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第1章电路的基本概念与基本定律
1.1 电路的作用与组成部分 1.2 电路模型 1.3 电压和电流的参考方向 1.4 欧姆定律 1.5 电源有载工作、开路与短路电源有载工作、 1.6 基尔霍夫定律 1.7 电路中电位的概念及计算
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第1章电路的基本概念与基本定律
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已知:电路中电路中U=220V，I=5A，内阻 01= R02= 0.6Ω。例: 已知电路中，，内阻R Ω 电源的电动势E 和负载的反电动势E 求: (1) 电源的电动势 1和负载的反电动势 2 ； (2) 说明功率的平衡关系。说明功率的平衡关系。 I 解：(1) 对于电源 + + + E2 E1 U= E1-∆U1= E1-IR01 ∆ – – U 即 E1= U +IR01 R01 R02 = 220+5×0.6=223V × – U= E2+∆U2= E2+IR02 ∆ 即 E2= U -IR01 = 220-5×0.6 = 217V × (2)由上面可得，E1=E2 +IR01+IR02 由上面可得，由上面可得等号两边同时乘以 I，则得 E1 I =E2 I +I2R01+I2R02 ，代入数据有 223 × 5=217 × 5+52 × 0.6+ 5+52 × 0.6 1115W=1085W+15W+15W。。
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电气设备的额定值额定值: 额定值电气设备在正常运行时的规定使用值 1. 额定值反映电气设备的使用安全性；额定值反映电气设备的使用安全性； 2. 额定值表示电气设备的使用能力。额定值表示电气设备的使用能力。注意：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。额定值，要能够加以区别。一只220V, 60W的白炽灯接在的白炽灯, 例：一只的白炽灯接在220V的电源的电源试求通过电灯的电流和电灯在220V电压下工作上，试求通过电灯的电流和电灯在电压下工作时的电阻。如果每晚工作3h(小时小时)，时的电阻。如果每晚工作小时，问一个月消耗多少电能? 多少电能解: 通过电灯的电流为 P 60 I= A = 0.273 A = U 220
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在220V电压下工作时的电阻电压下工作时的电阻 U 220 R= = Ω = 8 06 Ω 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：额定工作状态： I = IN ，P = PN (经济合理安全可靠) 经济合理安全可靠) 过载(超载) 过载(超载)： I > IN ，P > PN (设备易损坏) 设备易损坏) 欠载(轻载) 不经济) 欠载(轻载)： I < IN ，P < PN (不经济)
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3. 电源与负载的判别 (1) 根据 U、I 的实际方向判别电源：电源： U、I 实际方向相反，即电流从“+”端流出，端流出，、实际方向相反，即电流从“+”端流出发出功率）（发出功率）负载：负载： U、I 实际方向相同，即电流从“-”端流出。端流出。、实际方向相同，即电流从“ 吸收功率）（吸收功率） (2) 根据 U、I 的参考方向判别 U、I 参考方向相同，P = UI > 0，负载；、参考方向相同，，负载； P = UI < 0，电源。，电源。 U、I 参考方向不同，P = UI > 0，电源；、参考方向不同，，电源； P = UI < 0，负载。，负载。
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I + U
开关 R
R0 干电池导线电珠
手电筒的电路模型
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手电筒的电路模型
I + E R0 干电池导线电珠 + U 开关 R
今后分析的都是指电路模型，简称电路。路模型，简称电路。在电路图中，电路图中，各种电路元件都用规定的图形符号表示。表示。
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应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。例: 应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻。 + + I I U U R 6V 2A R 6V –2A – – (a) (b)
U 6 对图(a)有解: 对图有, U = IR 所以 : R = = = 3 I 2 对图(b)有, U = – IR 所以 : R = − U = − 6 = 3 对图有 I −2
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电池是电源元件，电池是电源元件，其是电源元件参数为电动势 E 和内阻 Ro；灯泡主要具有消耗电能灯泡主要具有消耗电能的性质，是电阻元件，的性质，是电阻元件，其参数为电阻R；参数为电阻；筒体用来连接电池和灯筒体用来连接电池和灯其电阻忽略不计，泡，其电阻忽略不计，认为是无电阻的理想导体。为是无电阻的理想导体。开关用来控制电路的通开关用来控制电路的通断。
U、I 参考方向相同时、 + U – I R U=IR U、I 参考方向相反时 + U – I U = – IR R
表达式中有两套正负号：表达式中有两套正负号： (1) 式前的正负号由、I 参考方向的关系确定；式前的正负号由U、参考方向的关系确定； (2) U、I 值本身的正负则说明实际方向与参考方向、之间的关系。之间的关系。通常取 U、I 参考方向相同。、参考方向相同。
U– b
Iab 双下标 Uab 双下标注意：注意：在参考方向选定后,电流或电压)值才有正负之分电流(或电压值才有正负之分。在参考方向选定后电流或电压值才有正负之分。
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(3) 实际方向与参考方向的关系实际方向与参考方向的关系实际方向与参考方向一致电流(或电压值为正值一致，或电压)值为正值；实际方向与参考方向一致，电流或电压值为正值；实际方向与参考方向相反电流(或电压值为负值相反，或电压)值为负值。实际方向与参考方向相反，电流或电压值为负值。电路如图所示。例: 电路如图所示。电动势为电动势为E =3V 指向正极⊕ 方向由负极指向正极⊕；电压U的参考方向与实际电压U的参考方向与实际方向相同, 方向相同 U = 2.8V, 方向由 ⊕指向；电压U 电压 ´的参考方向与实际方向相反, 方向相反 U´= –2.8V; 即: U = – U´
电压与电流参考方向相反
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电流的参考方向与实际方向相反
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线性电阻的概念：线性电阻的概念：遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段电路电压与电流的比值为常数。电路电压与电流的比值为常数。 U 即： R = = 常数 I 电路端电压与电流的关系称为伏安特性。电路端电压与电流的关系称为伏安特性。 I/A 线性电阻的伏安特性是一条过原点的直线。是一条过原点的直线。 o
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′ I = 0.28A I′ = – 0.28A E 3V + + U U´ 2.8V – 2.8V +
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R0
电流I的参考方向电流的参考方向与实际方向相同，与实际方向相同， I=0.28A,由⊕流向 , 由反之亦然。反之亦然。
1.4 欧姆定律
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1. 2 电路模型
为了便于用数学方法分析电路, 为了便于用数学方法分析电路一般要将实际电路模型化，路模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电路中的器件，其组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路模型。路相对应的电路模型。理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电阻元件、电感元件、电 E + 容元件和电源元件等。容元件和电源元件等。例：手电筒手电筒由电池、手电筒由电池、灯开关和筒体组成。泡、开关和筒体组成。
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2.电路的组成部分 2.电路的电路的组成部分信号源: 信号源提供信息
信号处理：信号处理：放大、调谐、放大、调谐、检波等
话筒
放大器
扬声器
直流电源: 直流电源提供能源
负载直流Baidu Nhomakorabea源
电源或信号源的电压或电流称为激励，电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。
(2)实现信号的传递与处理 (2)实现信号的传递与处理话筒扬声器
放大器
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2. 电路的组成部分电路的组成部分电源: 电源提供电能的装置
升压变压器输电线
负载: 负载取用电能的装置
电灯电动机电炉 ...
发电机
降压变压器
中间环节：传递、中间环节：传递、分配和控制电能的作用
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1.5.1 电源有载工作
开关闭合,接通开关闭合接通电源与负载。电源与负载。 1. 电压电流关系 + E –
I
R
E I= R0 + R
U = IR 负载端电压
R0 或 U = E – IRo
UI = EI – I2Ro 2. 功率与功率平衡 P = PE – ∆ P (3) 电源输出的功率由负载决定。电源输出的功率由负载决定。负载大小的概念: 负载大小的概念负载电源内阻负载增加指负载取用的取用产生消耗功率功率功率电流和功率增加电压一定。电流和功率增加(电压一定电压一定)。
本章要求: 本章要求: 1.理解电压与电流参考方向的意义； 1.理解电压与电流参考方向的意义；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；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，理解了解电路的有载工作、开路与短路状态，电功率和额定值的意义；电功率和额定值的意义； 4. 会计算电路中各点的电位。会计算电路中各点的电位。
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1.3 电压和电流的参考方向
1. 电路基本物理量的实际方向物理中对基本物理量规定的方向物理量电流 I 电压 U 电动势E 电动势实际方向正电荷运动的方向高电位 → 低电位电位降低的方向) (电位降低的方向) 低电位 → 高电位电位升高的方向) (电位升高的方向) 单位 kA 、A、mA、 A、mA、 µA kV 、V、mV、、、 µV kV 、V、mV、、、 µV
U/V
线性电阻的伏安特性
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1.5 电源有载工作、开路与短路电源有载工作、
1.5.1 电源有载工作
+ 开关闭合, 开关闭合接通电源与负载 E – 1. 电压电流关系 R0
I
R
E I= R0 + R
(1) 电流的大小由负载决定。电流的大小由负载决定。
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2. 电路基本物理量的参考方向
I
(1) 参考方向 + 在分析与计算电路时，在分析与计算电路时，对 E 3V 电量任意假定的方向。电量任意假定的方向。 (2) 参考方向的表示方法电流：电流：箭标 a I R b
R0
+ U _
电压：电压：正负极性 + a
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1.1 电路的作用与组成部分
电路是电流的通路，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。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、分配与转换实现电能的传输、
发电机升压变压器输电线降压变压器电灯电动机电炉 ...
U = IR 负载端电压或 U = E – IR0 U (2) 在电源有内阻时，I ↑→ U ↓。在电源有内阻时，电源的外特性 E <<R 当 R0<<R 时，则U ≈ E ，表明当负载变化时，当负载变化时，电源的端电压变化不大，即带负载能力强。化不大，即带负载能力强。 I 0
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