等電器。電阻定律

——制成電阻元件的材料電阻率，國際單位制單位為

·m(歐·米)

；

l

——繞制成電阻的導(dǎo)線長度，國際單位制為m(米)

；S

——繞制成電阻的導(dǎo)線橫截面積，國際單位制為m2(平方米)；R——電阻值，國際單位制為

(歐)

。經(jīng)常用的電阻單位還有k

(千歐

)、M

(兆歐)1k=103

；1M=106

二、電阻與溫度的關(guān)系

電阻元件的電阻值大小一般與溫度有關(guān)，衡量電阻受溫度影響大小的物理量是溫度系數(shù)，其定義為溫度每升高1C時電阻值發(fā)生變化的百分?jǐn)?shù)。如果設(shè)任一電阻元件在溫度t1時的電阻值為R1，當(dāng)溫度升高到t2時電阻值為R2，則該電阻在t1~t2溫度范圍內(nèi)的(平均)溫度系數(shù)為如果R2>R1，則

>0，將R稱為正溫度系數(shù)電阻，即電阻值隨著溫度的升高而增大；如果R2<R1，則

<0，將R稱為負(fù)溫度系數(shù)電阻，即電阻值隨著溫度的升高而減小。顯然

的絕對值越大，表明電阻受溫度的影響也越大。R2=R1[1

(t2－t1)]第四節(jié)部分電路歐姆定律一、歐姆定律二、線性電阻與非線性電阻

一、歐姆定律

電阻元件的伏安關(guān)系服從歐姆定律，即U=RI或

I=U/R=GU其中G=1/R，電阻R的倒數(shù)G

稱為電導(dǎo)，其國際單位制為西門子(S)

。

二、線性電阻與非線性電阻電阻值R與通過它的電流I和兩端電壓U無關(guān)(即R=常數(shù))

的電阻元件稱為線性電阻，其伏安特性曲線在U－I

平面坐標(biāo)系中為一條通過原點(diǎn)的直線。電阻值R與通過它的電流I和兩端電壓U有關(guān)(即R

常數(shù))

的電阻元件稱為非線性電阻，其伏安特性曲線在U－I平面坐標(biāo)系中為一條通過原點(diǎn)的曲線。通常所說的“電阻”，如不作特殊說明，均指線性電阻。圖1-3線性電阻的伏安特性曲線第五節(jié)電能和電功率一、電功率二、電能三、電氣設(shè)備的額定值四、焦耳定律

一、電功率

電功率(簡稱功率)所表示的物理意義是電路元件或設(shè)備在單位時間內(nèi)吸收或發(fā)出的電能能量。兩端電壓為U、通過電流為I的任意二端元件(可推廣到一般二端網(wǎng)絡(luò))的功率大小為P=UI

功率的國際單位制單位為W(瓦特)，常用的單位還有mW(毫瓦)、kW(千瓦)，它們與W的換算關(guān)系是1mW=103W；

1kW=103W

吸收或發(fā)出：一個電路最終的目的是電源將一定的電功率傳送給負(fù)載，負(fù)載將電能轉(zhuǎn)換成工作所需要的一定形式的能量。即電路中存在發(fā)出功率的器件(供能元件)和吸收功率的器件(耗能元件)。習(xí)慣上，通常把耗能元件吸收的功率寫成正數(shù)，把供能元件發(fā)出的功率寫成負(fù)數(shù)，而儲能元件(如理想電容、電感元件)既不吸收功率也不發(fā)出功率，即其功率P=0。通常所說的功率P又稱為有功功率或平均功率。

二、電能

電能是指在一定的時間內(nèi)電路元件或設(shè)備吸收或發(fā)出的電能量，用符號W表示，其國際單位制為焦耳(J)，電能的計(jì)算公式為W=P·t=UIt通常電能用kW·h

(千瓦·時)來表示大小，也稱為度(電)：1度(電)=1kW·h=3.6106J即功率為1000W的供能或耗能元件，在1小時內(nèi)所發(fā)出或吸收的電能量為1度。

【例1-1】有一功率為60W的電燈，每天使用它照明的時間為4h(小時)，如果平均每月按30天計(jì)算，那么每月消耗的電能為多少度？合為多少J?解：該電燈平均每月工作時間t=430h=120h，則W=P·t=60120W·h

=7200W·h=7.2kW·h即每月消耗的電能為7.2度，約合為3.6106

7.2J2.6107J

三、電氣設(shè)備的額定值為了保證電氣設(shè)備和電路元件能夠長期安全地正常工作，都規(guī)定了額定電壓、額定電流、額定功率等銘牌數(shù)據(jù)。額定電壓——電氣設(shè)備或元器件所允許施加的最大電壓。額定電流——電氣設(shè)備或元器件所允許通過的最大電流。額定功率——在額定電壓和額定電流下所消耗的功率，即允許消耗的最大功率。

額定工作狀態(tài)——電氣設(shè)備或元器件在額定功率下的工作狀態(tài)，也稱滿載狀態(tài)。輕載狀態(tài)——電氣設(shè)備或元器件在低于額定功率下的工作狀態(tài)，輕載時電氣設(shè)備不能得到充分利用或根本無法正常工作。過載(超載)狀態(tài)——電氣設(shè)備或元器件在高于額定功率下的工作狀態(tài)，過載時電氣設(shè)備很容易被燒壞或造成嚴(yán)重事故。輕載和過載都是不正常的工作狀態(tài)，一般是不允許出現(xiàn)的。

四、焦耳定律電流通過導(dǎo)體時產(chǎn)生的熱量(焦耳熱)為

Q=I2Rt

I——通過導(dǎo)體的直流電流或交流電流的有效值，單位為A。

R——導(dǎo)體的電阻值，單位為。

t——通過導(dǎo)體電流持續(xù)的時間，單位為s。

Q——熱量單位為J。單元小結(jié)本單元介紹了電路的基本概念，內(nèi)容包括：一、電路二、電流三、電阻四、電功率與電能

一、電路電路是由各種元器件(或電工設(shè)備)按一定方式連接起來的總體,為電流的流通提供了路徑。電路的基本組成包括電源、負(fù)載、控制器件和連接導(dǎo)線等四個部分。電路有通路、開路、短路等三種狀態(tài)。由理想元件構(gòu)成的電路稱為實(shí)際電路的電路模型，也稱為實(shí)際電路的電路原理圖，簡稱為電路圖。

二、電流在電場力作用下，電路中電荷沿著導(dǎo)體的定向運(yùn)動即形成電流，其方向規(guī)定為正電荷流動的方向(或負(fù)電荷流動的反方向)，其大小等于在單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量，稱為電流。電流的大小及方向都不隨時間變化，則稱為直流電流。電流的大小及方向均隨時間作周期性變化，則稱為交流電流。

三、電阻

1．電阻元件是對電流呈現(xiàn)阻礙作用的耗能元件，電阻定律為電阻元件的電阻值一般與溫度有關(guān)，衡量電阻受溫度影響大小的物理量是溫度系數(shù)，其定義為溫度每升高1C時電阻值發(fā)生變化的百分?jǐn)?shù)，即

2．電阻元件的伏安特性關(guān)系服從歐姆定律，即U

=RI或

I=U/R=GU

。其中，電阻R的倒數(shù)G