第一章电路的基本概念和电压、电流的约束关系

= (Vb- Va )+Va
1 2
= 2 (-10 –12 )+12 = 1V
6、电功率和电能量
1)电功率的概念
电功率——电路元件消耗电能快慢的度量，它表 示单位时间内电路元件消耗的电场能量。 2)电功率的符号与单位 电路中用 P 或 p 表示电功率，按照定义: p(或 P )=dW/d t
在关联参考方向时
负载
电源 中间环节
中间环节：弹簧、开关等
又例如：扩音机电路
话筒 扬声器
信号源 （电源）
放 大 器
负载
中间环节
2、电路模型
理想元件：在一定条件下对实际元件加以理想化，仅仅表 征实际元件的主要电磁性质，可以用其电流和电压的数学 表达式来表示其性能。 理想导线：既无电阻性，又无电感性、电容性的导线。 电路模型：由理想元件和理想导线组成的电路。 电路模型中每个理想元件都可用数学式子来精确定义， 因而可以方便地建立起描述电路模型的数学关系式，并 用数学方法分析、计算电路，从而掌握电路的特性。 例如：手电筒电路的实际元件有干电池、电珠、开关 和筒体，电路模型如图所示。
图中标明参考方向。
U IR
注意：用欧姆定律列方程时，一定要在
电阻的功率
p u i Ri u / R
2 2
结论：
p0
电阻元件是耗能元 件，在任何时刻总 是消耗功率的。
电路基础
2、电容元件
在外电源作用下，正负电极上分别带上等量异 号电荷，撤去电源，电极上的电荷仍可长久地 聚集下去，是一种储存电能的部件。
3）参考方向的三种表示
正负号,下标a、b和箭头都是表示电位降低的方向。
4、电流和电压的关联参考方向 同一电路元件上既有电流参考方向，也有电压参 考方向。作为参考方向，都是人为假设出来的，两者 之间没有实际联系。 但是，为了分析的方便，我们在一个元件上定 义两个独立的参考方向是不合适的。因此，通常我 们在分析电路时采用所谓关联的参考方向(关联正方 向）： 即在同一电路元件或电路部分，电压和电流 的参考方向采用一致的方向。否则，称为非关联参 考方向。
1kV=10 V
1mV=10－3 V 1μV=10－6 V
电动势 电源内部的电源力通过电源内部运送电荷的 能力。即：外力驱动正电荷移动的本领。单位： 伏特（V）
1kV=10 V 1mV=10
－3
3
V
1μV=10－6 V
2、 电流和电压的实际方向
实际方向：物理中对电量规定的方向。 电流I:正电荷运动的方向。 电流流过电源时，是从电源的负极到正极； 电流流过负载时，是从负载的高电位到低电位。
, A、B两元件的电压U的方 解：因为U 12V(正值）所以确定 向就是实际方向。 因为I 2A(负值）所以确定 , A、B两元件的电流I的方
向均与实际方向相反。
可判断：A元件是电源，B元件是负载。
例
谁产生功率?产生多少功率? + E -
40v 1A
10
R
IS
US
E : IS 、U 实际方向一致，P﹥0，是负载。
话筒
返回
二、电路的组成
1、电路的主要组成 总由三部分组成：电源、负载、中间环节 电源：提供电能或电信号的装置
电源实际输出功率取决于负载。
负载：用电设备—消耗电功率 “负载增加”—— 负载消耗电功率增加， 即负载电流增加。 中间环节：输送和分配电能设备，即导线、开关、 转换电路控制及保护部分等。
例如：手电筒 电源：电池 负载：小灯泡
电路的基本物理量
1、 电路的基本物理量
电流——电路中电荷流动量的度量，它表示单位时间流过电 路中某一截面的净电荷量。即：i(或 I)=d q/d t 单位：安培（A） 1mA=10－3 A
1μA=10－6 A
电压——电路中电场强弱的度量，它表示单位正电荷从电 路中一点移动到另一点,电场力所作的功，即在移动过 程中单位正电荷所失去的电位能。即：u(或 U)=dW/dq 单位：伏特（V） 3
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。
例
E、IS哪个是电源？哪个是负载？ +
E=3V -
U
IS=2A
E： IS 、U 实际方向相反，（E、IS 实际方向相同）。 是电源。 IS : IS 、U 实际方向相同，是负载。
【例 1.3】 已知电路如图所示，U 12V, I 1A。 试判断A、B元件是电源还是负载？
补充
表示10的幂的标准前缀 前缀 阿 [托 ] 飞[母托] 皮 [可 ] 纳 [诺 ] 微 符号 a f p n μ 幂 10-18 10-15 10-12 10-9 10-6
毫
厘 分
m
c d
10-3
10-2 10-1
十
百 千 兆 吉 [咖 ] 太 [拉 ]
da
h k M G T
10
102 103 106 109 1012
＋
A
U
－
B
解：A元件的电压、电流参考方向非关联； B元件的电压、电流参考方向关联。
例
a
IR UR
假设: b
I R 与 U R 的正
方向一致 （关联）
UR IR R
假设: a IR UR b
I R 与 U R 的正
方向相反 （非关联）
U R I R R
【例 1.1】 已知电路如图所示, E 6V, R =3。试求
U cb Vc Vb 80 60 140 V
U db Vd Vb 30 60 90V
由此得出结论：
电位值是相对的，参考点选得不同，电路中其它各 点的电位也将随之改变。而电压（两点电位之差）是 绝对的，它不随参考点的不同而改变。
电位在电路中的表示法 R1
电路的作用及基本组成
一、什么是电路？
电路是由用电设备或元器件与供电设备 （称为电源）通过导线连接而构成的提供给 电荷流动的通路。
1.实现电能的传输与转换
例如电力系统输送、分配电能的电路升压 变压器
电 灯
电 动 机
电 炉 返回
2.实现电信号的传递和处理(去噪、放大等) 例如常见的扩音机电路： 放 大 器
a I
（即U、I 实际方向一致）
a R 或 U
I
R
U
b
b
I a
+
“吸收功率” （负载）
若 P = UI 0 I a
+
（即U、I 实际方向相反）
-
U b
-
U b
“发出功率” （电源）
根据能量守衡关系
P（吸收）= P（发出）
结 论
在进行功率计算时，如果假设 U、I 正方向一致。 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
用数值来表示，必须同时标定其方向。但在对复杂电路分析 之前显然也不能确定其实际方向。电路如何求解？ 如： 电流方向 AB？
电流方向 BA？
A
IR R
B
E1
E2
2）解决的方法 (1) 在解题前先假设一个电 流方向，作为参考方向。 (2) 根据电路的基本定律 ，列出电压、电流方程。
I3
(3) 根据计算结果确定电流的实际方向： 若计算结果 I3为正 ,则实际方向与参考方向一致； 若计算结果 I3为负,则实际方向与参考方向相反。
电源电压U S 和电流I的数值。
解 因为 U S E
所以 U S E 6V 电源电压 U S 的参考方向与 实际方向相同。
由于电流I的参考方向与实际方向相反，则 US 6 I 2A R 3
5、电位及其计算 1)电位的概念
电位是描述电场的一个标量物理量，是一个相对量，只有 定义了参考点，电位才有意义。电位的单位是伏特。
称“度”
1度=1kW· h=103×3600J=3.6×106J
理想电路元件及其伏安特性
一、无源元件
1、电阻元件及其伏安特性 起阻碍电流作用的元器件称为电阻。 流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比，即
U I R U R I
电阻的单位:
, kΩ , M
可见，当电压U一定时，电阻R 越大，电流I 越小。则电阻具有阻碍电流增大的性质。
+ _E1 _ E + 2 R2 R3
+E1 -E2
R1 R2
R3
4)电位的计算
计算电路中某点的电位，首先要使该点电位有意义， 因此电位计算的过程可分两步进行：
（1）在电路中设定参考点
一般选则电压源的一端、连接支路最多的结点为参考点。
（2）计算各点到参考节点的电压
因为某点的电位就是它到参考点的电压，因此，电位 的计算可转化为电压的计算。 方法：从该点出发，逐点推算。
若设a为参考点，即Va=0 , 则可得出
C +
4A
20Ω E1
a
6A 5Ω
d
10A _ 140V b
6Ω
E2 90V
+ _
Vb U ba 60V Vc U ca 80V Vd U da 30V
进而有：
U ab Va Vb 0 60 60V
关联参考方向：电压与电流的参考方向相同 非关联参考方向：电压与电流的参考方向相反
关联
非关联
注意: 1.分析电路前必须选定电压和电流的参考方向。 2.参考方向选定之后，在计算过程中不能改变。
【例1.2】已知元件A、B的电压、电流参考方向 如图所示。试判断A、B元件的电压、电流的参考 方向是否关联？ I