电工技术第一章
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第一章 电路的基本概念和基本定律本章是学习电工技术的理论基础,介绍了电路的基本概念和基本定律:主要包括电压、电流的参考方向、电路元件、电路模型、基尔霍夫定律和欧姆定律、功率和电位的计算等。
主要内容: 1.电路的基本概念(1)电路:电流流通的路径,是为了某种需要由电工设备或电路元件按一定方式组合而成的系统。
(2)电路的组成:电源、中间环节、负载。
(3)电路的作用:①电能的传输及转换;②信号的传递及处理。
2.电路元件及电路模型(1)电路元件:分为独立电源和受控电源两类。
①无源元件:电阻、电感、电容元件。
②有源元件:分为独立电源和受控电源两类。
(2)电路模型:由理想电路元件所组成反映实际电路主要特性的电路。
它是对实际电路电磁性质的科学抽象和概括。
采用电路模型来分析电路,不仅使计算过程大为简化,而且能更清晰地反映该电路的物理本质。
(3)电源模型的等效变换①电压源及电阻串联的电路在一定条件下可以转化为电流源及电阻并联的电路,两种电源之间的等效变换条件为:0R I U S S =或0R U I SS =②当两种电源互相变换之后,除电源本身之外的其它外电路,其电压和电流均保持及变换前完全相同,功率也保持不变。
3.电路的基本物理量、电流和电压的参考方向以及参考电位 (1)电路的基本物理量包括:电流、电压、电位以及电功率等。
(2)电流和电压的参考方向:为了进行电路分析和计算,引入参考方向的概念。
电流和电压的参考方向是人为任意规定的电流、电压的正方向。
当按参考方向来分析电路时,得出的电流、电压值可能为正,也可能为负。
正值表示所设电流、电压的参考方向及实际方向一致,负值则表示两者相反。
当一个元件或一段电路上的电流、电压参考方向一致时,称它们为关联参考方向。
一般来说,参考方向的假设完全可以是任意的。
但应注意:一个电路一旦假设了参考方向,在电路的整个分析过程中就不允许再作改动。
(3)参考电位:人为规定的电路种的零电位点。
1 第1章电路的基本概念和基本定律本章的主要任务是学习电路的基本概念、基本物理量和基本定律,为掌握电路的分析计算方法奠定必要的基础。
本章基本要求(1)正确理解理想电路元件、电路模型的概念;(2)正确理解电流、电压的参考方向的概念,并掌握电流、电压参考方向的使用;(3)计算元件或电路的功率,并判别元件或电路是吸收功率还是发出功率;(4)掌握理想元件的电压与电流关系式;(5)掌握基尔霍夫定律(KCL 和KVL )的应用;(6)了解四种类型的受控源,理解电气器件设备的额定值。
本章习题解析1-1 试求题图1-1所示电路中的电压U ab 和U ba 。
解:(a)电压U 的参考方向如图所示,已知U =10V ,故有10==U U ab V 10-=-=-=U U U ab ba V (b)直流电压源的电压参考方向如图所示,故有5=ab U V 5-=-=ab ba U U V 1-2题图1-2所示电路中,已知各元件发出的功率分别为2501-=P W ,1252=P W ,1003-=P W 。
求各元件上的电压U 1、U 2及U 3。
题图1-1 解:解: V U W U P 50 2505 111=\-=´-= V U W U P 25 1255 222-=\=´-= V U W U P 20 1005 333-=\-=´=1-3题图1-3所示电路,求各段电路的电压U ab 及各元件的功率,并说明元件是消耗功率还是对外提供功率?消耗功率还是对外提供功率?解:解: 根据功率计算公式及题给条件,得根据功率计算公式及题给条件,得(a )U ab =6V , P =6×=6×2= 12W 2= 12W 消耗功率消耗功率消耗功率 (b )U ab =-8V ,P =1×=1×((-8)=-8W 提供功率提供功率提供功率 (c )U ab =-10V , P =-(-8)´(-10)=-80W 提供功率提供功率提供功率 (d )U ab =-8V , P =-(-2)´(-8)=-16W 提供功率提供功率提供功率 (e )U ab =-(-6)=6V , P =-(-1)´(-6)=-6W 提供功率提供功率提供功率 (f )U ab =-16V , P =(-2)´16=-32W 提供功率提供功率提供功率1-4 将额定电压为U 0、额定功率为P 0的电热丝(可看作线性电阻)切成32长,然后加上电压U ,问此时电热丝消耗的功率P 为多少?为多少? 解:解: 由题意可知,电热丝的原电阻为由题意可知,电热丝的原电阻为R 0=20P U+ + + - - -U 1U 2U 3 5A (a) (b) (d) (e) (f) a 6V - + b 2A a -8V - + b 1A a -10V - + b -8A (c)a -8V - +b -2A a16V - + b -2A a -6V- + b -1A 题图1-2 题图1-3 切成32长时的电阻为长时的电阻为 R =32R 0此时电热丝消耗的功率为此时电热丝消耗的功率为P =R U 2=0232R U =230202P U U =2320)(U U P0 1-5 题图1-5所示,图(a )中电容过的电流i 的波形如图(b )所示,已知V 1)0(=u ,试求t =1s 、t =3s 和t =5s 时电容电压u 。
选 择 题1.电路如图1-67所示,流过电阻的电流I 为( )。
(a) 2A (b) -2A (c) 0.5A (d )-0.5A分析:电阻电压、电流参考方向为非关联参考方向,非关联时的欧姆定律为IU R −=。
答案:(b )2.电路如图1-68所示,理想电流源I S 的端电压U 随外接电阻R 的增大而( )。
(a) 增大 (b) 减小 (c) 不变 (d )不可确定分析:根据欧姆定律,电流源I S 的端电压R I U S =,理想电流源的特性为电流I S 恒定,电压U 与外接电阻R 成正比。
答案:(a )3.电路如图1-69所示,流过理想电压源U S 的电流I 随外接电阻R 增大而( )。
(a) 增大 (b) 减小 (c) 不变 (d )不可确定分析:根据欧姆定律,电压源U S 的电流RU I S=,理想电压源的特性为电压U S 恒定,电流I 与外接电阻R 成反比。
答案:(b )4.在图示1-70电容电路中,电压与电流的正确关系式应是 ( )。
(a) t uCi d d = (b) t i C u d d = (c) tu C i d d −= ( d ) Li u =5Ω图1-67 选择题1图R 图1-68 选择题2图U R图1-69 选择题3图分析:电容元件特性,电容电压、电流参考方向为关联时t uCi d d =,非关联时tu C i d d −=。
答案:(c )5.在图示1-71电感电路中,电压与电流的正确关系式应是( )。
(a) t u L i d d = (b) tiL u d d −= (c) u =− Li ( d ) tiL u d d =分析:电感元件特性,电感电压、电流参考方向为关联时t i Lu d d =,非关联时tiL u d d −=。
答案:(b )6.电路如图1-72所示,当电阻R 1增大时,电流I 将( )。
(a) 变小 (b) 变大 (c) 不变 (d )不可确定分析:电阻R 两端的电压为U S ,恒定不变,故流过电阻R 的电流RU I S=,与R 1无关。
第一章电路的基本概念与基本定律知识要点一、内容提要直流电路的基本概念和基本定理是分析和计算电路的基础和基本方法。
这些基础和方法虽然在直流电路中提出,但原则上也适用于正弦交流电路及其它各种线性电路。
并且,这些方法也是以后分析电子线路的基础。
本章重点讲述电路中几个基本物理量、参考方向、电路的工作状态及基本定律。
二、基本要求1.了解电路模型及理想电路元件的意义;2.能正确应用电路的基本定侓;3.正确理解电压、电流正方向的意义;4.了解电路的有载工作、开路与短路状态,并能理解电功率和额定值的意义;5.熟练掌握分析与计算简单直流电路和电路中各点电位的方法。
三、学习指导本章重点讲述了三个问题:电压、电流和参考方向。
同时,对克希荷夫定律和电路中电位的概念及计算进行了详细的分析推导和计算。
虽然这些问题都比较简单,但由于它们贯穿电工学课程始终,所以读者应通过较多的例题和习题逐步建立并加深这些概念,使之达到概念清晰,运用自如灵活,能解决实际问题的目的。
1.1 电路的组成及作用在学习本课程中,首先应掌握电路的两大作用(即强电电路电的传输、分配和转换;弱电电路中是否准确地传递和处理信息),及其三大组成部分(即电源、中间环节、负载)。
要特别注意信号源与一般电源的概念与区别:信号源输出的电压与电流的变化规律取决于所加的信息;电源输出的功率和电流决定于负载的大小。
1.2 电路模型由理想电路元件组成的电路;其中理想电路元件包括电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。
电源的电压或电流称为激励;激励在各部分产生的电压和电流称为响应。
1.3 电路的几个基本物理量若要正确地分析电路,必须先弄清楚电路中的几个基本物理量。
因为电流、电压和电动势这些物理量已在物理课中讲过,但是本章主要讨论它们的参考方向(正方向)和参考极性。
在本章学习的过程中应注意两点:第一,在分析任何一个电路中列关系式时,必须首先在电路图上标明电压、电动势和电流的参考方向和参考极性;第二,考虑电压和电流本身给定的正负,即要注意两套正负符号。