电工学课件

电 功 率
功率的概念：设电路任意两点间的电压为 U ,流入此
部分电路的电流为 I， 则这部分电路消耗的功率为:
a
b
I U
P U I
W
功率有无正负？
如果U I方向不一 致结果如何？
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a
在 U、 I 正方向选择一致的前提下，
I U
若 P = UI 0
b a I
U 0 “吸收功率” （负载） I 0
U UR E
UR U E
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UR U E IR R R
a
R
IR
UR
E
b U
U E IR R
(3) 数值计算
U 3V
IR
3- 2 1A 1 1 2 1A 1
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（实际方向与假设方向一致）
U 1V
IR
（实际方向与假设方向相反）
注意
(1) “实际方向”是物理中规定的，而“假设 方向” 则 是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。 (2) 在以后的解题过程中，注意一定要先假定“参考方向” (即在图中表明物理量的参考方向)，然后再列方程 计算。缺少“参考方向”的物理量是无意义的. (3) 电流和电压的参考方向都是任意的，彼此可以互相 独立假设，但习惯上把他们联系起来选择，这样设定的 参考方向称为关联参考方向。
a
U b
I
U 0 或 I 0
U
b
若 P = UI 0
I a
+
U 0 I 0
U
-
“发出功率” （电源）
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b
分析与思考:
1.4.（1）在图示的关 联参考方向下,若电源 和负载中求得的电功 率P >0,这说明它们是 取用还是输出电功率? I E
＋ ＋
I
U
—
U
—
答：电源的电功率P >0,说明电源输出电功率;负载的电 功率P >0,说明负载取用（输入）电功率。
特征：I＝0
S1 E S2
P0
U视电 U 路而定 O
EL1
EL2
有 源 电 路
如果开关都断开，则电源既 不产生也不输出功率，电源状态 为空载。
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三、短路：
当某一部分电路的两端用电阻可以忽略不计的导线 或者开关连接起来，使得该部分电路中的电流全部被导 线或开关所旁路，这部分电路所处的状态称为短路或者 短接。 特征：U＝0
定功率。
在使用电气设备或元器件时不得超过其额定值，以免 影响其正常使用甚至使其遭到损坏。 注意：电气设备工作时的实际值不一定都等于其额定 值，要能够加以区别。
额定状态：实际值等于额定值的电气设备的工作状态。
过载：实际值大于额定值的电气设备的工作状态。 欠载：实际值小于额定值的电气设备的工作状态。
解
a + I=-2A + b E1=5V
设
Vb 0
则
Va U ab 12V Vn 12 5 7V Vm E2 3V U nm Vn Vm 7 3 10V
U nm 10 R 5 I 2
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+ R Unm m n E2=3V
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输出功率P＝UI
+ E I + U _ (a)
_
R0
R0
可见电源有载和空载时的电压和输出的电功率不相同。
1.3.（3）图示电路中的电源短 路时,是烧坏电源还是烧坏照明 灯?
S1 S2
Ⅰ Ⅱ
答：烧坏电源。因为这时所有负载均被短路，电流不通 过负载，外电路的电阻可视为零，回路中仅有很小的电 源内阻，故会有很大的电流通过电源，将电源烧坏。
aI + U c RL d
b
答：负载处于有载状态时负载的大小和增减是指负 载消耗的电功率的大小和增减。 负载消耗的电功率P=U2/RL,蓄电池电压一定即式中 U不变，当RL增加时，P 减小，故该负载减小了。
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1.3.（2）某电源的电动势为E,内电阻为R0,有载时的电流 为I,试问该电源有载时和空载时的电压和输出的电功率是 否相同,若不相同,各应等于多少? 答：该电源有载时如图（a) 输出电压U＝E—R0I 空载时如图（b) 电源输出电流I＝0 输出电压U＝E 输出功率P＝0不变 + R E_ I=0 + U _ (b)
欧姆定律：流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。
＋ I U － U ＝－ RI （ ） b
－ U ＋
I
U ＝－ RI （c ）
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例题1.4.2
应用欧姆定律对下图的电路列出式子，并求电阻R ＋ ＋ － － U U I U I U I I R R R 6V 2A R 6V －2A －2A － 6V －6V 2A
－ (a)
－ (b)
I 2
＋ (c)
＋ (d)
解
(a) R U 6 3
U I U (c) R I (d) R U 6 I 2
(b) R
6 3 2 6 3 2 3
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例题1.4.3 计算下图的电阻R值，已知Uab＝－12V。
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1.4 电路中的参考方向
电压和电流的方向 实际方向 参考方向
实际方向： 物理中对电量规定的方向。 物理量 电流I 电压U 电动势E 单位
A k A、 m A、 μA V kV、mV、μV V kV、mV、μV
实际方向 正电荷移动的方向 电位降低的方向 电源驱动正电荷的方向 电位升高的方向
参考方向: 在分析计算时人为规定的方向。
1.3 电路的状态
一、通路：
当开关闭合，电源与负载接通，电路处于通路 状态，而电源此时的状态称为有载。 导线 灯 泡 开关 电 池
E ＋ US －
S
I ＋
UL
－
1
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。 额定值通常标注在设备的铭牌上或记载在说明书中， 符号标注为UN表示额定电压、IN表示额定电流、PN表示额
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电路分析中的假设正方向（参考方向）
问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量 的实际方向，电路如何求解？ 电流方向 AB？ 电流方向 BA？
A
IR R
B
E1
E2
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问题：
在复杂电路中难于判断元件中物理量的
实际方向，如何解决？
解决方法：
(1) 在解题前任选某一个方向为参考方向（或称正 方向）； (2) 根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关 系的代数表达式； (3) 根据计算结果确定实际方向： 若计算结果为正，则实际方向与参考方向一致； 若计算结果为负，则实际方向与参考方向相反。
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I
＋
负载：电流的参考方向由
电压
E
＋
电源：电流的参考方向由
电压参考方向所假定的低电位 流向高电位。
U
—
符合以上规定的参考方向称为电流和电压 的参考方向或正方向一致为关联参考方向，否 则称为不一致为非关联参考方向。
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欧 姆 定 律
U R I
＋ U － U ＝RI （a ） I
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例题1.3.1
已知：有一额定值为5W 500 的线绕电阻， 问其额定电流？在使用时电压不得超过多大？ 解
P 5 I＝ ＝ ＝0． 1A R 500
在使用时电压不得超过
U＝RI＝500×0.1＝50V
电源处于有载状态时负载的大小和增减是指负载消耗 的电功率的大小和增减。
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二、开路：
当某一部分电路与电源断开，该部分电路中没有电流， 亦无能量的输送和转换，这部分电路所处的状态称为开路。
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物理量参考方向的表示方法 a U b _ 正负号 电流： +
电压
箭
头 a
U b
低电位在后） I
I
双下标
Uab（高电位在前，
a
电 池
灯 泡
+ E _
R
b
Uab
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例题1.4.1 R a 已知：E=2V, R=1Ω
IR UR
E b U
问： 当a b间电压U分别为 3V 和 1V 时，IR=? 解： (1) 假定电路中物理量的正方向如图所示； (2) 列电路方程：
P0
电源短路
S1 S2
EL1 EL2
有 源 电 路
I视电路而定
Is
U ＝0
如果开关都闭合，则所有负载被短路，电源产生的 功率全部消耗在电源内阻和导线电阻上，此时电源状态 为短路（一般不能称为短接）。
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分析与思考
1.3.（1）某负载为一可变电阻器，由电压一定的蓄电池供 电，当负载电阻增加时，该负载是增加了？还是减小了？