电工基础(杨利军版)第1章电路的基本概念与基本定律

第1章电路的基本概念和基本定律本章的内容是贯穿全书的重要理论基础，将介绍电路与电路模型，电路的基本物理量，电流、电压参考方向的概念，以及作为进行电路分析基本依据的元件伏安关系和基尔霍夫定律等概念，并具体介绍三种基本的电路元件—电阻、电压源与电流源。

最后还将介绍电路中各点电位的计算。

电路基础（第3版）– 2 –1.1 电路与电路模型1.1.1 电路电路是电流的通路，它是由某些电工设备或元件按一定方式连接起来为人们生产、生活完成某种功能的物质实体。

较复杂的电路又称为电网络。

“电路”和“网络”这两个术语通常是相互通用的。

电路根据它们的基本功能可以分为两大类，一类是实现电能的传输和转换。

最典型的例子是电力系统，其电路示意图如图1.1（a ）所示，它包括电源、负载和中间环节三个组成部分。

图1.1 电路示意图发电机是电源，是供应电能的设备。

在发电厂内可把热能、水能或核能转化为电能。

除发电机外，电池也是常见的电源。

电灯、电动机、电炉等都是负载，是取用电能的设备，它们分别把电能转化为光能、机械能、热能等。

变压器、输电线、开关及一些保护设备是中间环节，是连接电源和负载的部分，它起传输和分配电能以及控制和保护电气设备的作用。

另一类是实现信号的传递和处理。

常见的例子如扩音机，其电路示意图如图 1.1（b ）所示。

它将话筒施加的信号先经过放大器的放大，然后再送到扬声器进行输出。

话筒把语音或音乐（通常称为信息）转换为相应的电压和电流（电信号），是输出信号的设备，称为信号源，相当于电源，但与上述的发电机、电池这种电源不同，信号源输出的电信号的变换规律是取决于所加信息的。

扬声器把电信号还原为语音或音乐，是接收和转换信号的设备，也就是负载。

由于话筒输出的电信号比较微弱，不足以促使扬声器发音，因而采用中间环节（放大器）来放大，对信号起传递和放大作用。

信号的这种转换和放大，称为信号的处理。

收音机和电视机也是一种信号传递和处理电路，它们的接收天线（信号源）在接收载有语音、音乐、图像等信息的电磁波后把它们转换为相应的电信号，再经过调谐、变频、检波、放大等中间环节将其送到扬声器和显像管（负载），还原为原始信号。

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。

第1章电路的基本概念和基本定律1.1 电路1.1.1 实际电路组成与功能1.1.2 电路模型1.1.3 电路的工作状态思考与练习题1.2 电路中的基本物理量1.2.1 电流1.2.2 电压1.2.3 电位1.2.4 电能1.2.5 电功率1.2.6 电源与电源电动势阅读材料常用电池思考与练习题1.3 电阻及其与温度的关系1.3.1 电阻1.3.2 电阻与温度的关系阅读材料常用电阻器阅读材料电工材料思考与练习题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 电阻元件消耗的能量与功率1.5 焦耳—楞次定律1.6 负载获得最大功率的条件思考与练习题本章小结习题1［探索与研究］第2章直流电阻电路2.1 电阻串联电路及应用2.1.1 电阻串联电路2.1.2 串联电阻的应用——电压表扩大量程思考与练习题2.2 电阻并联电路及应用2.2.1 电阻并联电路2.2.2 并联电阻的应用——电流表扩大量程思考与练习题2.3 电阻混联电路思考与练习题2.4 基尔霍夫定律2.4.1 电路结构中的几个名词2.4.2 基尔霍夫电流定律2.4.3 基尔霍夫电压定律思考与练习题2.5 支路电流法及其解题步骤2.5.1 支路电流法2.5.2 支路电流法解题步骤思考与练习题2.6 电压源和电流源及其等效变换2.6.1 电压源2.6.2 电流源2.6.3 电压源与电流源的等效变换思考与练习题2.7 叠加定理2.8 二端网络和戴维南定理2.8.1 二端网络2.8.2 戴维南定理思考与练习题本章小结习题2［探索与研究］第3章电容和电感3.1 电场和电场强度3.1.1 电场3.1.2 电场强度思考与练习题3.2 电容器和电容3.2.1 电容器3.2.2 电容3.2.3 平行板电容器的电容阅读材料电容器思考与练习题3.3 电容器的基本特性3.3.1 电容器的充、放电现象3.3.2 电容元件的伏安特性3.3.3 电容器中的电场能量阅读材料用万用表粗略测试电容器质量的方法思考与练习题3.4 电容器的连接3.4.1 电容器的串联3.4.2 电容器的并联阅读材料串联电容器组的耐压值问题思考与练习题3.5 磁场及其基本物理量3.5.1 磁场和磁感线3.5.2 电流的磁场3.5.3 磁场的基本物理量思考与练习题3.6 电磁感应3.6.1 电磁感应现象3.6.2 感应电流的方向及楞次定律3.6.3 法拉第电磁感应定律思考与练习题3.7 电感及其基本特性3.7.1 电感器3.7.2 电感3.7.3 自感现象和自感电动势3.7.4 电感元件的伏安特性3.7.5 电感线圈中的磁场能量思考与练习题本章小结习题3［探索与研究］第4章正弦交流电路4.1 正弦交流电的基本概念4.1.1 正弦交流电的产生4.1.2 正弦交流电的三要素4.1.3 正弦交流电的相位差4.1.4 正弦交流电的有效值和平均值思考与练习题4.2 正弦交流电的表示方法4.3 正弦交流电路4.3.1 纯电阻电路4.3.2 纯电感电路4.3.3 纯电容电路4.3.4 RLC串联电路4.3.5 功率因数阅读材料交流电路的实际元件阅读材料常用电光源思考与练习题本章小结习题4［探索与研究］第5章三相交流电路5.1 三相交流电的产生5.1.1 三相交流发电机的简单构造 5.1.2 三相对称正弦量5.1.3 相序思考与练习题5.2 三相电源的联接5.2.1 三相电源的星形联接5.2.2 三相电源的三角形联接思考与练习题5.3 三相负载的联接5.3.1 三相负载的星形联接5.3.2 三相负载的三角形联接5.4 三相电路的功率思考与练习题阅读材料三相电动机思考与练习题阅读材料保护接地和保护接零思考与练习题本章小结习题5［探索与研究］第6章磁路与变压器6.1 磁路*6.1.1 磁路及磁路定律*6.1.2 铁磁性物质的磁化6.1.3 铁磁性物质的分类与应用思考与练习题6.2 线圈的互感*6.2.1 互感电动势*6.2.2 互感线圈的串联6.2.3 涡流和磁屏蔽思考与练习题6.3 变压器与电磁铁6.3.1 变压器的基本结构6.3.2 变压器的工作原理6.3.3 几种常见的变压器6.3.4 变压器的功率和铭牌6.3.5 交、直流电磁铁6.3.6 铁磁性物质的充磁与去磁思考与练习题本章小结习题6［探索与研究］第7章信号传输与系统概述7.1 谐振电路*7.1.1 串联谐振电路*7.1.2 并联谐振电路7.1.3 RC电路的频率特性思考与练习题*7.2 信号与系统概述7.2.1 信号的基本知识7.2.2 无线电信号的传输7.2.3 系统与网络简介7.2.4 信号的反馈与控制思考与练习题本章小结习题7［探索与研究］*第8章暂态过程8.1 暂态过程与换路定律8.1.1 暂态过程8.1.2 换路定律8.2 一阶电路的分析8.3 RC电路的暂态过程8.3.1 RC电路的充电过程 8.3.2 RC电路的放电过程 8.4 RL电路的暂态过程8.4.1 RL电路接通直流电源 8.4.2 RL电路切断电源思考与练习题本章小结习题8［探索与研究］参考文献。

第一章电路的基本概念和定律电路的基本概念和基尔霍夫定律是电工技术和电子技术的基础。

本章首先介绍电路的基本概念和基本变量，如电路模型、电压和电流的概念及其参考方向，定义电阻、电容、电感、独立电压源和独立电流源等理想电路元件并讨论其属性。

最后介绍电路分析中最重要的定律—基尔霍夫定律。

第一节电路中的物理现象和电路模型一、实际电路电路：由电气器件或设备，按一定方式连接起来，完成能量的传输、转换或信息的处理、传递。

组成：电源、负载和中间环节。

镇流器220V日光灯实际电二、理想电路元件、电路模型实际电路的分析方法: 用仪器仪表对实际电路进行测量，把实际电路抽象为电路模型，用电路理论进行分析、计算。

1、理想电路元件实际的电路是由一些按需要起不同作用的元件或器件所组成，如发电机、变压器、电动机、电池、电阻器等，它们的电磁性质是很复杂的。

例如：一个白炽灯在有电流通过时为了便于分析与计算实际电路，在一定条件下常忽略实际部件的次要因素而突出其主要电磁性质，把它看成理想电路元件。

2将实际电路中的元件用理想电路元件表示、连接，称为实际电路的电路模型。

R L消耗电能（电阻性）产生磁场储存磁场能量（电感性）220实际电路电容器u s 源负载U S实际电路电路模型三、电路的分类1. 分布参数电路：电路本身的几何尺寸 相对于工作波长不可忽略的电路。

2. 集中参数电路：如果电路本身的几何尺寸l 相对于电路的工作频率所对应的波长λ小的多，则在分析电路时可以忽略元件和电路本身几何尺寸。

例如，工作频率为50Hz ，波长λ =6000 km ，所以在工频情况下，多数电路满足 l << λ，可认为是集中参数电路。

集中参数电路:线性电路（元件参数为常数）、非线性电路（元件参数不为常数）。

第二节 电路中的基本物理量一、电流及电流的参考方向1. 电流：带电粒子或电荷在电场力作用下的定向运动形成电流。

（单位时间内通过某一截面的电荷量）电流的单位：A （安培）、kA （千安）、mA(毫安)、μA （微安）2 . 电流的参考方向电流的实际方向：正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向(客观存在) 电流的参考方向：任意假定dtdqi =A10A 1 , A 10mA 1 , A 10kA 1-633===-μ实际方向（2A ）（参考方向与实际方向相同）A)2( 0=>ii 实际方向（2A ）（参考方向与实际方向相反）A)2( 0-=<i i二、电压、电位及电压的参考方向1. 电位（物理中的电势）：电场力把单位正电荷从一点移到参考点所做的功。