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电工学第一章

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电工学第一章

电工学第一章


1.3 电路的状态
（一）通路
S 电路的状态——通路 电路的状态 通路 E 电源的状态——有载 有载 电源的状态
R0
I + UL _
+ US _
电动势E：实际方向由低电位指向高电位， 电动势 ：实际方向由低电位指向高电位，即电位升高 的方向。 的方向。 电源产生的电功率为EI 电源产生的电功率为 电压的实际方 US ：电源的端电压，即电源两端的电位差。 向：由高电位 电源的端电压，即电源两端的电位差。 电源输出的电功率为U 电源输出的电功率为 S I 指向低电位， 指向低电位， UL ：负载的端电压，即负载两端的电位差。 即电位降低的 负载的端电压，即负载两端的电位差。 电位降低的 方向。 方向。 负载取用的电功率为U 负载取用的电功率为 I
三、电路的组成
电源：将非电形态的能量 电源： 转换为电能。 转换为电能。 负载： 负载：将电能转换为 非电形态的能量。 非电形态的能量。 导线等： 导线等：起沟通电路和 输送电能的作用。 输送电能的作用。
+
mV
S
E
从电源来看，电源本身的电流通路称为内电路 内电路， 从电源来看，电源本身的电流通路称为内电路， 外电路。 电源以外的电流通路称为外电路 电源以外的电流通路称为外电路。 当电路中的电流是不随时间变化的直流电流时， 当电路中的电流是不随时间变化的直流电流时， 这种电路称为直流电路 物理量用大写字母 直流电路。 大写字母表 这种电路称为直流电路。物理量用大写字母表 示！ 当电路中的电流是随时间按正弦规律变化的交 流电流时，这种电路称为交流电路 交流电路。 流电流时，这种电路称为交流电路。物理量用小 写字母表示！ 写字母表示！
有 源 电 路
S1、S2全部断开： 、 全部断开 全部断开：
电工学第一章直流电路

电工学第一章直流电路

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（三）电路的短路 开关SA接“3” 号位置，电路中的 短路电流： I短 E r U外 E I短r 0
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（四）电路在三种状态下各物理量的关系
电路 状态
电流
电压 电源消耗功率 负载功率
断路 I 0
U E
PE 0
（一）部分电路欧姆定律 （二）全电路欧姆定律
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（一）部分电路欧姆定律 1.部分电路欧姆定律的内容 在不包含电源的电路中，流过导体的电流与这段导体
两端的电压成正比，与导体的电阻成反比，即 I=U/R 。
式中 I—导体中的电流，A； U —导体两端 的电压，V； R—导体的电阻，Ω。
1.串联电路中流过每个电阻的电流都相等，即：
I I1 I2 In
2.串联电路两端总电压等于各电阻两端分电压之和，即：
U U1 U2 Un
3.串联电路等效电阻（即总电阻）等于各串联电阻值之
和，即：
R R1 R2 Rn
注：（1）如果电路中串联的 n 个电阻值相等（均为 R0），
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（二）电阻率 概念：长度为1m、截面为1mm2的导体，在一定温度下 的电阻值，用符号ρ表示。其单位为Ω·m（欧米）。 纯金属的电阻率很小，绝缘体的电阻率很大。银是最 好的导体，但价格昂贵而很少采用，目前电气设备中常采 用导电性能良好的铜、铝作导线。
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的电压表，它的内阻 R0 为 40kΩ 。用它测量电压时，允 许流过的最大电流是多少？
解：
I

U R0

300 40 103
电工学第一章

电工学第一章


图1-3 图1-2a的简化电路
1.负载状态 2.空载(开路)状态 3.短路状态
1.3 电路的状态
1.负载状态
当开关S闭合、电源和负载接通时，电路中就有 了电流及能量的输送和转换。电路的这一状态称 为负载状态或有载状态，有时也称为通路。
1.负载状态
图1-5 电路的三种工作状态
2.空载(开路)状态
2.基尔霍夫电压定律
图1-10 KVL的推广应用
1.5 支路电流法
在计算复杂电路的各种方法中，支路电流法是最基本的。支路电流 法以支路电流为未知量，应用基尔霍夫电流定律(KCL)和基尔霍夫 电压定律(KVL)分别对节点和回路列出所需要的方程组，而后解出 各未知支路电流。 1)判断电路中的支路数b和节点数n。 2)在电路图中标出各支路电流的参考方向和各回路绕行方向。 3)根据KCL列出n-1个独立的节点电流方程式。 4)根据KVL列出b-(n-1)个独立的回路电压方程式。 5)解联立方程组，求出各支路电流，必要时
当开关S断开时，由于电路中的电源和负载之间没有构成闭合回路，电路的这 一状态称为开路状态。开路时，由于电源没有接上负载，故称为空载状态。 这时电路没有电流，则电源内阻中就没有电压降。电源的端电压即开路电压 用UOC表示，等于电源的电压降。
2.空载(开路)状态
图1-6 例1-2的电路
3.短路状态
当电源的两端由于某种原因被电阻可以忽略不计的导线或开关连接在一起时， 电源则处于短路状态。 电源短路状态时，外电阻可视为零，电源端电压为零，电流不经过负载，电 流回路中仅有很小的电源内阻R0，因此回路中的电流很大，这个电流称为短 路电流，用IS表示。 在这种状态下，电源所产生的功率将全部消耗在电源的内电阻和连接导线的 电阻上.
电工学第一章

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1．定律 在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结 点的电流。 即: Ｉ入= Ｉ出 I1 I2 a 或: Ｉ= 0 R2 R1 I 对结点 a： 1+I2 = I3 I3 R E2 E1 3 或 I1+I2–I3= 0 实质: 电流连续性的体现。 b 基尔霍夫电流定律（KCL）反映了电路中任一 结点处各支路电流间相互制约的关系。
I = 0.28A I = – 0.28A E 3V +
+
U U´ 2.8V – 2.8V +
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R0
电流I的参考方向 与实际方向相同， I=0.28A,由流向, 反之亦然。
1.4 欧姆定律
U、I 参考方向相同时 + U – I U=IR U、I 参考方向相反时 + U – I U = – IR
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第1章 电路的基本概念与基本定律
本章要求:
1.理解电压与电流参考方向的意义；
2. 理解电路的基本定律并能正确应用；
3. 了解电路的有载工作、开路与短路状态，理解
电功率和额定值的意义； 4. 会计算电路中各点的电位。
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1.1 电路的作用与组成部分
电路是电流的通路，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。 1. 电路的作用 (1) 实现电能的传输、分配与转换
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在220V电压下工作时的电阻 U 220 R 806 I 0.273 一个月用电 W = Pt = 60W(3 30) h = 0.06kW 90h = 5.4kW. h 电气设备的三种运行状态 额定工作状态： I = IN ，P = PN (经济合理安全可靠) 过载(超载)： I > IN ，P > PN (设备易损坏) 欠载(轻载)： I < IN ，P < PN (不经济)
电工学第一章1-7-9(1)

电工学第一章1-7-9(1)

I1 + E1 − R1 1 I3 R3 a I2 R2 2 3 + − E2
求电流I1、I2、I3。 电流I
b
支路电流法的解题步骤: 支路电流法的解题步骤 1. 确定支路数，在图中标出各支路电流的参考 确定支路数， 方向，对选定的回路标出回路循行方向。 方向，对选定的回路标出回路循行方向。 对上图电路： 路数： 对上图电路： 支路数： b = 3 回路数： 节点数： 节点数： n = 2 回路数：3 单孔回路（网孔）=2 单孔回路（网孔）
回路1： 回路 ：EB=RBIB+UBE
② ①
IB＝0.315mA
回路2： 回路 ：
UBE ＋US －R1I1 ＝0 I1＝0.57mA
应用基尔霍夫电流定律列出 应用基尔霍夫电流定律列出 基尔霍夫电流定律
IB－I1－I2＝0 I2＝－0.255mA ＝－0.255mA
15
关于独立方程式的讨论
问题的提出： 问题的提出：在用基尔霍夫电流定律或电压定 律列方程时，究竟可以列出多少个独立的方程？ 律列方程时，究竟可以列出多少个独立的方程？ 例 分析以下电路中应列几个电流方程？ 分析以下电路中应列几个电流方程？几个 电压方程？ 电压方程？ I1 + E1 R1 #1 I3 b R3 #3
电 流 源 模 型 IS RO Is b RO I Uab I a Uab 外 RO 特 性
I = IS −
U ab
Ro3Biblioteka 恒流源): 时的电流源. 理想电流源 （恒流源): RO=∞ 时的电流源 I Is
a
Uab I
Uab
b 流源电流 IS； （2）输出电压由外电路决定。 ）输出电压由外电路决定。
3. 应用 KVL 对回路列出 b－( n－1 ) 个独立的回路电压方 对回路列出 独立的回路电压方 通常可取网孔列出） 网孔列出 程（通常可取网孔列出） 。 对网孔1 对网孔1： I1 R1 +I3 R3=E1 对网孔2 对网孔2： I2 R2+I3 R3=E2 4. 联立求解 b 个方程，求出各支路电流。 个方程，求出各支路电流。
电工学第一章1-5-6

电工学第一章1-5-6

大小 的变化， Uab的变化可能是 _______ 的变化， 方向 的变化 的变化。 或者是 _______的变化。
15
例题1.5.3 例题1.5.3
a Is b
R
Uab=?
I
_ + _
E
+
US
电压源中的电流 如何确定？ 如何确定？电流 源两端的电压等 于多少？ 于多少？
原则： 不能变， 不能变。 原则：Is不能变， Us不能变。
5
1.5 理想电路元件
(一) 理想无源元件
1. 电阻 R （常用单位：Ω、kΩ、MΩ ）） 常用单位： Ω Ω
u
2.电感 L： 2.电感
i R i
R=u
i
= const
（单位：H, mH, µH） 单位： ）
u
3.电容 3.电容 C
i
（单位：F, µF, pF） 单位： ）
e
di u = −e = L dt
20
恒压源与恒流源特性比较
恒压源 不 变 量 I + _E Uab Uab 变 化 量 I Uab
21
恒流源 I Uab = E Is a Uab b 恒 I I ----压U 压 ab ----恒 I = Is
a Uab b
流I
1.6 基尔霍夫定律
用来描述电路中各部分电压或各部分电流的关 包括基尔霍夫电流和基尔霍夫电压两个定律。 系,包括基尔霍夫电流和基尔霍夫电压两个定律。 支路： 支路：电路中每一个分支 结点：三条或三条以上支路相联接点 结点： 回路： 回路：电路中一条或多条支路所组成的闭合电路 网孔： 网孔：未被其他支路分割的单孔回路 注 基尔霍夫电流定律应用于结点 基尔霍夫电流定律应用于结点 电流定律应用于 基尔霍夫电压定律应用于回路 电压定律应用于 基尔霍夫电压定律应用于回路
电工学-第一章 电路的基本概念和基本定律

电工学-第一章 电路的基本概念和基本定律


E1＝E2＋R01I＋R02 I
等号两边同乘以I 得 E1I＝E2I＋R01I2＋R02I2 223×5＝217×5＋0.6×52 ＋0.6×52 1115W=1085W＋15W＋15W E2I＝1085W
R01I2＝15W
R02I2＝15W
电源产生 的功率
负载取用 功率
电源内阻 损耗功率
负载内阻 损耗功率
电源 P＝UI＞0
负载
负载
P＝UI＞0
U和I两者的参考方向选得相反 P＝UI＜0
4．额定值与实际值
额定值是制造厂商为了使产品能在给定的条件下 正常运行而规定的正常允许值 注 在使用电气设备或元件时，电压、电流、功率 的实际值不一定等于它们的额定值
1.5.2
电源开路
1.5.3 电源短路
aI E R0 b + U R
§1.4 欧姆定律
I
U
I
I R U R
R
U
U IR
U IR
U IR
注意：用欧姆定律列方程时，一定要在图中标 明正方向。
广义欧姆定律 (支路中含有电动势时的欧姆定律)
提问: I的方向反过来呢？
a
R
+ E _
I Uab
U ab IR E
U ab E I R
b
当 Uab>E 时， I >0 表明方向与图中假设方向一致。 当 Uab<E 时， I <0 表明方向与图中假设方向相反。
I？ 可知R上电压大小为4V， 流过电流大小为2A E + R U U I E
I
- R U U + I
U=4V、I= -2A
U= -4、I=2A
第一章电工学.

第一章电工学.


3.法国物理学家安培(Ampere)于1820年发现电磁效应和英国人 法拉第 (Faraday)于1831年揭示了电磁感应原理；到19世纪60 年代，英国人麦克斯韦(Maxwell)建立了统一的电磁波理论， 从理论上推测到电磁波的存在，为无线电技术的发展奠定了 理论基础。 4. 电动机于19世纪30年代后期(俄国)出现；发电站与输电线 于19世纪80年代初开始建造；电报发明于1837年，电话发明 于1876年，无线电通讯则开始于1895年。 5.荷兰物理学家洛伦兹(Lorentz)于19世纪末建立了古典电子 学理论，随之而来的是电子学的迅速发展。20世纪前半叶， 电子管、半导体技术迅速发展。这方面的历史里程碑，从器 件上看：1906年出现电子二极管，1948年发明晶体三极管； 从系统应用上看：第一家无线电广播电台于1920年在匹茨堡 开播，第一家电视台于1935年由英国广播公司(BBC)建成， 第一台电子计算机1946年诞生于美国宾夕法尼亚大学。
(2) 箭头表示法
此时，电压参考方向──“电位降” (3) 双下标表示法 Uab表示电压参考方向由a指向b
3）电动势定义 电源中存在着能使流到低电位（负极）的正电荷移到高电位 （正极）的电源力（在电池中，电源力由化学作用产生；在 发电机中，由电磁感应作用产生）
a 电动势是衡量电源力做功能力的物理 量，直流电动势用E表示，其单位也 E ba b 是伏特V。
dq i dt
（单位时间通过的电荷量）
量纲： A
Sec
C
；辅助单位：mA, A, kA
i 的实际方向：正电荷定向移动的方向。
特例 ⑴直流（DC）： I q t 常数 ，大小、方向不随时间 变化； ⑵交流（AC）：电流的大小和方向都随时间变化，用i (t ) 或 i 表示。 2）电流的参考方向 电路很简单时，电流的实际方向容易直接判断出。但通常电 路模型并非很简单，电流实际方向往往很难事先确定。 例：如图电路 4.6Ω 2Ω R中电流i 的实际方向难以事先确定， 因此，引入电流的参考方向。 _ i R + ⑴电流i的参考方向可以任意指定 5V 9V 即：分析电路前先任意假设i 的参考 方向,并以此去建立电路模型的数学 关系式，去分析电路。
电工学第一章

电工学第一章


电路符号 e
RS 实际电压源(交流) 实际电压源(交流) + -
E
RS
+ -
或
E
RS
+ -
实际电压源(直流) 实际电压源(直流)
伏安特性
i
u
U0 = EE R
e
+ u
理想 电压 源伏 安特 实际电压源 性 伏安特性
IS = E RS
RS
0
i
u = e – Rs i
特点：输出电压随外电路变化。 特点：输出电压随外电路变化。
3) 注意：参考方向一经规定之后，就不1.1 参考方向和参考极性
3、规定参考方向的任意性和习惯性 、
1) 任意性：参考方向可任意和独立地规定。 任意性：
四种配合，实质只有两种： 电压、电流同向 电压、电流反向
2) 习惯性 习惯性(惯例)：要按人们的通常习惯来选择参考
RS
u －
实际电压源与理想电压源的本质区别 注意 在于其内阻RS。 当 RS = 0 时，实际电压源就成为理想电压源。 实际电压源就成为理想电压源。 e
RS 实际电压源 + -
RS = 0
e
+ -
理想电压源 i i
实际工程中， 实际工程中，当 + 负载电阻远远大 e - u 于电源内阻时， 于电源内阻时， RS 实际电源可用理 想电压源表示。
§1.2 元件的特性方程
3) 电感元件
(2) 特征方程 ① eL和uL的关系 uL＝－eL ② eL、i、uL参考方向配合如右图，可得： eL＝－L di/dt uL＝－eL ③ 电感元件特性方程： di uL = L （无源惯例） dt 逆关系式：
1 i (t ) = L
电工学第一章电路的基础知识

电工学第一章电路的基础知识

I1
A 系 统 B 系 统
电工学
c
Ic
b Ib Ie e
广义结点
I2
I1 – I2 = 0
Ib + Ic = Ie
武汉交通职业学院
二、基尔霍夫电压定律（KVL定律)
回路：由支路组成的闭合路径。
电工学
I1
US1
A
R1
回路 方向
定律 : 在任一瞬间，沿任 B 一回路循行方向，回路中各 R2 段电压的代数和恒等于零。 即： UK = 0 US2 I2 图中回路ABCA：
9V
O
C
+ 6V -
R2=50k
武汉交通职业学院
4、电动势
电动势 E : 电源力移动单位正电荷所作的功。
电工学
实际方向：由低电位端指向高电位端。
单 位：kV 、V、mV、μV
5、电能和电功率
电能 A = UQ = UIt
电功率 P = A/t = UI 单位：瓦特（W） 千瓦（KW）
武汉交通职业学院
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电工学 1－2 电路的状态和电气设备的额定值
一、 电路的状态
电路有空载、短路和负载三种状态。 1、空载状态 特征: A I （1） 电路中的电流为零， 即：I=0 E U U （2）电源的端电压等于电源 1= oc Ro 的电动势 即： U1 = E – IR0＝ E B （3）电源的功率P1和负载所 吸收的功率P2均为零。
电工学
–
电池
中间环节 灯泡
武汉交通职业学院
电路各部分的作用
电源: 提供 电能的装置
升压 变压器 输电线
电工学
负载: 取用 电能的装置
电灯 电动机 电炉 ...
电工学讲义资料第1章电路的基本概念与基本定律

电工学讲义资料第1章电路的基本概念与基本定律


电阻元件
总结词
电阻元件在电路中的作用是实现电压和电流的转换关系。
详细描述
在电路中，电阻元件可以用于实现电压和电流的转换关系。通过在电阻元件上 施加电压，可以产生电流；同时，通过在电阻元件上施加电流，也可以产生电 压。这种转换关系是线性电阻元件的基本特性之一。
电阻元件
总结词
电阻元件的参数包括标称阻值、额定功率和误差等。
需考虑三相之间的相位关系，以准确描述三相电压、电流的变化规律。
感谢您的观看
THANKS
VS
详细描述
在交流电路中，电感元件可以用于实现电 磁感应和滤波等作用。通过选择适当的电 感值，可以滤除电路中的高频噪声或干扰 信号，提高电路性能；同时，电感元件也 可以用于实现电磁感应，将磁场能转换为 电能或热能等其他形式的能量。
电感元件
总结词
电感元件的参数包括标称电感、品质因数和误差等。
详细描述
电容元件是一种被动元件，其作用是存储电能。在电路中，电容元件通过电场来存储电能 ，从而控制电路中的电压和电流。电容元件的电容量通常由其电介质、极板面积和极板间 距决定。
总结词
电容元件在电路中的作用是实现交流信号的滤波和耦合。
电容元件
• 详细描述：在交流电路中，电容元件可以用于实现信号的滤波和耦合。通过选择适当的电容值，可以滤除电路中的噪声或 干扰信号，提高电路性能；同时，电容元件也可以用于耦合不同电路部分之间的信号，实现信号传输和控制。
电工学讲义资料第1章电路 的基本概念与基本定律
目录
• 电路的基本概念 • 基本电路元件 • 电路的基本定律 • 电路的分析方法 • 电路的暂态分析
01
电路的基本概念
电路的组成
01

电工学第1章

绪
一、 课程的性质和任务：
论
1、课程的性质：
电工学是研究电工技术和电子技术理论
和应用的技术基础课程。
电工学是非电类专业的一门重要的技术 基础课。 电工学是一门实践性很强的课程。
2、学习本课程的目的和任务：
近年来，电子技术领域发生了迅猛而巨大的变化，做为其 发展基础之一的电路、电子技术在其中起到了重大作用。
第1章 直 流 电 路
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 电路的作用和组成 电路的基本物理量 电路中的状态 电路中的参考方向 理想电路元件 基尔霍夫定律
1.7
1.8 1.9
支路电流法
叠加原理 等效电源定理
1.10 非线性电阻电路
1.1 电路的作用和组成
电路——电流流通的路径。
电源 ＋ US －
基尔霍夫电压定律
（一）基尔霍夫电流定律（KCL）
基尔霍夫电流定律的推广应用 ＋UCC RB
C B
RC IC IE
可将KCL推广到 电路中任何一个 假定的闭合面。 ——广义结点
IB
E
IC+ IB—IE＝0
基尔霍夫电压定律
图 1.6.2 广义节点
[例 1.6.1 ] 图示的部分电路中，已知 I1＝3 A， I4＝－5 A，I5＝8 A，试求I2、I3和I6。
返回理想电源元件
（二）理想电源元件
3．理想电源元件的两种工作状态19返回理想电源元件
实际电源的模型
[例 1.5.1 ]图示直流电路已知理想电压源的电压 US ＝3 V，理想电流源的电流 IS = 3 A，电阻 R = 1 Ω。 求（1）理想电压源的电流和理想电流源的电压； （2）讨论电路的功率平衡关系。

电工学第1章

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第一章直流电路1.1 电路的组成及基本物理量 1.2 欧姆定律、线性电阻和非线性电阻欧姆定律、 1.3 额定值以及电源有载工作、开路、短路额定值以及电源有载工作、开路、 1.4 电压源、电流源及其等效变换电压源、 1.5 基尔霍夫定律 1.6 电路中电位的计算 1.7 戴维南定理及诺顿定理 1.8 支路电流法 1.9 实训与实验仿真 1.10 本章实训/doc/106741350.html,/webnew/1.1 电路的组成及基本物理量 1.1.1 电路的组成 1.1.2 电路的基本物理量1.1 电路的组成及基本物理量电路的组成及基本物理量1.1.1 电路的组成电路是由各种电气器件按一定方式用导线连接组成的总体，它提供了电流通过的闭合路径。

电路的组成部分包括：① 电源：是供应电能的设备。

如发电厂、电池等。

② 负载：是取用电能的设备。

如电灯、电机等。

③ 中间环节：是连接电源和负载的部分，起传输和分配电能的作用。

如变压器、输电线等。

电路的功能和作用有两类：第一类功能是进行能量的转换、传输和分配；第二类功能是进行信号的传递与处理。

例如，扩音机输入的是由声音转换而来的电信号，通过晶体管组成的放大电路，输出的便是放大了的电信号，从而实现了放大功能；电视机可将接收到的信号，经过处理，转换成图像和声音。

电路是由电特性相当复杂的元器件组成的，为了便于使用数学方法对电路进行分析，可将电路实体中的各种电器设备和元器件用一些能够表征它们主要电磁特性的理想元件(模型)来代替，而对它的实际上的结构、材料、形状等非电磁特性不予考虑。

由理想元件构成的电路叫做实际电路的电路模型，也叫做实际电路的电路原理图，简称为电路图。

电工学第1章

电工学（上册）
主编：王 卫
第1章 电路的基本概念和基本定律
1.1 电路和电路模型 1.2 电路的基本物理量 1.3 欧姆定律 1.4 理想电源 1.5 受控电源 1.6 基尔霍夫定律 1.7 电位的计算 1.8 电阻的连接及其等效变换
1.1 电路和电路模型
知识链接 1. 电路 把电源、负载、开关等通过导线的连接，并按照一定方式构成 的闭合电流通路，即电流通过的路径称为电路。 2. 电路的组成及作用 电路主要由电源、负载、导线和开关四部分组成。其作用如下： （1）电源 电源是将其他形式的能量转换为电能，并为电路提 供电能的设备。 （2）负载 负载又称用电器，是将电能转换成其他形式能量的 装置。
（3）计算各点电位
B U BC IR2 2 3 6V
A U AB U BC IR1 IR2 2 4 6 14V
D F U DC IR3 2 1 2V
一、电位的计算
（4）求电压
U AB A B 14 6 8V U AF U AD A D 14 (2) 16V
节点：Ａ、
Ｅ
回路：ＡＢＥＣＡ、ＡＣＥＤＡ 、ＡＢＥＤＡ
网孔：ＡＢＥＣＡ、ＡＣＥＤＡ
图1-２７ 电路举例
二、基尔霍夫电流定律(KCL)
1.定律：
基尔霍夫电流定律可表述为：在集中参数电路中， 任一时刻流入 (或流出)节点的所有支路电流的代数和 恒等于零。数学表达式为
i=0
2. KCL推广应用：
流入电路任一封闭面的电流代数和恒等于零.
供电元件及电源模型
• 电源是将其他能量转换为电能的重要设备。它在 电路中是不可缺少的部分。 • 电压源 • 电压源是一个理想元件，它有两个基本性质：（1） 它的端电压（或电动势E）是一定值或一定的时间 函数，与流过的电流无关。（2）流过它的电流不 是由电压源本身就能确定的，而是由与之相连接 的外电路来决定。

电工第一章电工学


三. 短路工作状态
当电源两端由于某种原因而联 在一起时，称电源被短路。
IS a
c
短路时，可将电源外电阻视 E
R
为零，电流有捷径流过而不 通过负载。
R0
由于R0很小，所以此时电流
b
d
很大，称之为短路电流 Is 。
U=0
电路短路时的特征为
I = Is = E / R0
P = P = I2 R0
§1-6 基尔霍夫定律
大小：a、b两点间电压 Uab 在数值上等于电场力把单位正电荷 从a点移到b点所作的功。也就是单位正电荷在移动过程中所 失去的电能。
方向：正电荷在电场的作用下，从高电位向低 电位移动。规定这时正电荷的的移动方向为电 压的正方向。
在分析电路之前，可以任意选择某一方向为电 压的参考方向。当实际电压方向与参考方向一 致时，电压值为正，反之为负。
为维持导体中的电流能够连续不断地流 过，且应使得导体a、b两端的电压不致 丧失，就要将b端的正电荷移至a端。但 电场力的作用方向恰好与此相反，因此 就必须要有另一种力去克服电场力而使 b端的正电荷移至a端。电源中必须具有 这种力——电源力(非静电力)。
I
a+
Eab b
Uab _
电源力
大小：电源电动势Eab的数值等于电源力把单位正电荷 从电源的低电位b端经电源内部移到电源高电位a端所 作的功，也就是单位正电荷从电源低电位端移到高电 位端所获得的能量。
如图中的ab、acb 及adb共3条支路。
一条支路中各部分都流过一个相 同的电流，称为支路电流。
如图中的I1、 I2 及I3共3个电流。 2. 节点：电路中三条或三条以上 的支路相联结的点称为节点。
I1 c

电工学第一章


+
实际方向
实际方向
+
+
参考方向 U
–
+
参考方向 U
–
+
实际方向 U> 0
实际方向
U<0
+
电压参考方向的三种表示方式：
(1) 用箭头表示：箭头指向为电压（降）的参考方向
U
(2) 用正负极性表示：由正极指向负极的方向为电压 (降低)的参考方向
+
A
U
(3) 用双下标表示：如 UAB , 由A指向B的方向为电压 (降)的参考方向
推论：电路中任意两点间的电压等于两点间任一条路
径经过的各元件电压的代数和。元件电压方向
与路径绕行方向一致时取正号，相反取负号。 A

l1

l2 B
UAB (沿l1)=UAB (沿l2）
电位的单值性
3．讨论
（1）列KVL前，要首先选定回路绕行方向，然后 再列方程，电压降和回路绕行方向一致取正，否 则取负。 （2）KVL的另一种表达式。 ∑U=∑E 此时注意正负号的取法。
即： P 0
几点注意事项：
（1）功率与电压的平方成比，即电压增大 1倍， P增大4倍。
（2）P=UI为关联方向的关系式。 （3）在关联方向下功率大于0为耗能，小 于0为放能（电源与负载的判别）。
（4）对于独立电路来说
∑P≡0。
（5）当R=RO时，电源输出功率为最大（最 大功率传输）。
由于 所以 可见，当
(3) 元件或支路的u，i通常采用相同的参考方向， 以减少公式中负号，称之为关联参考方向。反 之，称为非关联参考方向。 i + u – +
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电源外部的电路称外电路； 外电路中的电阻称外电阻。
简单的全电路
全电路欧姆定律内容：
闭合电路中的电流与电源的电动势成 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。
公式：
I= E R+r
全电路欧姆定律又可表述为：
电源电动势等于U外和U内之和。
电源电动势E= U内+U外
二、电路的三种状态
（4）合理选择电流表的量程
每个电流表都有一定的测量范围，称为电流表 的量程。
一般被测电流的数值在电流表量程的一半以上， 读数较为准确。因此在测量之前应先估计被测电流 大小，以便选择适当量程的电流表。
若无法估计，可先用电流表的最大量程挡测量， 当指针偏转不到1/3刻度时，再改用较小挡去测量， 直到测得正确数值为止。
热敏电阻
压敏电阻
湿敏电阻
光敏电阻
电阻值随温度升高而减小的热敏电阻称为负温度 系数(NTC)的热敏电阻,电阻值随温度升高而增大的热 敏电阻称正温度系数(PTC)的热敏电阻。
热敏电阻的应用
三、电阻的连接
1．电阻的串联
像这样把多个元件逐个顺次连接起来,就组成 了串联电路。
三、电阻的连接
电阻的串联 电路
§1-1 电路及基本物理量
一、电路的组成及作用
电路：电流流通的路径。 电路的组成：电源、负载、导线和控制装置。
实物接线图
用电气符号描述电路连接情况的图，称电路 原理图，简称电路图。
进行能量的转换、传输和分配
电能传输示意图 实现信息的传递和处理
信息处理示意图
电路通常有三种状态： 通路：电路构成闭合回路，有电流流过。
开路：电路断开，电路中无电流通过。开路也 称断路。
短路：短路是电源未经负载而直接由导体构成 闭合回路。
电气图用图形符号
名称
外形
二极管
图形符号 文字符号 VD
电流表
电容器 滑动变阻
器
A
PA
C RP
（转下页）
名称 电感器
熔断器
三相异步电 动机 电压表
外形
电池
图形符号
文字符号 L
FU
M
3～
M
V
PV
GB
(1)电路中各电阻两端的电压相等,且等于电路两端 的电压。
电阻并联电路具有以下特点: (2)电路的总电流等于流过各电阻的电流之和,即
(3)电路的等效电阻(即总电阻)的倒数等于各并联电 阻的倒数之和,即
(4)电路中通过各支路的电流与支路的阻值成反比, 即
3．电阻的混联
既有电阻串联又有电阻并联的电路称为电阻 混联电路。
I
GB
U
R
部分电路
如果以电压为横坐标，电流为纵坐标，可画出电 阻的U/I关系曲线，即伏安特性曲线。电阻元件的伏安 特性曲线是直线时，称为线性电阻其电阻值可认为是不 变的常数。如果不是直线，则称为非线性电阻。
§1-3 全电路欧姆定律
二、全电路欧姆定律
全电路是含有电源的闭合电 路。
电源内部的电路称内电路； 电源内部的电阻称内电阻，简称 内阻。
§1-2 电阻及其连接
一、电阻率和电阻定律
电阻率小，电流容易通过的物体称为导体。 电阻率大，几乎不能通过电流的物体称为绝缘体。 导电能力介于导体和绝缘体之间的物体称为半导体。 在一定条件下，某些材料的电阻会变为零，称为超导体。
导体、半导体和绝缘体
绝缘材料制成底板
半导体材料制成的集成电路
接口镀金或银，以增强导电性能
（3）直流电压表表壳接线柱上标明的“+” “-” 记号，应和被测两点的电位相一致,即“+”端接高电 位,“-”端接低电位，不能接错，否则指针要反转， 并会损坏电压表。
（4）合理选择电压表的量程,其方法和电流表相同。
电压的测量方法：
直流电压表表壳接线柱上标明的“+”“－”记号， 应和被测两点的电位相一致，即“+”端接高电位，“－” 端接低电位，不能接错，否则指针要反转，并会损坏电压 表。
上式表明,在电阻串联电路中，阻值越大的电阻分 配到的电压越大；反之电压越小。
有一只万用表,表头等效内阻Ra=10 kΩ,满刻度 电流(即允许通过的最大电流)Ia=50 mA,如改装成量 程为10 V的电压表,应串联多大的电阻?
2．电阻的并联 像这样把多个元件并列地连接起来,由同一电压
电阻并联电路具有以下特点：
电路的三种状态
1．有载 开关SA接到位置“3”时，电路处于有载状态。电路中电流为
I= E R+r
端电压与输出电流的关系为
U外 =E −U内 =E − Ir
电路有载状态
2．开路（断路） 开关SA接到位置“2”时，电路处于开路状态。
I =0 U内 = Ir = 0 U外 = E − Ir = E
电路开路状态
电源端电压U与电源电动势E的关系为： U = E－Ir
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。
电源端电压U随着电流I 的增大而减小。电源内阻越 大，直线倾斜得越厉害；直 线与纵轴交点的纵坐标表示 电源电动势的大小（I=0时， U=E）。
电源的外特性曲线
不能用电阻串、并联化简求解的电路称为复杂 电路。
分析复杂电路要应用基尔霍夫定律。
电路的基本术语
支路
电路中的每一个分支称为一条支路。它由一个 或几个相互串联的元件所构成。含有电源的支路称 有源支路，不含电源的支路称无源支路。
a)电阻的串联电路
b)等效电路
三、电阻的连接
电阻串联电路具有以下特点: (1)电路中流过每个电阻的电流都相等。 (2)电路两端的总电压等于各电阻两端的分电压之 和,即
(3)电路的等效电阻(即总电阻)等于各串联电阻之和, 即
三、电阻的连接
电阻串联电路具有以下特点： (4)电路中各个电阻两端的电压与它的阻值成正比, 即
5
5
6
6
7
7
×104
—
×105
—
×106
—
×107
—
（转下页）
灰8
8
8
×108
—
白9
9
9
×109
—
金—
—
—
10－1
+5%
银—
—
—
10－2
+10%
（转下页）
电阻上面常用四道色环或五道色环来表示电阻 值。
阻值为27kΩ、允许偏差±5%的电阻器
阻值为17.4Ω、允许偏差为±1%的电阻器
敏感电阻器
敏感电阻是指对温度、电压、湿度、光照、气 体、磁场、压力等作用敏感的电阻器。如热敏电阻、 压敏电阻、湿敏电阻、光敏电阻等。
类型
名称
外形
碳膜电阻器
固定 线绕电阻器 电阻器
金属膜电阻器
电路符号
（转下页）
类型
ห้องสมุดไป่ตู้
名称
滑动变阻器
可变 带开关电位器 电阻器
微调电位器
外形
电路符号
RP RP
固定电阻色环的识读
黑0 棕1 红2 橙3
0
0
1
1
2
2
3
3
×100 ×101 ×102 ×103
— +1% +2% —
黄4 绿5 蓝6 紫7
4
4
塑料绝缘体
金属导体
橡胶绝缘体
橡胶绝缘体
金属导体
木柄、绝缘 金属、导电
常用电工工具
金属、导电 塑料、绝缘
导体的电阻是导体本身的一种性质。它的 大小决定于导体的材料、长度和横截面积，可 按下式计算：
R=ρ l
S
式中ρ称为材料的电阻率，电阻率的大小 反映了物体的导电能力。
二、常用电阻器
电阻器也简称电阻。
即：电源的开路电压等于电源电动势。
3．短路 开关SA接到位置“1”时，相当于电源两极被导线
直接相连。
电路中短路电流为
I短 = E / r
电路短路状态
由于电源内阻一般都很小，所以短路电流极大 。
此时电源U对外= E输−出I电短r压= 0
§1-4 基尔霍夫定律
试试能用电阻串、并联化简，并用欧姆定 律求解吗？
四、电功和电功率
1．电功
电流所做的功,称为电功，用字母W表示,单位为焦耳
(J)。研究表明,电流在一段电路上所做的功等于这段电路
两端的电压U、电路中的电流I和通电时间t三者的乘积，
即：
式中W、U、I、t的单位分别为J、V、A、s。
电能的另一个常用单位是千瓦时(kW·h),即通常所说的 1度电,它和焦耳的换算关系为：
下图所示电路中，已知E1 =24V ，E2 =12V ，电 源内阻可忽略不计，R1 = 3Ω，R2=4Ω，R3 =5Ω，分别
选D 点和E 点为参考点，试求A、B、D、E 四点的电
位及UAB和UED的值。
3．电动势
电源将正电荷从电源负极经电源内部移到 正极的能力用电动势表示，电动势的符号为E， 单位为V。
I=Q t
式中，I、Q 、t的单位分别为A、C、s。
电流的大小可用电流表进行测量。测量时应注意：
（1）对交、直流电流应分别使用交流电流表和直 流电流表测量。
（2）电流表应串接到被测量的电路中。
（3）注意直流电流表的正负极性 直流电流表表壳接线柱上标明的“+”、“－”记号， 应和电路的极性相一致，不能接错，否则指针要反转，既 影响正常测量，也容易损坏电流表。
为了在接入电流表后对电路的原有工作状况影 响较小，电流表的内阻应尽量小。
3．电流的方向
习惯上规定正电荷移动的方向为电流的方向，因 此电流的方向实际上与自由电子和负离子移动的方向 相反。