第1章电路的基本知识.ppt

,电工电子技术基础,欢迎学习,电工电子技术基础是根据目前职业教育理论知识、以“必需、够用”为度，加强基本技能训练的教学思想，采用理论和实践相结合的教学方式，系统介绍电工、电子技术方面的基本知识和基本技能。全书共10章，主要内容包括：电路的基本知识、直流电路的分析与计算、磁场与电磁感应、电容器、单相交流电路、三相交流电路、常见半导体器件、放大电路、直流稳压电源、数字电路等。本书可作为中等职业学校、技工学校、技师学院和职业院校电工电子课程的教材，也可供相关从业人员参考使用。,前 言,下面提出具体的要求：1、课堂要求 不缺课、不迟到、不早退、不讲话、不溜号、不睡觉。,认真听课，积极思考，主动学习，要有意识地锻炼自己分析问题和解决问题的能力 加强习题训练，独立认真完成作业，要养成良好的学习态度和严谨的科学作风；善于总结，勤于思考，及时答疑。,本课程的学习要求,2、作业本要求 每次课后留23道题，每周第一次课上课前交作业。每人准备两个作业本，轮换使用。封面上写清班级、学号、姓名。3、对作业的要求：字迹工整，容易辩认；步聚清楚、完整。先抄题、画图，再解题。画图时一定要用尺画，画上的符号、标记要完整、清晰。可以互相探讨并参考有关资料，但不允许抄作业；对于不符合要求的作业，将给予警告！或不批改！严重者将在作业上注明“重做！”字样，并且，此次作业为无效，视为一次作业未交。,1.1 电路的概念,1.2 电路中的主要物理量,1.3 电阻,1.4 欧姆定律,1.5 电功与电功率,1.6 技能训练:验证欧姆定律的接线及测量（包括万用表的原理、使用和电流、电压、电阻等基本物理量的测量方法）,学习内容,第1章 电路的基本知识,1、了解电路的组成，理解并熟悉 电路中基本物理量的概念和内涵 2、掌握电阻定律、欧姆定律和内涵 3、掌握电功和功率的概念及计算 4、了解电流热效应的应用和可能造 成的危害，5、掌握焦耳定律的内涵及热量计算,第1章 电路的基本知识,学习目标,1.1.1 电路和电路的组成,1.1 电路的概念,1.1.2 电路图,随着科学技术的快速发展，电工技术已广泛用于生产、生活的各个方面。尽管目前使用的电气设备种类繁多，但基本上都是由各式各样的基本电路组成的，因此，掌握电路的基本知识十分重要。,各种电气设备、电子仪器要工作和运行、都得依靠各种不同的电路来实现，而了解电路的组成是分析和设计电路的基础。,1.1.1 电路和电路的组成,电流流经的路径称为电路。它是由各种电气设备和元器件按照一定的连接方式构成的电流通路。电路一般由电源、负载和中间环节（导线和开关）等基本部分组成。这三部分也称为组成电路的“三要素”。,手电筒实体电路,电路模型,电路的组成-实例分析,如,手电筒电路,电源,开关,负载,手电筒电路由电池、灯泡、开关和导线等组成一个 闭合的电流的通路。电流通过灯泡后发光，它将电 能转换成为光能和热能。,电源,负载,中间环节,+,-,图1.1 手电筒实物及电路,电路的组成-手电筒实物及电路,电源-是将其他形式的能转换为电能的装置。它的作用是将机械能、化学能、光能、水能等其他形式的能转换为电能。,如：,发电机、干电池、蓄电池、太阳能电池、信号发生器等。,1）电源,电路的存在十分普遍，实际电路的种类很多，就其功能大致可分为强电电路（供电电路）和弱电电路（信号电路）。,电源实物图,电源是把其他形式的能转换成电能的装置。实物如下图,2）负载,负载-是将电能转换成其他形式能量的装置。它的作用是将电能转换成光能、热能、机械能等其他形式能量。,如:,电动机、灯泡、电炉等。,在电子电路中，按电流和电压的种类可分为直流电路和交流电路。,负载实物图,负载-它把电能转换成其他形式能量的装置。也称用电设备或用电器，是应用电能的装置。实物如下图所示：,3）中间环节（导线和开关）,中间环节（导线和开关)-导线是用来连接电源和负载的元件，开关是控制电路接通和断开的装置。中间环节在电路中起着传递、控制和分配电能的作用。,如:,导线、开关、熔断器、测量仪表等。,按供电的相数来分可分为单相电路和三相电路。,常见导线实物图,控制和保护装置,为了使电路安全可靠地工作，电路通常还装有开关、熔断器等器件，对电路起控制和保护作用。,知识扩展,熔断器，俗称保险丝，是低压供配电系统和控制系统中最常用的安全保护电器，主要用于短路保护，有时也可用于过载保护。,供电电路可以实现电能的传输、分配和转换。,电力系统中：,电子技术中：,信号电路可以实现电信号的传递、存储和处理。,电路的作用就是实现电能的传输、转换和分配，信号的传输和处理。,供电电路的输送知识,供电电路的作用：1）对电能进行传输、分配和转换。,信号电路的传送知识,信号电路的作用：2）对信号进行传递、存储和处理。,1.1.2 电路图,用国家统一规定的图形符号画成的电路模型图称为电路图。,如右图所示,手电筒实体电路,电路模型,（1）电路模型 是由理想元器件和理想导线的符号构成的电路图。以后书本上所绘的电路图都是由理想元件构成的电路模型。,（3）电路图绘制的特点,（2）理想元器件 在实体电路中使用的元器件较为复杂，为便于对电路进行分析和研究，为了绘图方便和标准化，国家规定了各种电气元器件的图形符号，称为理想元器件。,电路图并不反映电路的几何尺寸和设备的具体结构，也不反映设备和元件的真实位置，不要求按比较绘制。它只反映电路中电气方面相互联系的实际情况，便于对电路进行分析和计算。,表1.1 部 分 电 工 图 形 符 号（摘自GB/T47282000）,在今后学习中，我们在课堂上所分析和计算的都是指电路模型，简称电路。在电路图中，各种电路元件用规定的图形符号表示。如常用的手电筒，其电路模型如下图所示，电路中灯泡用电阻元件表示，其参数为电阻R，电池是电源元件，其电动势可用E，电池与灯泡的连接还有导线和开关，其电阻微小忽略不计，认为是一个无电阻的理想导体。,4）电路图的绘制,如右图所示,用规定的图形符号表示电路连接情况的图称为电路图。,【实训练习】绘制电路图,想一想,检验学习结果,电路由哪几部分组成？试述电路的功能？,绘制电路图时常采用哪几种符号？它们代表什么含义？,何谓电路模型？,学好本课程，应注意抓好四个主要环节：提前预习、认真听课、及时复习、独立作业。还要处理好三个基本关系：听课与笔记、作业与复习、自学与互学。,第1.1小节学习结束。Goodbye!,1.2 电路中的主要物理量,1.2.1 电流,1.2.2 电压和电位,1.2.3 电动势,引子：水在水管中沿着一定方向流动，水管中就有了水流。电荷在电路中沿一定方向移动，电路中就有了电流。本节主要学习电流、电压、电位、电动势等几个电路中常用物理量。,1.2.1 电流（I-代表符号）,1）电流的定义,电荷的定向移动形成电流。因此，要形成电流必须要有可自由移动的电荷。金属导体中带负电的电子，电解液中的正、负离子就是自由移动的电荷。,电流的方向：人们习惯上把正电荷定向移动的方向规定为电流的方向。,在金属导体中，电流的方向与自由电子实际定向移动的方向相反。,在金属导体中，电流的方向与自由电子实际定向移动的方向相反。,如右图所示,2）导体中电流的方向,电流实际方向,3）电流的大小,电流有大小之分，电流的大小取决于单位时间内通过导体横截面的电荷量。若在时间t内，通过导体横截面的电量为Q，则电流的大小为：,表达公式右图所示,式中：I-代表电流。单位为安（A）Q-代表电荷量。单位为库仑（C）t-代表时间。单位为秒（S）,4）电流的单位：,在国际单位制中，电流的单位是安培【A】，简称安。实际应用单位有千安【kA】，较小的单位还有毫安【mA】和微安【A】。,千安(kA)、安培(A)、毫安(mA)、微安(A)它们之间的换算关系是：1kA=1000A 1A=1000 mA 1mA=1000A,备注：1A（安培）=1C(库仑)/s(秒),想一想！320uA的电流相当于多少mA?,在进行电路分析计算时，电流的实际方向有时难以确定，为此，可以预先假定一个电流方向称为电流参考方向（也称正方向），并在电路中用箭头标出。当电流的实际方向与参考方向一致时，则电流为正值，即“+”号；反之，电流为负值，即“”号。因此，只有在参考方向选定之后，电路值才有正负之分。,5）电流的参考方向,电流流经电阻的方向,直流：凡大小和方向都不随时间变化的电流称 为直流电流，用“I”表示。,6）电流的种类,电子电路按电流与电压的种类可分为直流电和交流电两种,交流：凡大小和方向都随时间变化的电流称为 交流电流，用“i”表示。,交流电在工业生产和日常生活中应用极为广泛，如电网供给的照明用电、动力设备用电等都是交流电。,【例1.1】已知流经某导体横截面的电流为1.5A，问在多少时间内通过导体横截面的电量为60C？,7）电流、电量、时间的计算实例,若一根导线截面上每秒恒定通过的电荷量为2C，那么通过导线的电流为多大？若2s内通过的电荷量为2C，导线的电流又为多少？,想一想,1.2.2 电压和电位,1.电压（U-为代表符号）电压是衡量电场力做功大小的物理量，用字母U表示。单位为伏特（V），简称伏。如图所示，在电路中，电场力把单位正电荷从a点移到b点所做的功Wab，定义为a、b两点间的电压Uab。,单位正电荷a点,单位正电荷b点,参考点,电压与电位,电压就是衡量电场力做功能力大小的物理量。,1.2.2 电压,在电路中，电流之所以能够持续的产生，是因为有相当于水泵一样功能的干电池存在，电池具有持续产生电压的能力。电压在电路中的作用相当于水压的作用，所以能保证电流的持续流通，不断地为负载提供能量，使电路正常工作。电压是一个既有大小又有方向的量，通常用正负极性表示电压的方向，电压的大小一般用 U 表示。,2）电压的定义公式,表达公式右图所示,式中：Wab-是电场力将正电荷从a点移到b点所做的功，单位是焦耳（J）。Q-为被移动的正电荷量，单位是库仑（C）。Uab-为a、b两点间的电压，记为Uab。单位是伏特（V），简称伏。,电压Uab就是电场力把单位正电荷Q从a点移到b点所做的功Wab,3）电压的单位换算,电压的国际单位制是伏特V，常用的单位还有千伏【KV】毫伏mV和微伏【V】。等，换算关系为：,1KV=1000V 1V=1000mV 1mV=1000uV,即：1 kV=103V=106mV=109V,想一想 练一练！0.56V的电压相当于多少mV?,在分析与计算电路时，按照所选定的参考方向电压为正值（U0），表明电压的实际方向与参考方向一致，电压为正值，即“+”号；电压为负值（U0），表明电压的实际方向与参考方向相反，电流为负值，即“”号。,电压同电流一样，也先要任意选定其参考方向，电压的参考方向可用箭头在图上表示，由起点指向终点；也可用双下标表示，前一个下标代表起点，后一个下标代表终点，如图（a)；电压的方向还可以在起点标正号（+）、终点标负号（-）表示，如图（b）。,3）电压的参考方向,如果在电路中选定一个参考点，则电路中某一点与参考点之间的电压即为该点的电位。单位：伏特（V）。,4）电位的定义,如右图所示：若取O点为参考点，则,计算电位时，必须先任意选定电路中的某一点作为参考点，并规定该点的电位为零（参考点就是零电位点）。,参考点,如上图所示，由于Uao=Uab+Ubo，若取O点为参点，则 Va=Uab+Vb 故 Uab=Va-Vb,5）电压与电位的关系,如右图所示,结论：电路中任意两点间的电位之差就等于这两点之间的电压，故电压又称电位差。,参考点,通常选大地作为零电位参考点，在电子仪器和设备中又常把金属外壳或电路的公共接点定为零电位点。零电位的符号有两种：“”表示接大地，“”表示接机壳或公共点。,直流情况下,6）高中物理课中电压的定义,高中物理课对电压的定义是：电场力把单位正电荷从电场中的一点移到另一点所做的功。其表达式为：,注意：变量用小写字母表示，恒量用大写字母表示。,电工技术基础问题分析中，通常规定电压的参考正方向由高电位指向低电位，因此电压又称作电压降。,从工程应用的角度来讲，电路中电压是产生电流的根本原因。数值上，电压等于电路中两点电位的差值。即：,图1.8 测量电压的仪表,参考书：电位的概念,电位实际上就是电路中某点到参考点的电压，电压常用双下标，而电位则用单下标，电位的单位也是伏特V。,电位具有相对性，规定参考点的电位为零电位。因此，相对于参考点较高的电位呈正电位，较参考点低的电位呈负电位。,【案例1.2】电位、电压的测定本案例通过电位值、电压值的测定，验证电位的相对性和电压的绝对性。【操作步骤】（1）在实验线路板上按照下图连线好电路。,【实训】电位、电压的测定（1）,电路如右图所示,实训注意事项,1在启动实验电源之前，应使直流稳压的输出端旋纽置于零位，实验时再缓缓地增、减输出。2使用各仪表测量直流量时要正确选择表笔的极性，同时读数要正确。读指针表读数时，应正视表面，同时认清所选测量档的标度尺；记录时要标出正、负号。3稳压源输出端（即两个电极）不允许短路。4不能用万用表的电流档和电阻档测量电压值，不能带电测电阻。5改接线时，要断开稳压电源，以避免带电操作。,（2）检查电路连接无误后，接通电源（通电前将稳压电源调至9V）。,【实训】电位、电压的测定（2）,（3）用数字万用表进行测量电位值值（量程调至10V的直流电压挡）。以d点为参考点，分别测量a、b、c、d、g、h各点电位值及电压值Uhb、Uba、Ubc、Ucd、Uda、Uhg，将测量数据记入表1-2。以a点参考点，重复步骤。,表1.2 测量数据记录,结论：（1）电位具有，它的大小与参考点的选择。（2）电压具有，它的大小与参考点的选择。,【实训】数据记录（4）,注意：测量电位时，若用指针万用表测量，则用万用表的黑表笔接参考点，红表笔接被测点。当指针万用表的表针正向偏转，则表示电位值为正；若表针反向偏转，应调换表笔，然后读出数值，此时电位值为负值。测量电压时，应将万用表的红、黑表笔并接在被测电路的两点上，表针正向偏转，则电压值为正值；若发现表针反向偏转时，应调换表笔，此时的电压值为负值。,【实训】注意事项（3）,【综合练习案例】,在下图中，已知Uco=3V，Ucd=2V。试分别以d点和o点为参考点，求各点的电位及d、o两点间的电压Udo。,想一想 练一练！,解：（1）以D点为参考点，即,因为,所以,又因为,所以,（2）以O点为参考点，即,因为,所以,因为,所以,【综合案例解答】,特别提示：电位参考点的选择是任意的，参考点不同，电路中的同一点的电位也会随之改变。,检验学习结果,什么是电流？形成电流的条件？金属导体和电解液中分别有什么是可自由移动的电荷？,求下图电路中开关S闭合和断开时B点的电位。,试述电压和电位的异同，若电路中两点电位都很高，则这两点间电压是否也很高？,1.2.3 电动势（E-代表符号）,在下图中，为使水在C管中持续不断地流动，必须用水泵把B槽中的水不断地泵入A槽中，以维持两槽间的固定水位差，也就是要保证水管C两端有固定的水压。电源与水泵的作用相似，在电源内部，电源把正电荷由电源的负极搬到正极在电路中持续不断地流动。电源是利用非电场力把正电荷由电源的负极搬到电源的正极。,为了衡量电源内部非电场力做功的能力，引入电动势的概念：在电源内部，电源力将单位正电荷从电源负极b移动到正极a所做的功称为电源的电动势。用字母E表示，单位为伏特（V）。,电动势的方向规定为电源内部由负极指向正极。对于一个电源来说，在外部不接负载时，电源两端电压的大小等于电源电动势的大小，但方向相反。,1）电动势的定义,表达公式右图所示,电动势定义的理解,表述电源都有一定的转换电能的本领；电源两端的电位差 电动势只存在于电源内部，其实际方向与电压的实际方向相反。,想一想！,第1.2小节学习结束。Goodbye!,1.3 电阻,1.3.1 导体的电阻,1.3.2 电阻定律,1.3.3 电阻器的主要指标和标志方法,引子：常用的导线通常是用铜或铝制作的，特别重要的电气设备的导线还要用价格昂贵的银来制作，铁又多又便宜，为什么不用铁来做导线呢？这与它们的导电性有关!,1.3.1 导体的电阻（R-代表符号）,当电流通过导体时，导体中的自由电子在移动的过程中不断地与导体中的原子发生相互碰撞，这种碰撞对电子的运动起阻碍作用。导体对电流的阻碍作用称为导体的电阻。,1)导体的电阻,电阻产品实物图,电阻元件图符号,线性电阻元件伏安特性,电阻器简称为电阻；常见的电阻有金属膜电阻、碳膜电阻、水泥电阻、玻璃电阻、保险电阻、绕线电阻等。白炽灯、电炉和电烙铁等也可以看作是电阻。电阻消耗的电能一般是以热能形式释放，所以，电阻或导线通过电流时会发热。,在一定的温度下，各种电阻器的阻值一般为常数，与所加电压和通过的电流无关，这时，称为线性电阻。线性电阻的阻值只与导体材料和几何尺寸有关。随着电压或电流的变化而电阻值不同的称为非线性电阻。,1)电阻的分类和电阻的性能,（1）热敏电阻。（2）光敏电阻。（3）压敏电阻。（4）湿敏电阻。,常见的敏感电阻器如下,2）电阻的单位,电阻的单位是：欧姆（）、常用单位还有：千欧（k）、兆欧(M),它们的换算关系是：1K=1000,1 M=1000k即：1M=103k=106,1.3.2 电阻定律,实验表明：导体的电阻不仅与导体自身的材料有关，而且与导体的长度成正比，与导体的横截面积成反比，这个结论称为电阻定律。,式中 导体的电阻率，单位为欧米（m）,它是反映材料导电性能好坏的物理量。,表达公式右图所示,电阻率是反映材料导电性能好坏的物理量，越大，导体的导电性越差。不同材料的导体其电阻率也不同。在金属导体中，银的电阻率最小，导电性能最好，但价格昂贵，铜和铝的电阻率也较小，作为导电材料，铜用得较多。,表1.3 几种常见材料在20时的电阻率,1）常见材料的电阻率,【例1.2】试计算长度为100m，横截面积为2.5mm2的铝导线在20时的电阻值是多少？解：由表1.3可以查出铝的电阻率为：,2）电阻率计算实例,1.3.3 电阻器的主要指标和标志方法,1）电阻器的主要指标1、标称阻值-为了便于生产，同时考虑到能够满足实际使用的需要，国家规定了一系列数电阻值作为产品的标准，称为电阻器的标称阻值。电阻器的标称阻值应为表中所列数千值的10n倍，n为正整数、负整数或零。,2、允许偏差-电阻器的标称阻值与实际阻值不完全相符，存在着误差（偏差）。当R为实际阻值、RH为标称阻值时，允许偏差的表达式为：（R-RH）/RH。允许偏差表示电阻器阻值的准确程度，常用百分数%表示。,3、标称功率-也称为额定功率，是指在一定的条件下，电阻器长期连续工作所允许消耗的最大功率。,普通电阻器的标称阻值系列,电阻器的标称值应符合表中所列数值乘以10n倍，其中n为正整数、负整数或零。,(1)电阻器的性能指标主要是指电阻的标称阻值、允许偏差、额定功率、最高工作电压、稳定性、温度特性等参数，其中主要指标是标称阻值、允许偏差和标称功率。,2)电阻器的标志方法,直标法是将额定功率、标称阻值、允许偏差等电阻器的性能指标用数字和文字符号直接标在电阻器的表面上。,色标法是用颜色表示元件的各种参数并直接标注在产品上的一种标志方法。采用色环标注的电阻器，颜色醒目，标志清晰，不易褪色，从各方向都能看清阻值和偏差，有利于电气设备装配、调试和检修。,(2)电阻的标志方法如下：,1）直标法示图,直标法用阿拉伯数字、符号在电阻体表面直接标注阻值和允许偏差的方法。适合于体积较大的电阻标注。,直标法识读示例,其中，用阿拉伯数字和文字符号来标称电阻器主要参数的方法。适合于体积稍大（或较大）的电阻标注。,文字和数字符号标注示例,3）色标法,色标法用不同颜色的色环在电阻器表面标出标称阻值和允许偏差的方法。,四环色标法,五环色标法,四环色标法,五环色标法,表1.5 电阻值的色标符号,3）电阻器色标法含义,电阻器的色环标志法,四色环标注法,五色环标注法,识别电阻器的色标:小功率的电阻器多数情况下用色环表示。特别0.5W2W以下的碳膜电阻器和金属膜电阻器较为普遍采用色标法标注电阻器大小及精度等。色环标注电阻器的色环可分为三环、四环、五环3种。具体含义如表1.5所示：要认真背熟各种颜色所代表不同的数值。如：红色代表“2”，黄色代表“4”等。,识别首位色环:准确识别首位色环，对准确读出电阻器的标称值非常重要。因为电路中的电阻器可能会随意放置，并不一定首位色标在左边，如果首位错定为另一端，则数据必定全错。,下面介绍几点识别首位色环的方法：1）在一般电阻器的色环中，金色环、银色环一般表示电阻的精度，如果在色环中有金或银色环，则通常此色环为末位色环。2）最靠近引线端的色环是首位色标，依此可定出其右边的第二、第三、第四和五位色环。3）当色环中与最后一环的颜色相同时，则可通过色环之间的距离来判断，即第一环与第二环之间的距离比最后一环与前一环的距离小。4）如果色环中没有金或银色环，并且无法准确判断哪个色环最靠近引线端，可以先用万用表测量一下，然后根据所测阻值，来确定“乘数位”色环的颜色，继而判断出首位色环的颜色。,例1：阻值为26000、允许偏差5%的电阻器，表示方法如下图（a）所示。,例2：阻值为17.4、允许偏差为1%的电阻器，表示方法如上图（b）所示。,4）电阻器的色标方法：实例,例3：根据规定表1.5中电阻的阻值为黄 紫 红 金，试求色环电阻的阻值为多少？,第1.3小节学习结束。Goodbye!,1.4 欧姆定律,1.4.1 部分电路欧姆定律1.4.2 全电路欧姆定律1.4.3 电源的外特性,1.4.1 部分电路欧姆定律,1）中学基础知识：只含有负载而不包含电源的一段电路称为部分电路。,2）通过实验得知：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，这个规律称为部分电路欧姆定律。,表达公式右图所示,【例1.3】当一个白炽灯接上4.5V电压时，其灯丝的工作电阻值为1.5。试问此时流经灯泡的电流是多少？,3）部分电路欧姆定律计算实例,【例1.4】当一个电炉接上220V电压时，电炉的工作电阻值为1k。试问此时流经电炉的电流是多少？,想一想 练一练！,220A对吗？,1.4.2 全电路欧姆定律,1）全电路是指含有电源的闭合电路。,电源中电动势,电源中内阻,简单的全电路右图所示,外电路电阻,图中的点画线框内代表一个实际的电源，电源的内部一般都是有电阻的，这个电阻称为电源的内电阻，用字母r表示。,图1-14全电路欧姆定律电路图,2）电源内电阻的绘制图,实际上电源的内部一般都是有电阻，这个电阻称为电源的内电阻，简称电源内阻，用字母r表示。为了看起来方便，通常，在电路图上把r单独画出。事际上，电源内电阻是在电源内部，与电动势是分不开的，因此，在绘制电路图时，可以不单独画出来，只要在电源符号的旁边注明内电阻的数值就行了。,3）全电路欧姆定律的表述过程,前面我们已经学习过，当开关S断开时，电源的端电压在数值上等于电源的电动势（方向是相反的）。当开关S闭合时，我们用电压表测量电源的端电压，发现所测数值比开路（断开）电压小，或者说，闭合电路中电源的端电压小于电源的电动势。这是为什么呢？这是因为电流流过电源内部时，在内电阻上产生了电压降Ur，而Ur=Ir。可见电路闭合时，电源端电压U应该等于电源电动势E减去内压降Ur，即：U=E-Ur=E-Ir=IR。故：E=IR+Ir=I(R+r)，即:I=E/R+r,全电路欧姆定律-电路过程分析,电源中电动势,开关S断开,全电路欧姆电路所示图,电源端电压,图1-14全电路欧姆定律电路图,1、如1-14图所示，前面我们已经学习过，当开关S断开时，电源的端电压在数值上等于电源的电动势（方向是相反的）。,全电路欧姆定律-电路过程分析,电源中电动势,开关S断开,全电路欧姆电路所示图,电源端电压,图1-14全电路欧姆定律电路图,2、如1-14图所示，当开关S闭合时，我们用电压表测量电源的端电压，发现所测数值比开路（断开）电压小，或者说，在闭合电路中，电源的端电压小于电源的电动势。,全电路欧姆定律-电路过程分析,图1-14全电路欧姆定律电路图,3、这是因为电流流过电源内部时，在内电阻上产生了电压降Ur，而Ur=Ir（由部分电路欧姆定律变化）。可见电路闭合时，电源端电压U应该等于电源电动势E减去内压降Ur，即：U=E-Ur=E-Ir=IR。故：E=IR+Ir=I(R+r)，即:I=E/R+r,在一个闭合电路中，电流与电源的电动势成正比，与电路中内电阻和外电阻之和成反比，这个规律称为全电路欧姆定律。,4）全电路欧姆定律的定义,式中：I-电流，单位是安培（A）r-电源内阻，单位是欧姆（）E-电源电动势，单位是伏特（V）R-外电阻，单位是欧姆（）,经变化后：E=U+IrU=E-Ir,全电路欧姆定律表达分析：,全电路欧姆定律内容是：闭合电路中的电流与电动势成正比，与电路的总电阻（内电路电阻与外电路电阻之和）成反比，用公式表示为,端电压U随外电路电阻R变化的规律：,【例1.4】有一电源电动势E=3V，内阻r=0.4，外接负载电阻R=9.6，试求电源端电压和内压降。,解：由全电路欧姆定律,得,故电源端电压,内压降,1）全电路欧姆定律应实例,【例1.5】已知电池的开路电压UK=1.5V，接上9的负载电阻时，其端电压为U=1.35V,试求电池的内电阻r。,2）全电路欧姆定律应实例,1.4.3 电源的外特性,1.电源的外特性 当电源电动势E和内电阻r（简称内阻r）一定时，电源端电压U随负载电流I变化而变化。我们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。,图1-16电源的外特性电路图,图1-15电源的外特性曲线图,图1-16电源的外特性电路图,图1-15电源的外特性曲线图,电源端电压U应该等于电源电动势E减去内压降Ur，即：U=E-Ir,基础知识：由全电路欧姆定律得知：电源端电压U与负载电源I的关系为：U=E-Ir,2）电路的工作状态,（1）通路，也称工作状态或带负载状态或闭路状态。如(1)图所示，电路中开关闭合，电源与负载连成闭合回路，电路中有电流流过。,（1）通路,IE(R+r),（2）开路,（2）开路，图中开关S断开，电源与负载没有连成闭合回路，如(2)图所示，电路中没有电流流过。通路和开路属于正常状态。,U=E,备注：任何一个电源都含有电动势和内阻，实际电压源的模型由理想电压源E串联一个内电阻r组成。,2）电路的工作状态,（3）短路,（3）短路，即电路中的电源或电路的某部分被导电体短接。如图（3）所示，电源被短路时，电源中的电流很大，而负载中却没有电流通过，这样会烧坏电源或引发事故，这种现象在电路中是不允出现的。电路中部分电路短路时，被短路的部分电路中没有电流通过，电路的总电流增大，从而使部分元器件损坏！,U=0,IE/r,(2)开路,(3)短路,电源短路是严重的故障状态，必须避免发生。但有时在调试和维修电气设备的过程中，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。,电流 I=0电源端电压：U=E,电流,电源端电压 U=0,(1)通路,2）电路的三种状态下电流、电压和电动势 之间的关系,【综合案例】,在下图所示电路中，设电阻R1=14，R2=9。当开关S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。试求电源电动势E和内电阻r。,图1-17综合案例电路图,解：根据全电路欧姆定律，可列出联立方程：,消去E，解得,把r=1代入E=I1R1+I1r，可得E=3 V,【综合案例】解答,第1.4小节学习结束。Goodbye!,1.5 电功与电功率,1.5.1 电功,1.5.2 电功率,1.5.3 焦耳定律,1.5.4 负载的额定值,1.5.1 电功（W-代表符号）,1）电流所做的功称为电功。如果a、b两点间的电压为U，则电场力将电量为Q的正电荷从a点移到b所做的功W：,而,故,式中：W-电功，单位是焦耳（J）U-导体两端的电压，单位是伏特（V）I-通过导体的电流，单位是安培（A）t-通电时间，单位是秒钟（S）,2）电功的单位及千瓦时的概念,因此：电功是单位就有：焦耳（J）、千瓦时（kWh）（度）,1kWh=3.6106J,在实际应用中，电功还有一个常用单位是千瓦时（kWh）俗称“度”，其与焦耳的换算是：,3）纯电阻电路中的电功,因为：,因此：,纯电阻电路的功率,电源两端的电压,日常生产和生活中，电能（或电功）也常用“度”作为量纲：1度=1KWh=1KVAh,电功（或电能）,电流作功所消耗电能的多少可以用电功来量度。电功：,式中单位：U【V】；I【A】；t【s】时，电功W为焦耳【J】,1度电的概念,1000W的电炉加热1小时；,100W的电灯照明10小时；,40W的电灯照明25小时。,1.5.2 电功率（P-代表符号）,1）电功率-单位时间内电流所做的功称为电功率。,它们的换算关系为：1kW=1000W 1W=1000mW,单位是：瓦特,单位是：瓦特,单位是：秒,电功率的单位是瓦特（W）、常用单位还有：千瓦（kW）,2）纯电阻电路中的电功率,因为：,因此：,解：(1)由部分电路欧姆定律得电阻上的电压降：U=IR=0.05100=5V(2)电阻消耗的功率：P=UI=50.05=0.25W（瓦特）(3)电阻消耗的电能：W=Pt=0.2560=15J（焦耳）,【例1.6】一个100的电阻流过50mA的电流时，求电阻上的电压降和电阻消耗的功率，当通电时间为1min时，电阻消耗的电能为多少？,电功率计算实例,【例】两只100W灯泡使用6小时，一个800W电熨斗使用2小时，一个1200W电暖气使用4小时，它们总用电量共计是多少？7.6w.h,例：有一 220V 40W的电灯，接在 220V的电源上，试求通过电灯的电流和电灯在 220V电压下工作时的电阻。如果每晚用电3小时，则一个月消耗的电能有多少？,解：,一个月消耗的电能,想一想？,家里所用照明灯在深夜比黄昏时要亮一些，为什么？,因：P=UI,因此：,想一想 练一练,1、某用电器的额定值为“220V，100W”，此电器正常工作10小时，消耗多少焦耳电能？合多少度电？,2、一只标有“220V，60W”的电灯，当其两端电压为多少伏时电灯能正常发光？正常发光时电灯的电功率是多少？若加在灯两端的电压仅有110伏时，该灯的实际功率为多少瓦？额定功率有变化吗？,3、把一个电阻接在6伏的直流电源上，已知某1分钟单位时间内通过电阻的电量为3个库仑，求这1分钟内电阻上通过的电流和电流所做的功各为多少？,3A，1080J,3600000J，1度电,220V，60W；15W，不变。,1.5.3 焦耳定律,1.电流的热效应 电流通过导体时使导体发热的现象称为电流的热效应。,2.焦耳定律 1840年，英国物理学家焦耳通过实验发现：电流流过导体产生的热量与电流的平方、导体的电阻和通电时间成正比，这一规律称为焦耳定律。,单位：焦耳（J）,表达公式右图所示,3.焦耳定律应用实例：,电流的热效应在实际生活中应用很广。例如：可以选用电阻大而又耐热的钨丝做灯丝生成白炽灯；利用电流热效应的原理生成电烙铁、电烤箱等。还可以选用低熔点的铅锡合金等生成熔断器（又称保险）的熔丝以保护电路和设备。,但是，电流的热效应也有其不利的一面，如电动机在运行过程中，因电流通过而发热，不但消耗了电能，而且一旦过热会损坏设备，同时用电设备中的各种导线也会因为在通电时发热而老化，引起漏电、短路、严重时会烧坏用电设备，甚至引起火灾。因此，在这些用电设备中，应采取各种保护措施，以防止电流热效应造成的危害。,1.5.4 负载的额定值,满载：电气设备或元件在额定功率下的工作状态。,为防止电气元件和电气设备因电流过大而发热损坏，对工作时的电流、电压、功率的最大值都有一定的限制，分别称额定电流、额定电压和额定功率。一般元器件和设备的额定值都标注在其明显位置，如灯泡上标有“220V/40W”和电阻器上标有“100/2W”等。,轻载：低于额定功率的工作状态叫做状态。,过载（超载）：高于额定功率的工作状态。,额定电压、额定功率之间的关系,在通常情况下，用电器的实际功率并不等于额定功率。当实际功率小于额定功率时，用电器实际功率达不到额定值，当实际功率大于额定功率时，用电器就容易损坏了。,用电器在额定工作时的电压叫额定电压，额定电压下的电功率称为额定功率。额定功率通常标示在电器设备的铭牌数据上，作为用电器正常工作条件下的最高限值。,【例1.7】一个“220V、100W”的灯泡正常发光时通过灯丝的电流是多少？灯丝的电阻是多大？,解：由P=UI，得,额定值计算实例,检验学习结果,1.电源外特性与横轴相交处的电流=？电流工作状态？,2.该电阻允许加的最高电压=？允许通过的最大电流=？,3.额定电流为100A的发电机，只接了60A的照明负载，还有40A电流去哪了？,4.电源的开路电压为12V,短路电流为30A,则电源的Ur=?r=？,第1章 学习结束。Goodbye!,