电路和电路模型.PPT
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1、,电工基础,第一章,1.1 电路和电路模型,1.2 电路的基本物理量,1.3 电阻元件和欧姆定律,1.4 电压源和电流源,1.5 工程中的电阻、电源与电路状态,第一章 电路的基本概念和基本定律,1.6 基尔霍夫定律,第一章 电路的基本概念和基本定律,1.1 电路和电路模型,1.1.1 电路,一、基本概念,1、电路的概念,电路又称网络,是各种电器设备按一定方式联接起来,构成的电流的通路。,2、电路的组成,电路由电源、负载、导线、控制装置等,电源 电源是电路中提供电能或产生信号的设备如干电池、发电机、信号发生器等。,负载 负载是电路中吸收电能或接收信号的器件。,导线和控制设备 导线和控制设备则是电
2、路中电能或信号的传输和控制器件。电路通过传输和控制器件把电源和负载连接起来。,1.1.2 电路模型,1、电路模型,1.1电路和电路模型,由理想元件及其组合近似地代替实际电路器件而组成的电路,称为实际电路的“电路模型”。,2、电路图,1.2.1 电流及其参考方向,1.2电路的基本物理量,1、电流,电荷的定向移动形成电流。,2、电流强度,单位时间内通过导体横截面的电荷量定义为电流强度。,电流强度是描述电流大小的物理量,简称为电流,用i表示,q表示电荷量,电荷量的单位为库仑,简称库(C),t表示时间,时间的单位为秒(S),电流强度的单位为安培,简称安(A),常用的单位还有千安(kA)、毫安(mA)、
3、微安(A)等,1A=103 mA=106A1kA=103A,3、单位换算关系,4、电流方向,习惯上规定正电荷的移动方向为电流的方向,当电流的大小和方向不随时间变化时,dq/dt为定值,这种电流称为直流电流,简称直流(DC)。,5、电流参考方向,1.2电路的基本物理量,在分析电路时采用标定“参考方向”的方法。参考方向是人们任意选定的一个方向。,如图(a)所示,电流的实际方向与参考方向一致,则电流为正值,如图(b)所示,若电流的实际方向与参考方向相反,则电流为负值,1.2.2 电压及其参考方向,1.2电路的基本物理量,1、电压的定义,电压是衡量电场力对运动电荷做功大小的物理量。当导体中存在电场时,
4、电荷在电场力的作用下运动,电场力对电荷做了功。电场力把单位正电荷从A点移动到B点所做的功称为A、B两点间的电压,用uAB表示。,2、电压的方向,电压的实际方向是电场力对正电荷做功的方向。,4、电压的参考方向,3、电压的单位,电压的单位为伏特,简称伏(V),常用的单位还有千伏(kV)、毫伏(mV)、微伏(V)等。,若电压的实际方向与参考方向一致,则电压为正值,若电压的实际方向与参考方向相反,则电压为负值。,电路中电流、电压的参考方向,可以分别独立地规定,当它们一致时称为关联参考方向,简称关联方向,电路中电流、电压的参考方向,当它们相反时称为非关联参考方向,简称非关联方向。,1.2电路的基本物理量
5、,5、关联参考方向与非关联参考方向,关联参考方向,关联参考方向,为了分析方便,习惯上常选关联方向。,1.2.3 电位,在电路中任选一点作为参考点,则该电路中某一点到参考点的电压就叫做该点的电位。若选择o点为参考点,那么,电路中a点的电位表示。,电位的单位是伏特(V)。,两点间的电压等于两点的电位差,所以,电压又叫电位差。,如果已知a、b两点的电位分别为、,那么a、b两点间的电压。,1、电位定义,2、电位的单位,3、电位差,1.2电路的基本物理量,1.2.4 电动势,电动势是描述电源力做功大小的一个物理量,电源力在电源内部把单位正电荷从电源的负极移到正极所做的功称为电源的电动势。电动势用e表示。
6、,电动势的方向是电源力克服电场力移动正电荷的方向,是从低电位到高电位的方向。对于一个电源设备,若其电动势e的方向和电压u的参考方向选择得相反。,1、电动势的定义,w表示电源力所做的功,q表示电荷量,2、电动势的方向,电动势与电压的单位相同,也是伏特。,1.2电路的基本物理量,1.2.5 电功率与电能,单位时间内电路吸收或释放的电能定义为电功率,它是描述电能转化速率的物理量,用p表示。,式中w表示电能,单位为焦耳,简称焦(J);t表示时间,时间的单位为秒(S)。功率的单位为瓦特,简称瓦(W),常用的单位还有千瓦(kW)、毫瓦(mW)等。,任一支路或元件的功率等于其电压和电流的乘积。,1、电功率,
7、1.2电路的基本物理量,2、注意事项,在功率计算中,若电压、电流为关联方向,则所得功率应看作是电路吸收功率,即计算所得功率为正值时,表示电路实际吸收功率;计算所得功率为负值时,表示电路实际发出功率。,电能的单位焦耳(J),表示功率为1W的用电设备在1s时间内所消耗的电能。在实际生活中还采用千瓦时(kWh)作为电能的单位,它等于功率为1kW的用电设备在1小时内所消耗的电能,简称为1度电。,在一个电路中,每一瞬间,发出电能的各元件的功率总和等于吸收电能的各元件的功率总和。,3、电能,在直流时,则为,4、功率守恒,1.2电路的基本物理量,例1.1 图示直流电路中,求以o点为参考点时a、b、c各点的电
8、位,并求出各元件发出或吸收的功率及电路的总功率。,解:根据电位的定义,当选o点为参考点时,元件1的电压、电流为关联方向(吸收)元件2、3的电压、电流为非关联方向,1.2电路的基本物理量,(吸收)(发出)计算电路的总功率总电压和电流为关联方向(吸收)或按下面的方法计算该电路总的吸收功率为 电路中元件发出的功率为 根据电路的功率平衡关系,整个电路尚需从外部吸收的功率为,1.2电路的基本物理量,1.3 电阻元件和欧姆定律,1、电阻元件,电阻元件是反映电路器件消耗电能的物理性能的一种理想的二端元件。,2、欧姆定律,流过电阻元件的电流与其两端的电压成正比,称为欧姆定律,简称VCR,电压和电流为关联方向下
9、,欧姆定律的表达式为,若电阻元件的阻值与其工作电压或电流无关,是一个常数,这种元件称为线性电阻元件。反映元件的电流、电压关系的曲线叫做元件的伏安特性曲线。,3、线性电阻元件,如图所示:,1.3 电阻元件和欧姆定律,电阻的倒数称为电导,用G表示,即,在任何情况下,电阻值和电导值都是正实数值。在关联方向下,任何瞬时电阻元件吸收的功率为,电导的单位为西门子,简称西(S)。电阻元件既可以用电阻R表示,也可以用电导G表示。用电导表示时,欧姆定律可表达为,1.3 电阻元件和欧姆定律,4、电导,例1.2一个220V、40W的白炽灯泡,正常工作时的灯丝电压是多少?若该灯泡每天工作5小时,问一天消耗的电能是多少
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