電路基本概念以及基本定律

第1章電路的基本概念和基本定律1-1電路及其模型1-2電路的物理量及參考方向1-5獨(dú)立電源1-6克希荷夫定律1-3電路的基本元件1-7電路中電位的計(jì)算第1章電路的基本概念和基本定律1-1電路及其模型一、電路電流通過(guò)的路徑稱為電路，它主要由電源、負(fù)載和中間環(huán)節(jié)組成。如圖1-1所示1.電源將其他形式的能量轉(zhuǎn)換成電能的裝置稱為電源。用電動(dòng)勢(shì)E表示2.負(fù)載把電源轉(zhuǎn)換成其他能量的裝置稱為負(fù)載。圖1-1中R表示負(fù)載。3.中間環(huán)節(jié)中間環(huán)節(jié)包括連接電路的導(dǎo)線、控制電路的開(kāi)關(guān)設(shè)備以及保護(hù)電路的熔斷器等。如圖1-1中的S表示開(kāi)關(guān)，F(xiàn)U表示熔斷器。二、電路模型電池?zé)襞軪IRU+_電源負(fù)載1-1電路及其模型圖1-1電路的組成SsFU1-2電路的物理量及參考方向一、電路的物理量1.電流導(dǎo)體中的自由電子在電場(chǎng)力作用下定向移動(dòng)就形成了電流。

設(shè)在極短的時(shí)間dt內(nèi),通過(guò)導(dǎo)體某橫截面積的電量dq,則電流為

第1章電路的基本概念和基本定律如果電流不隨時(shí)間變化，dq/dt為常數(shù)，稱為直流電流，用I

表示，即

1-2電路的物理量及參考方向

電流的單位為A（安培），更小的單位為mA（毫安）及μA

（微安）。

2.電壓電場(chǎng)力將單位正電荷從電場(chǎng)中的一點(diǎn)移至另一點(diǎn)所做的功稱為這兩點(diǎn)間的電壓。電壓的單位V(伏特)。作為輔助單位有kV（千伏）及mV（毫伏）1-2電路的物理量及參考方向

3.電位電路中某一點(diǎn)的電位就是該點(diǎn)到參考點(diǎn)之間的電壓。電位值的大小與參考點(diǎn)的選取有關(guān)。電路中兩點(diǎn)之間的電壓就是這兩點(diǎn)的電位之差。因此，電壓又叫做電位差。電壓（電位差）與參考點(diǎn)的選取是無(wú)關(guān)的。電位的單位也是伏特。

4.電動(dòng)勢(shì)電源把正電荷由負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部運(yùn)動(dòng)到正極時(shí)，非電場(chǎng)力所做的功W與所移動(dòng)的電荷量q之比叫做電源的電動(dòng)勢(shì)。電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于非電場(chǎng)力把單位正電荷從負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部運(yùn)動(dòng)到正極時(shí)所做的功。電動(dòng)勢(shì)的單位為V（伏特）。物理量的正方向：實(shí)際正方向假設(shè)正方向?qū)嶋H正方向：物理中對(duì)電量規(guī)定的方向。假設(shè)正方向（參考正方向）：在分析計(jì)算時(shí)，對(duì)電量人為規(guī)定的方向。1-2電路的物理量及參考方向二、參考方向物理量的實(shí)際正方向1-2電路的物理量及參考方向物理量正方向的表示方法電池?zé)襞軺ab_+正負(fù)號(hào)abUab（高電位在前，低電位在后）

雙下標(biāo)箭頭Uabab電壓+-IR電流：從高電位指向低電位。IRUabE+_abU+_1-2電路的物理量及參考方向物理量正方向的表示方法IRUab+_abU+_電壓的正方向箭頭和正負(fù)號(hào)是等價(jià)的,只用其中之一.IRUababU1-2電路的物理量及參考方向電路分析中的假設(shè)正方向（參考方向）問(wèn)題的提出：在復(fù)雜電路中難于判斷元件中物理量的實(shí)際方向，電路如何求解？電流方向AB？電流方向BA？U1ABRU2IR物理量正方向的表示方法1-2電路的物理量及參考方向(1)在解題前先設(shè)定一個(gè)正方向，作為參考方向；解決方法(3)根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定實(shí)際方向：若計(jì)算結(jié)果為正，則實(shí)際方向與假設(shè)方向一致；若計(jì)算結(jié)果為負(fù)，則實(shí)際方向與假設(shè)方向相反。(2)根據(jù)電路的定律、定理，列出物理量間相互關(guān)系的代數(shù)表達(dá)式；1-2電路的物理量及參考方向規(guī)定正方向的情況下歐姆定律的寫(xiě)法I與U的方向一致U=IRaIRUbI與U的方向相反U=–IRaIRUb1-2電路的物理量及參考方向規(guī)定正方向的情況下電功率的寫(xiě)法功率的概念：設(shè)電路任意兩點(diǎn)間的電壓為U,流入此部分電路的電流為I，則這部分電路消耗的功率為:IUP=如果UI方向不一致寫(xiě)法如何？電壓電流正方向一致aIRUb1-2電路的物理量及參考方向規(guī)定正方向的情況下電功率的寫(xiě)法aIRUb電壓電流正方向相反P=–UI功率有正負(fù)？1-2電路的物理量及參考方向吸收功率或消耗功率（起負(fù)載作用）若P0輸出功率（起電源作用）若P0電阻消耗功率肯定為正電源的功率可能為正（吸收功率），也可能為負(fù)（輸出功率）功率有正負(fù)1-2電路的物理量及參考方向電源的功率IUab+-P=UIP=–UIIUab+-電壓電流正方向不一致電壓電流正方向一致1-2電路的物理量及參考方向含源網(wǎng)絡(luò)的功率IU+-含源網(wǎng)絡(luò)P=UI電壓電流正方向一致P=–UI電壓電流正方向不一致IU+-含源網(wǎng)絡(luò)1-2電路的物理量及參考方向

當(dāng)計(jì)算的P>0

時(shí),則說(shuō)明U、I

的實(shí)際方向一致，此部分電路消耗電功率，為負(fù)載。所以，從P的+或-可以區(qū)分器件的性質(zhì)，或是電源，或是負(fù)載。結(jié)論在進(jìn)行功率計(jì)算時(shí)，如果假設(shè)U、I

正方向一致。

當(dāng)計(jì)算的P<0

時(shí),則說(shuō)明U、I

的實(shí)際方向相反，此部分電路發(fā)出電功率，為電源。1-2電路的物理量及參考方向第1章電路的基本概念和基本定律1-3電路的基本元件伏-安特性iuRiuui線性電阻非線性電阻1.電阻R（常用單位：、k、M）1-3電路的基本元件1-3電路的基本元件

實(shí)際的電阻電阻的主要指標(biāo)1.標(biāo)稱值2.額定功率3.允許誤差種類:碳膜、金屬膜、線繞、可變電阻電阻的標(biāo)稱值1-3電路的基本元件誤差10%（E12）5%（E24）1.0、1.2、1.5、1.8、2.2、2.7、3.3、3.9、4.7、5.6、6.8、8.2標(biāo)稱值1.0、1.1、1.2、1.3、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.4、2.7、3.0、3.3、3.6、3.9、4.3、4.7、5.1、5.6、6.2、6.8、7.5、8.2、9.1等電阻的標(biāo)稱值=標(biāo)稱值10n電阻器的色環(huán)表示法四環(huán)五環(huán)倍率10n誤差有效數(shù)字誤差

黑、棕、紅、橙、黃、綠、藍(lán)、紫、灰、白、金、銀

01234567890.10.01誤差:1%20.50.20.1510有效數(shù)字倍率10n1-3電路的基本元件如電阻的4個(gè)色環(huán)顏色依次為：綠、棕、金、金——如電阻的5個(gè)色環(huán)顏色依次為：棕、綠、黑、金、紅——四環(huán)倍率10n誤差有效數(shù)字五環(huán)有效數(shù)字誤差倍率10n1-3電路的基本元件2.電感L：ui（單位：H,mH,H）單位電流產(chǎn)生的磁鏈線圈匝數(shù)磁通1-3電路的基本元件電感中電流、電壓的關(guān)系當(dāng)(直流)時(shí),所以,在直流電路中電感相當(dāng)于短路。uei++––1-3電路的基本元件3.電容C單位電壓下存儲(chǔ)的電荷（單位：F,F,pF）++++----+q-qui電容符號(hào)有極性無(wú)極性+_1-3電路的基本元件電容上電流、電壓的關(guān)系當(dāng)(直流)時(shí),所以,在直流電路中電容相當(dāng)于斷路（開(kāi)路）uiC1-3電路的基本元件靜電屏蔽1.靜電感應(yīng)靜電在生產(chǎn)實(shí)際中的應(yīng)用都離不開(kāi)導(dǎo)體。金屬是常見(jiàn)的導(dǎo)體，內(nèi)部含有大量的自由電子。無(wú)外電場(chǎng)的作用時(shí)，自由電子在金屬內(nèi)部作無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體各部分均處于電中和狀態(tài)，導(dǎo)體呈電中性。有外電場(chǎng)作用時(shí)導(dǎo)體中的電荷進(jìn)行重新分布，這種現(xiàn)象叫靜電感應(yīng)。如圖所示（教材10頁(yè)圖1-22）1-3電路的基本元件2.靜電平衡導(dǎo)體在電場(chǎng)中有靜電感應(yīng)現(xiàn)象，自由電子會(huì)定向移動(dòng)。直到導(dǎo)體內(nèi)部各點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)為零為止（E/與E0完全抵消），這時(shí)自由電子的定向移動(dòng)停止。如圖所示（教材10頁(yè)1-23）。導(dǎo)體中（包括表面）沒(méi)有電荷定向移動(dòng)的狀態(tài)叫做靜電平衡狀態(tài)。1-3電路的基本元件3.靜電屏蔽靜電平衡時(shí)導(dǎo)體內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)為零，這一現(xiàn)象在技術(shù)上可用來(lái)實(shí)現(xiàn)靜電屏蔽。如圖所示（教材10頁(yè)1-24）。1-3電路的基本元件靜電的危害及消除1.靜電的危害主要有以下幾種危害（1）爆炸及火災(zāi)，（2）人體傷害，（3）妨礙生產(chǎn)。

2.靜電危害的消除主要有以下幾種方法（1）采用工藝法控制靜電產(chǎn)生，（2）泄露導(dǎo)走法，（3）中和電荷法，（4）封閉消尖法，（5）人體防靜電。1-3電路的基本元件無(wú)源元件小結(jié)理想元件的特性（u與i

的關(guān)系）LCR1-3電路的基本元件UR1R2LCR1UR2U為直流電壓時(shí),以上電路等效為注意L、C

在不同電路中的作用1-3電路的基本元件1-5獨(dú)立電源第1章電路的基本概念和基本定律1.理想電壓源

在電路中，能夠提供一個(gè)定值電壓的電源稱為理想電壓源或恒壓源。uS+_電路符號(hào)特點(diǎn)：兩端電壓為一定值uS電流由外電路決定直流理想電壓源及伏安特性曲線USRLIbU+_+_aU=USI=US/RLU=USOI/AU/V1-5獨(dú)立電源2.實(shí)際電壓源特點(diǎn)：當(dāng)R0一定時(shí)，電壓U隨電流增加而降低。直流電源的電壓源模型及伏安特性曲線U=USOI/AU/VIbUR0RL+_+_aUSU=US–R0IIS=R0US

1-5獨(dú)立電源v3.理想電流源

在電路中，能夠提供一個(gè)定值電流的電源稱為理想電流源或恒流源。電路符號(hào)特點(diǎn)：電流為一定值iS兩端電壓由外電路決定直流理想電流源及伏安特性曲線I=ISU=ISRLI=ISOI/AU/ViSRLIbU+_aIS1-5獨(dú)立電源4.實(shí)際電流源直流電源的電流源模型及伏安特性曲線

ISOI/AU/VI=IS–U/R0RLIbU+_aISR0U0

=ISR01-5獨(dú)立電源恒壓源與恒流源特性比較恒壓源恒流源不變量變化量U+_abIUabUab=U（常數(shù)）Uab的大小、方向均為恒定，外電路負(fù)載對(duì)Uab

無(wú)影響。IabUabIsI=Is

（常數(shù)）I

的大小、方向均為恒定，外電路負(fù)載對(duì)I

無(wú)影響。輸出電流I

可變-----

I

的大小、方向均由外電路決定端電壓Uab

可變-----Uab

的大小、方向均由外電路決定電路如圖所示，計(jì)算電壓U=?當(dāng)電阻R的阻值變化時(shí)，電壓U變不變？電壓U=10伏。當(dāng)電阻R的阻值變化時(shí)，電壓U

不變。電壓U=10伏。當(dāng)電阻R的阻值變化時(shí)，電壓U

不變

1-4電壓源和電流源第1章電路的基本概念和基本定律1-6克希荷夫定律

用來(lái)描述電路中各部分電壓或各部分電流間的關(guān)系,其中包括克氏電流定律和克氏電壓定律兩個(gè)定律。名詞注釋：節(jié)點(diǎn)：三個(gè)或三個(gè)以上支路的聯(lián)結(jié)點(diǎn)支路：電路中每一個(gè)分支回路：電路中任一閉合路徑1-6克希荷夫定律第1章電路的基本概念和基本定律支路：共3條回路：共3個(gè)節(jié)點(diǎn)：a、b(共2個(gè)）例#1#2#3aI1I2U2+-R1R3R2+_I3bU11-6克希荷夫定律I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-例支路：共？條回路：共？個(gè)節(jié)點(diǎn)：共？個(gè)6條4個(gè)獨(dú)立回路：？個(gè)3個(gè)有幾個(gè)網(wǎng)眼就有幾個(gè)獨(dú)立回路1-6克希荷夫定律(一)KCL電流定律

對(duì)任何節(jié)點(diǎn)，在任一瞬間，流入節(jié)點(diǎn)的電流之和等于由節(jié)點(diǎn)流出的電流之和?；蛘哒f(shuō)，在任一瞬間，一個(gè)節(jié)點(diǎn)上電流的代數(shù)和為0。I1I2I3I4克氏電流定律的依據(jù)：電流的連續(xù)性I=0即：例或：流入為正流出為負(fù)1-6克希荷夫定律電流定律還可以擴(kuò)展到電路的任意封閉面。I1+I2=I3I=0克氏電流定律的擴(kuò)展I=?I1I2I3U2U3U1+_RR1R+_+_R廣義節(jié)點(diǎn)1-6克希荷夫定律(二)克氏電壓定律

對(duì)電路中的任一回路，沿任意循行方向轉(zhuǎn)一周，其電位降等于電位升或電壓降的代數(shù)和為零。aI1I2U2+-R1R3R2+_I3bU11-6克希荷夫定律例如：回路#1

13311URIRI=+電位降電位升即：#1aI1I2U2+-R1R3R2+_I3bU1對(duì)回路#2：

#223322URIRI=+電位升電位降對(duì)回路#3：

12211URIRI=++U2電位降電位升#3第3個(gè)方程不獨(dú)立電位降為正電位升為負(fù)1-6克希荷夫定律關(guān)于獨(dú)立方程式的討論

問(wèn)題的提出：在用克氏電流定律或電壓定律列方程時(shí)，究竟可以列出多少個(gè)獨(dú)立的方程？aI1I2U2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bU1分析以下電路中應(yīng)列幾個(gè)電流方程？幾個(gè)電壓方程？1-6克希荷夫定律克氏電流方程：節(jié)點(diǎn)a：節(jié)點(diǎn)b：獨(dú)立方程只有1個(gè)克氏電壓方程：#1#2#32211213322233111RIRIUURIRIURIRIU-=-+=+=獨(dú)立方程只有2個(gè)aI1I2U2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bU11-6克希荷夫定律設(shè)：電路中有N個(gè)節(jié)點(diǎn)，B個(gè)支路N=2、B=3bR1R2U2U1+-R3+_a小結(jié)獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)電流方程有(N-1)個(gè)獨(dú)立的回路電壓方程有(B-N+1)個(gè)則：（一般為網(wǎng)孔個(gè)數(shù)）獨(dú)立電流方程：１個(gè)獨(dú)立電壓方程：２個(gè)1-6克希荷夫定律1-7電路中電位的計(jì)算第1章電路的基本概念和基本定律電位：電路中某點(diǎn)至參考點(diǎn)的電壓，記為“UX”。通常設(shè)參考點(diǎn)的電位為零。1.電位的概念

電位的計(jì)算步驟:

(1)任選電路中某一點(diǎn)為參考點(diǎn)，設(shè)其電位為零；

(2)標(biāo)出各電流參考方向并計(jì)算；

(3)計(jì)算各點(diǎn)至參考點(diǎn)間的電壓即為各點(diǎn)的電位。某點(diǎn)電位為正，說(shuō)明該點(diǎn)電位比參考點(diǎn)高；某點(diǎn)電位為負(fù)，說(shuō)明該點(diǎn)電位比參考點(diǎn)低。1-7電路中電位的計(jì)算2.舉例

求圖示電路中各點(diǎn)的電位:Ua、Ub、Uc、Ud

。解：設(shè)a為參考點(diǎn)，即Ua=0VUb=Uba=–10×6=60VUc=Uca

=4×20=80VUd

=Uda=6×5=30V

設(shè)b為參考點(diǎn)，即Ub=0VUa

=Uab=10×6=60VUc

=Ucb=E1=140VUd

=Udb=E2=90V

bac204A610AE290VE1140V56AdUab

=10×6=60VUcb

=E1=140VUdb

=E2=90V

Uab

=10×6=60VUcb

=E1=140VUdb

=E2=90V

1-7電路中電位的計(jì)算

結(jié)論：(1)電位值是相對(duì)的，參考點(diǎn)選取的不同，電路中

各點(diǎn)的電位也將隨之改變；(2)電路中兩點(diǎn)間的電壓是固定的，不會(huì)因參考點(diǎn)的選取不同而改變，即與零電位參考點(diǎn)的選取無(wú)關(guān)。借助電位的概念可以簡(jiǎn)化電路作圖bca204A610AE290VE1140V56Ad+90V205+140V6cd1-