电工基础(1-3章)课件(全).pptx

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第一章认识电工技术,第二章电路的基本知识,电路在日常生活中无处不在，它是由实际元器件按一定方式连接起来的电流路径。

本章将介绍电路的基本概念、电路中的基本物理量、欧姆定律、焦耳-楞次定律、常用仪器仪表的使用及电路基本物理量的测量等内容。

【学习目标】掌握电路、电路模型的基本概念及电路的状态。

掌握电路中的基本物理量及其意义。

掌握电源与电源电动势的基本概念。

掌握电阻和欧姆定律，理解负载获得最大功率的条件。

掌握焦耳-楞次定律。

掌握常用仪器仪表的使用方法及电路基本物理量的测量方法。

本章学习目标,观察与思考,当你打开电视机欣赏精彩节目的时候，供电线路和电视机内部的控制电路等就构成了一个闭合的电流通路，这样眩目的声光效果就产生了！

这就是生活中最常见的一个电路，如图2-1所示。

你还能列举出电路的例子吗？

观看“打开电视机构成闭合回路.swf”动画，该动画演示了电视机的电路组成和电视机电路的效果。

图2-1,章节目录,2.1电路和电路模型2.2电路中的基本物理量2.3电源与电动势2.4电阻和欧姆定律2.5负载获得最大负载功率的条件2.6焦耳-楞次定律2.7实验1仪器仪表的认识2.8实验2电阻的认识和测量2.9思考与练习,2.1电路和电路模型,2.1.1电路,大家一定列举了很多现实生活中电路的例子吧，这些电路类型多种多样，结构形式也各不相同。

但从大的方面来看，电路一般都是由电源、负载和中间环节3部分按照一定方式连接起来的电流路径，如图2-2所示：

图2-2,电源是电路中提供电能的装置，含有交流电源的电路叫交流电路，含有直流电源的电路叫直流电路。

常见的直流电源有干电池、蓄电池、直流发电机等，如图2-3所示：

负载是各种用电设备的总称，它是将电能或电信号转化为需要的其他形式的能量或信号的器件。

例如，电灯将电能转变为光能，电动机将电能转变为机械能。

如图2-4所示：

图2-4,图2-3,连接电源和负载的部分统称为中间环节，它起传输和分配电能的作用。

中间环节包括导线、电器控制的元器件等。

导线是连接电源、负载和其他电器元器件的金属线，常用的有铜导线、铝导线等。

如图2-5所示：

电器控制元器件是对电路进行控制的元器件，如图2-6所示的空气开关、熔断器等。

如下图所示：

空气开关,熔断器,图2-5,图2-6,观看“电路组成及各部分功能.swf”动画，该动画演示了电路的组成及电路中电源、负载和中间环节的作用和功能。

实际应用中电路实现的功能是多种多样的，但从总体上可概括为如下两方面。

（1）进行电能的传输、分配与转换，如图2-7（a）所示的电力系统输电电路示意。

其中，发电机是电源，家用电器、工业用电器等是负载，而变压器、输电线等则是中间环节。

（2）信号的传递与处理，如图2-7（b）所示的扩音机示意。

其中，话筒是输出信号的设备，称为信号源，相当于电源；但与上述的发电机、电池等电源不同，信号源输出的电压或电流信号是取决于其所加信息的。

扬声器是负载，放大器等则是中间环节。

图2-7,观看“电力系统示意图.swf”动画，该动画演示了电力系统的组成。

观看“扩音机电路示意图.swf”动画，该动画演示了扩音机电路的组成。

2.1.2电路模型,采用图2-7所示的电路示意图进行电路分析和计算的方法是很不方便的，故通常人们采用一些简单的理想元器件来代替实际部件。

这样一个实际电路就可以由若干个理想元件的组合来模拟，这样的电路称为实际电路的电路模型。

将实际电路中各个部件用其模型符号来表示，这样画出的电路图称为实际电路的电路模型图，也称作电路原理图，图2-8所示为手电筒电路及其电路模型图。

图2-8手电筒电路及其电路模型图,观看“手电筒电路模型swf”动画，该动画演示了手电筒电路的组成及其电路模型。

建立电路模型的意义十分重要，运用电路模型可以大大简化电路的分析，电路模型图中常用的元器件符号如表2-1所示。

电路图常用的元器件符号,表2-1,2.1.3电路的状态,电路有3种状态，如图2-9所示,图2-9,

（1）工作状态，也称为有载状态或通路、闭路等。

在如图2-9（a）所示的电路中，当开关S闭合后，电源与负载接成闭合回路，电源处于有载工作状态，电路中有电流流过，如图2-10所示。

（2）开路状态，或者称断路状态。

在如图2-9（b）所示的电路中，当开关S断开或电路中某处断开时，电路处于开路状态，被切断的电路中没有电流流过，如图2-11所示。

被拉闸的电动机如图2-12所示。

图2-10电路的工作状态,图2-11电路的开路状态,图2-12被拉闸的电动机,（3）短路状态，在如图2-9（c）所示的电路中，当a、b两点接通，电源被短路，此时电源的两个极性端直接相连。

电源被短路时会产生很大的电流，有可能造成严重后果，如导致电源因大电流而发热损坏或引起电气设备的机械损伤等，因此要绝对避免电源被短路，如图2-13所示。

图2-13电路的短路状态,观看“电路的3种状态.swf”动画，该动画演示了电路的工作、开路和短路3种状态的特点。

注：

电路中可以出现短路，有时还可以利用短路现象解决一些实际问题，但是电源是绝对不允许短路的，一定要避免电源被短路。

（1）列举一个电路实例，并说明电路是由哪几部分组成的？

（2）画出所列举的电路实例的电路模型图，说明电路图的基本功能。

（3）简述电路的3种工作状态，列举实际电路不同的情况下对应的不同状态。

【课堂练习】,2.2电路中的基本物理量,2.2.1电流,金属导体中的自由电子是运动的，并且是在做无序不规则的运动。

当存在外电场时，金属导体中的自由电子在电场力作用下就会发生定向移动，这就形成了电流，如图2-14所示，即电荷在电路中有规则的定向移动就形成了电流。

此外，电解液中正负离子在电场力作用下的移动，阴极射线管中的电子流等，都能够形成电流。

图2-14电流形成示意图,因此，产生电流必须具备如下两个条件：

（1）导体内要有做定向移动的自由电荷，这是形成电流的内因。

（2）要有使自由电荷做定向移动的电场，这是形成电流的外因。

电流表示的是一种物理现象，同时电流还是一个表示带电粒子定向运动能力强弱的物理量，其示意图如图2-15所示。

图2-15电流物理量的示意图,观看“电流形成示意图.swf”动画，该动画演示了电流形成的原因及示意图。

观看“电流物理量定义.swf”动画，该动画演示了电流物理量的定义及示意图。

实验结果证明：

单位时间内通过导体横截面的电荷越多，流过导体的电流越强；反之，电流就越弱。

电流的符号为I，其数值等于单位时间内通过导体截面的电荷量，用公式表示为：

（2-1）,在国际单位制中，电流的基本单位是安培，简称安，符号为A。

如果在1秒（s）内通过导体横截面的电荷是1库仑（C），则导体中的电流就是1安（A）。

常用的电流单位还有千安（kA）、毫安（mA）、微安（mA）等，它们之间的换算关系如下：

（2-2）,电流不但是有大小，而且还是有方向的。

规定正电荷定向运动的方向为电流的方向。

对于一段电路来说，其电流的方向是客观存在的，是确定的，但在具体分析电路时，有时很难判断出电流的实际方向。

为解决这一问题，引入电流参考方向的概念，其具体分析步骤如下:

（1）在分析电路前，可以任意假设一个电流的参考方向，如图2-16中I的方向。

图2-16电流的参考方向,

（2）参考方向一经选定，电流就成为一个代数量，有正、负之分。

若计算电流结果为正值，则表明电流的设定参考方向与实际方向相同，如图2-16（a）所示；若计算电流结果为负值，则表明电流的设定参考方向与实际方向相反，如图2-16（b）所示。

图2-16电流的参考方向,观看“电流参考方向.swf”动画，该动画演示了电流参考方向的概念以及电流参考方向的具体分析步骤。

注：

在未设定参考方向的情况下，电流的正负值是毫无意义的，本书电路图中所标注的电流方向都是参考方向，而不一定是电流的实际方向。

电流的参考方向除了可以用箭头表示外，还可以用双下标表示，如Iab表示电流的参考方向为由a指向b，而Iba表示电流的参考方向为由b指向a。

按照随时间变化的情况，电流可以分为如下两大类：

（1）直流电流，即电流的方向不随时间变化，记作DC，用I表示。

（2）交流电流，其电流方向随时间变化，记作AC，用i表示。

直流电流中电流的大小随时间变化，而方向不随时间变化的称为脉动直流电流，如正弦波脉动直流电流、三角波脉动直流电流等。

图2-17所示为电流的几种类型。

图2-17电流的几种类型,【例2-1】请说明图2-18所示电流的实际方向。

图2-18例2-1图,解：

图2-18（a）所示电流的参考方向为由a到b，I=2A0，为正值，说明电流的实际方向和参考方向相同，即从a到b。

图2-18（b）所示电流的参考方向为由a到b，I=2A0，为正值，说明电流的实际方向和参考方向相同，即从b到a。

图2-18（d）所示电流的参考方向为由b到a，I=2A0，为负值，说明电流的实际方向和参考方向相反，即从a到b。

2.2.2电压,金属导体中自由电子的运动是杂乱无章的，没有外部电场的作用是无法形成电流的。

当存在外电场时，电场力将迫使自由电子做定向移动，即形成电流。

此时，电场力要对电荷做功，如图2-19所示。

A、B是两个电极，A带正电，B带负电，这样在A和B之间就会产生电场，方向由A指向B。

如果用导线将A和B两极通过灯泡连接起来，灯泡就会发光，这说明灯丝中有电流通过。

原来，电场力移动电荷从A点经过导线流向B点形成了电流，对电荷做了功。

图2-19电压的概念,观看“电压的概念.swf”动画，该动画演示了电压形成的原因及电压的概念。

为了衡量电场力对电荷做功的能力，引入了电压这个物理量。

电场力将单位正电荷从A点移到B点所做的功，叫做电压，记作：

（2-3）,式中，W电场力由A点移动电荷到B点所做的功，单位焦耳（J）。

q由A点移到B点的电荷量，单位库仑（C）。

A、B两点间的电压。

在国际单位制中，电压的单位是伏特，简称伏，符号为V。

如果将1库仑（C）正电荷从A点移到B点，电场力所做的功为1焦耳（J），则A和B两点间的电压为1伏（V）。

常用的电压单位还有千伏（kV）、毫伏（mV）和微伏（mV），它们之间的换算关系为:

（2-4）,电压同电流一样，不但有大小，也是有方向的。

电压的方向总是对电路中的两点而言的，如果正电荷从a点移动到b点是释放能量，则a点为高电位，b点为低电位。

规定电压的实际方向是由高电位指向低电位的方向。

电压方向可以用箭头来表示，也可以用双下标表示，双下标中前一个字母代表正电荷运动的起点，后一个字母代表正电荷运动的终点，电压的方向则由起点指向终点。

除此之外还可以用“+”、“”符号来表示电压的方向。

图2-20所示为电压方向的3种表示方法。

图2-20电压方向的3种表示方法,观看“电压的表示方法及方向.swf”动画，该动画演示了电压方向的3种表示方法。

注：

电压与电流一样，电路中任意两点之间的电压的实际方向往往不能预先确定，因此在对电路进行分析计算之前，先要设定该段电路电压的参考方向。

若计算电压结果为正值，则说明电压的参考方向与实际方向一致；若计算电压结果为负值，则说明电压的参考方向与实际方向相反。

【例2-2】元件R上的电压参考方向如图2-21所示，请说明电压的实际方向,图2-21例2-2图,解：

图2-21（a）中因U=4V0，为正值，说明电压的实际方向和参考方向相同，即从a到b。

图2-21（b）中因U=4V0，为负值，说明电压的实际方向和参考方向相反，即从b到a。

图2-21（c）中因U=4V0，为正值，说明电压的实际方向和参考方向相同，即从b到a。

图2-21（d）中因U=4V0，为负值，说明电压的实际方向和参考方向相反，即从a到b。

【例2-3】设一正电荷的电荷量为0.003C，它在电场中由a点移到b点时，电场力所做的功为0.06J，试求a和b两点间的电压？

另有一正电荷的电荷量为0.04C，此电场力把它由a点移到b点，所做的功是多少？

答：

a和b两点间的电压为20V，移动0.04C正电荷所做的功为0.8J。

2.2.3电位,在电路中任选一个