電工學（第一章）

電路原理

（PrincipleofElectricCircuits）

宋建國

songjg@

遠在２５００多年前，古希臘人就發(fā)現(xiàn)用毛皮磨擦過的琥珀能吸引一些像絨毛、麥桿等一些輕小的東西，他們把這種現(xiàn)象稱作“電”。公元１６００年，英國醫(yī)生吉爾伯特（１５４４～１６０３）做了多年的實驗，發(fā)現(xiàn)了“電力”，“電吸引”等許多現(xiàn)象，并最先使用了“電力”、“電吸引”等專用術語，因此許多人稱他是電學研究之父。

１８世紀中葉，在大洋彼岸的美國，大電學家富蘭克林又做了多次實驗，進一步揭示了電的性質，并提出了電流這一術語。他認為電是一種沒有重量的流體，存在于所有的物體之中。如果一個物體得到了比它正常的份量更多的電，它就被稱之為帶正電（或“陽電”）；如果一個物體少于它正常份量的電，它就被稱之為帶負電（或“陰電”）。所謂放電就是正電流向負電的過程。

１８００年春季，有關電流起因的爭論有了進一步的突破。伏打發(fā)明了著名的“伏打電池”。這種電池是由一系列圓形鋅片和銀片相互交迭而成的裝置，在每一對銀片和鋅片之間，用一種在鹽水或其他導電溶液中浸過的紙板隔開。銀片和鋅片是兩種不同的金屬，鹽水或其他導電溶液作為電解液，它們構成了電流回路。這是一種比較原始的電池，是由很多銀鋅電池連接而成的電池組。

電學認識的歷程時間

事件

發(fā)明人

1834直流電動機德國雅可比

1838電報美國莫爾斯

1843申請傳真專利

1876電話發(fā)明蘇格蘭貝爾

1879電燈發(fā)明美國愛迪生

1888交流電動機美國特斯拉

1888發(fā)明無線電德國赫茲

1929電視發(fā)明英國貝爾德

1939雷達發(fā)明英國

1947計算機美國馮.諾依曼

1946半導體美國電報電話公司

電氣發(fā)明大事記第一章電路基本概念與基本定律

什么是電路？

?電路（electriccircuits）就是由若于電氣元件（electricalelements）相互連接構成的電流的通路。本課程中主要接觸的電氣元件包括：電壓源、電流源、電阻、電容、電感、變壓器、電機。電路都有哪些作用？1、傳輸能量：電能的產(chǎn)生、傳輸和分配

可再生能源我國發(fā)電種類及比例火電(78%)水電(20%)核電及其它(2%)2、功率變換，電力電子應用：電機驅動系統(tǒng)及大功率電力電子的應用。3、處理信號,控制，測量，數(shù)字邏輯計算

電信號的獲得、變換和放大。本學期主要內容：1、直流電路（DCcircuits）2、動態(tài)電路（Transientcircuits）3、交流電路（ACcircuits）有何區(qū)別？本章內容之一

電路的組成

電路的模型

電路的變量

電路的功率1、電路的組成

電路為什么要計算？2、電路的模型

3.電路的變量電壓voltage,電流current，功率

power，電位potential,電荷charge,磁通flux1）電流：電荷隨時間的變化率2）電壓：電場力移動單位電荷做的功3）電位（potential）:從某點到參考節(jié)點的電壓降導線上各點電位相等。4）電動勢（eletromotiveforce）:

伏打對生物電觀點的質疑

（Volta,A.1745-1827）

1800年建立伏打電堆模型。伏打電池是實用電池的開端。銀-鋅蓄電池廣泛用作各種電子儀器的電源，它的充電和放電過程可以表示為：2Ag+Zn(OH)2Ag2O+Zn+H2O放電充電此電池放電時，負極上發(fā)生反應的物質是（）A.AgB.Zn(OH)2C.Ag2OD.ZnD電極反應：負極：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2正極：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-鋰電池干電池疊層電池各類電池各類電池鋰電池干電池疊層電池各類電池紐扣電池空氣電池小型高性能燃料電池

新型燃料電池燃料電池不是把還原劑、氧化劑物質全部貯藏在電池內，而是在工作時，不斷從外界輸入，同時將電極反應產(chǎn)物不斷排出電池燃料電池優(yōu)點：能量轉化率高，可持續(xù)使用，對環(huán)境友好負極:2H2+4OH-－4e-＝4H2O正極:O2+2H2O＋4e-＝4OH-總反應方程式：

2H2＋O2＝2H2O電流的方向問題電流參考方向i1電壓參考方向+-U1總結電壓參考方向與電流參考方向的關系4、功率本章內容之二電阻器獨立電源電路的分類基爾霍夫定律重點一、電阻器(Resistor)對于線性電阻來講：u∞i1、電路符號：2、歐姆定律：(1)采用關聯(lián)參考方向時u=RiR-電阻（Resistance）單位(unit)－歐姆（Ω）令R＝1/GG:電導，單位（unit）:s(西門子)歐姆定律：i=GU(1)關聯(lián)參考方向電阻器u-i關系u=RiR=tgα=ρl/s(2)采用非關聯(lián)參考方向時歐姆定律：u=-Ri

或i=-Gu3、開路與短路R＝0，或G＝∞，電路視為短路u=0，i由外電路決定。G＝0，或R＝∞，電路視為開路i=0，u由外電路決定。4、電阻吸收的功率P吸=ui=i2R=u2/R關聯(lián)參考方向時非關聯(lián)參考方向時P吸=u(-i)=i2R=u2/R無論參考方向如何選，電阻都要吸收功率。結論：5、電阻的測量與形狀

二、獨立電源(independentsource)1、理想獨立電壓源（idealindependentvoltagesource）電路符號：1）電路特性：A、獨立電壓源兩端電壓與電路其它部分無關

直流電壓源

u=Const

交流電壓源

u=100Sin(50t)B、獨立電壓源電流由外電路決定2）u-i特性：2、理想獨立電流源（idealindependentcurrentsource)電路符號：A、獨立電流源電流與電路其它部分無關

直流電流源i=Const交流電流源i=100Sin(50t)B、獨立電流源電壓由外電路決定1）電路特性：2）u-i特性：3、獨立電源的開路與短路4、獨立電源的功率5、實際電源

三、電路分類1、線性與非線性：線性電路：負荷由線性電阻、線性受控源等線性元件構成的電路，用線性方程來描述。非線性電路：負荷中包含非線性元件的電路，用非線性方程來描述。2、時變與時不變：時不變電路：負荷由時不變元件構成的電路。時變電路：負荷中包含時變元件的電路。四、基爾霍夫定律

（Kirchhoff’sLaws）1、術語a、支路branch:電路中通過同一電流的每個分支

。(b)b、節(jié)點node:若3個或更多支路的連接點。(n)c、路徑path:兩個節(jié)點間包含的支路。e、回路loop:由支路組成的閉合路徑。(l)f、網(wǎng)格mesh:若平面電路中不與其余支路相交的回路。2、Kirchhoff’sCurrentLaws(KCL)流入或流出節(jié)點的電流代數(shù)和為零。Σi(t)=0,KCL物理基礎是電流連續(xù)性。舉例廣義KCL方程：i=012i1=i2+_12113V+_1VI=?3、Kirchhoff’sVoltageLaws(KVL)回路中所有電壓的代數(shù)和為零。

Σu(t)=0,有兩種方向：順時針、逆時針廣義KVL：電路中任意兩點間的電壓等于兩點間任意一條路徑經(jīng)過的各元件電壓的代數(shù)和。KCL、KVL小結：(1)KCL是對支路電流的線性約束，KVL是對支路電壓的線性約束。(2)KCL、KVL與組成支路的元件性質及參數(shù)無關。(3)基爾霍夫定律與元件特性構成了電路分析的基礎。(4)根據(jù)參考方向正確表示KCL,KVL。例題

求U，I舉例課堂習題（1）圖中電路的電壓Uab等于ab-+3V3Ω+-2V1Ω2A（3）下圖中，已知：100V電源發(fā)出100W功率，I＝（），U＝（）＋－100V20ΩI＋－U＋－60V（4）試求下列各電路中的未知電流。I1I2I3I1＝－5AI2＝10AI1I2I3I4I1＝－5A，I2＝10AI3＝3A（5）下圖中，6V電壓源發(fā)出功率()w，1A電流源吸收功率(