1電工基礎(chǔ)課件周紹敏ppt課件.ppt

1、第一章,電路的基本概念和基本定律,第一章電路的基本概念和基本定律,教學(xué)難點(diǎn)：,1了解電路的三種工作狀態(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、電路的三種工作狀態(tài)和額定電壓、電流、功率等概念。 2掌握電流、電壓、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。,學(xué)時分配：,第一章電路的基本概念和基本定律,第一節(jié)電路,第二節(jié)電流和電壓,第三節(jié)電阻,第四節(jié)部分電路歐姆定律,第五節(jié)電能和電功率,本章小結(jié),第一節(jié)電路,一、電路的基本組成,二、電路模型(電路圖),一、電路的基本組成,1什么是電路,電路是由各種

2、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)。,控制電路工作狀態(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),(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，中

3、沒有電流通過，有稱為空載狀態(tài)。,(3)短路(捷路)：電源兩端或電路中某些部分被導(dǎo)線直相連接，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)成的電路叫做實(shí)際電路的電路模型，也叫做實(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。,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

4、型)來代替，而對它的實(shí)際上的結(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)電流和電壓,一、電流的基本概念,二、直流電流,三、交流電流,四、電壓,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)體橫截面的電量，稱為電流強(qiáng)度(簡稱電流)，用符號 I 或 i(t)表示，討論一般電流時可用符號 i 。,設(shè)在 t = t2t1 時間內(nèi)，通過導(dǎo)體橫截面的電荷量為 q = q2q1，則在 t 時間內(nèi)的電流強(qiáng)度可用數(shù)學(xué)公式表示為,式中，t 為很小的時間間隔，時間的國際單位制為 秒(s)，

5、電量 q 的國際單位制為庫侖 (C)。電流 i(t) 的國際單位制為安培 (A) 。,常用的電流單位還有毫安 （mA）、微安（ A）、千安 （kA） 等，它們與安培的換算關(guān)系為,1 mA = 10-3A； 1 A = 10-6 A； 1 kA = 103 A,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)體橫截面的電量相等，則稱之為穩(wěn)恒電流或恒定電流，簡稱為直流 (Direct Current)，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 It 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

6、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(Alternating current)，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。,四、電壓,1電壓的基本概念,電壓是指電路中兩點(diǎn) A、B 之間的電位差(簡稱為電壓)，其大小等于單位正電荷受電場力作用從 A 點(diǎn)移動到 B 點(diǎn)所作的功，電壓的方向規(guī)定為從高電位指向低電位的方向。,電壓的國際單位制為伏特(V)，常用的單位還有毫伏(mV)、微伏(V)、千伏(kV)等，它們與 V 的換算關(guān)系為,1 mV = 103 V；1 V

7、=106 V；1 kV = 103 V。,2直流電壓與交流電壓,如果電壓的大小及方向都不隨時間變化，則稱之為穩(wěn)恒電壓或恒定電壓，簡稱為直流電壓，用大寫字母 U 表示。,如果電壓的大小及方向隨時間變化，則稱為變動電壓。對電路分析來說，一種最為重要的變動電壓是正弦交流電壓(簡稱交流電壓)，其大小及方向均隨時間按正弦規(guī)律作周期性變化。交流電壓的瞬時值要用小寫字母 u 或 u( i ) 表示。,第三節(jié)電阻,一、電阻元件,二、電阻與溫度的關(guān)系,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,制成電阻的材料電阻率，國際單位制為歐姆米 ( m) ； l 繞制成電阻的

8、導(dǎo)線長度，國際單位制為米 (m) ； S 繞制成電阻的導(dǎo)線橫截面積，國際單位制為平方米 (m2) ； R 電阻值，國際單位制為歐姆 () 。,經(jīng)常用的電阻單位還有千歐 (k) 、兆歐 (M),1 k = 103 ；1 M = 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

9、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 (t2t1) ,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 叫做電導(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) ) 的電阻元件叫做線性電阻，其伏安特性曲線在 IU 平面坐

10、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)) 的電阻元件叫做非線性電阻，其伏安特性曲線在 IU 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1-4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。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瓦特(W)，常用的單位還有毫瓦(mW)

11、、千瓦(kW)，它們與 W 的換算關(guān)系是,1 mW = 103 W； 1 kW = 103 W,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 又叫做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,

12、W = P t = U I t,通常電能用千瓦小時(kW h)來表示大小，也叫做度(電)：,1 度(電) = 1 kW h = 3.6 106 J,即功率為 1 000 W 的供能或耗能元件，在 1 小時的時間內(nèi)所發(fā)出或消耗的電能量為 1 度。,【例1-1】有一功率為 60 W 的電燈，每天使用它照明的時間為 4 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 = 4 30 = 120 h， 則,W = P t = 60 120 = 7200 W h = 7.2 kW h,即每月消耗的電能為 7.2 度，約合為,3.6 106

13、7.2 2.6 107 J,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)備或元器件允許通過的最大電流。 額定功率在額定電壓和額定電流下消耗的功率，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

14、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 = I2 R t,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 焦耳熱單位為 J。,本章小結(jié),本章介紹了電路的基本概念，內(nèi)容包括：,一、電路,二、電流,三、電壓,四、電功率與電能,五、電阻,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。電路的基本組成電源、負(fù)載、控制器件和聯(lián)結(jié)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)成的電路叫做實(shí)際電路的電路模型，也

15、叫做實(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)體橫截面的電量，稱為電流強(qiáng)度(簡稱電流)。,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做周期性變化，則稱為交流電流。,三、電壓,電壓是指電路中兩點(diǎn) A、B 之間的電位差，其大小等于單位正電荷因受電場力作用從 A 點(diǎn)移動到 B 點(diǎn)所作的功，電壓的方向規(guī)定為從高電位指向低電位的方向。,電壓的大小及方向都不隨時間變化，則稱之為直流電壓。電壓的大小及方向均隨時間做周期性變化，則稱為交流電壓。,四、電功率與電能,電功率是電路元件或設(shè)備在單位時間內(nèi)吸收或發(fā)出的電能，P = UI 。,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，W = P t =UIt,1度(電) = 1 kW h = 3.6 106 J,為了保證電氣設(shè)備和電路元件能