电工基础——电路的基本概念

第一章电路的基本概念

第一节电路模型和电路中的基本物理量

学习目标： 1 ．掌握电路的作用和构成及电路模型的概念。

2 ．掌握电流、电压、电位、功率的概念、表示、单位和方向。

重点：电流、电压、电位、功率的概念、表示、单位和方向。

难点： 1. 参考方向； 2 ．电压与电位的区别

一、电路模型基本概念

1. 电路特点：

电路设备通过各种连接所组成的系统，并提供了电流通过途径。

2. 电路的作用：

图 1-1 电路模型

(1) 实现能量转换和电能传输及分配。

(2) 信号处理和传递。

3 ．电路模型：理想电路元件：突出实际电路元件的主要电磁性能，

忽略次要因素的元件；以理想电路元件代替实际的元件组成的电路，即为实际电路的模型；例图 1-1 ：最简单的电路——手电筒电路

4 ．电路的构成：电路是由某些电气设备和元器件按一定方式连接组成。

（ 1 ）电源：向电路提供能量的设备，如干电池、蓄电池、发电机等。

（ 2 ）负载：用电器即各种用电设备，如电灯、电动机、电热器等。

（ 3 ）导线：把电源和负载连接成闭合回路，常用的是铜导线和铝导线。

（ 4 ）控制和保护装置：用来控制电路的通断、保护电路的安全，使电路能够正常工作，如开关，熔断器、继电器

等。

二、电路的基本物理量

1 ．电流

(1) 定义：电荷的定向运动形成电流，单位时间内通过导体横截面的电量。

(2) 电流单位：安培 (A) ， 1A ＝ 10 3 mA ＝10 6 μ A ， 1 kA ＝ 10 3 A

(3) 电流方向：规定正电荷运动的方向为电流的实际方向。电流的方向不变为直流 I ，方向和大小都变化为交流 i 。假设的电流流向称为电流的参考方向。

（ 4 ）标定：在连接导线上用箭头表示，或用双下标表示

约定：当i >0 时参考方向与实际方向一致，当i <0 时参考方向与实际方向相

反，

(5) 电流的测量：利用安培表，安培表应串联在电路中，直流安培表有正负端子。

2. 电压

(1) 定义：电场力将单位正电荷从电场中的a 点移到b 点所做的功，称其为a 、b 两点间的电压。或任意两点间的电位差称为电压。

(2) 电压单位：伏特（ V ）， 1V ＝ 10 3 mV ＝10 6 μ V ， 1kV ＝ 10 3 V

(3) 电压方向：规定把电位降低的方向作为电压的实际方向。电压的方向不变为直流电压Uab ，方向和大小都变化为交流电压u ab 。假设的电压方向称为电压的参考方向。

（ 4 ）标定：可以采用以下几种方式，“ + ”高电位端、“－”低电位端，当U> 0 时参考方向与实际方向一致，当U <0 时参考方向与实际方向相反。

（ 5 ）电压的测量：利用伏特表，伏特表应并联在电路中，直流伏特表有正负端子。

（ 6 ）电位：正电荷在电路中某点所具有的能量与电荷所带电量的比称为该点的电位。电路中的电位是相对的，与参考点的选择有关，某点的电位等于该点与参考点间的电压。电路中 a 、 b 两点间的电压等于 a 、 b 两点间的电位差。即 U ab =V a -V b 。所以电压是绝对的，其大小与参考点的选择无关；但电位是相对的，其大小与参考点的选择有关。

3. 能量

(1) 定义：在t 1 时间内，电路所消耗的电能。

(2) 能量单位：焦耳 (J) ，电能的常用单位为度，１度＝１千瓦×１小时

(3) 能量方向：吸收、释放功率

4. 功率

(1) 定义 : 单位时间内消耗电能即电场力在单位时间内所做的功。

dW = u ( t ) dq ， dq = i ( t ) dt

∴ p ( t ) = u ( t ) i ( t ) (W)

(2) 功率单位：瓦特 (W)

(3) 功率方向：提供、消耗

（ 4 ）功率的测量：利用功率表。

例 1-1 ：有一个电饭锅，额定功率为 1000W ，每天使用 2 小时；一台 25 寸电视机，功率为 60W ，每天使用 4 小时；一台电冰箱，输入功率为 120W ，电冰箱的压缩机每天工作8 小时。计算每月（ 30 天）耗电多少度？

解：（1kW × 2 h ＋0.06kW × 4h ＋0.12kW × 8h ）× 30 天

＝（ 2 度＋ 0.24 度＋ 0.96 度）× 30 ＝ 52 度

答 : 每月耗电 52 度

5. 参考方向

（ 1 ）定义：任意假设电压、电流的方向称为参考方向。参考方向可任意标定，方向标定后，电流、电压、电动势之值可正可负；计算结果存在两种情况：

① “ ＋” 说明参考方向与真实方向相同；

② “ －” 说明参考方向与真实方向相反。

注意：①选定参考方向后，不再更改

②计算结果的正、负只与图中参考方向结合起来才有物理意义。

（ 2 ）关联参考方向：元件上电流和电压的参考方向一致。在进行功率计算时， P ＝ U I 。

非关联参考方向：元件上电流和电压的参考方向不一致。在进行功率计算时， P ＝ -U I 。

如果假设 U 、 I 参考方向一致，则当计算的 P > 0 时 , 则说明 U 、 I 的实际方向一致，此部分电路消耗电功率，为负载。当计算的 P < 0 时 , 则说明 U 、 I 的实际方向相反，此部分电路发出电功率，为电源。所以，从 P 的 + 或 - 可以区分器件的性质，或是电源，或是负载。

作业： 1-6-2 ， 3 ， 1-2

第二节欧姆定律和电阻元件

学习目标： 1 ．掌握欧姆定律。