电工基础第2章(俞艳人民邮电).ppt

1、第2章 电路基本知识,第2章 电路基本知识,例子1,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就构成了一个闭合的电流通路，这样才能产生眩目的声光效果，这就是我们生活中最常见的一个电路。,同学们，你还能列举电路的例子吗？和你的伙伴互相交流一下。,2.1 电路和电路模型,2.1.1 电路2.1.2 电路模型2.1.3 电路工作状态,2.1.1 电路,电路从大的方面来看一般都是由电源、负载、中间环节等三个部分按照一定方式连接起来的电流路径。,电源是电路中提供电能的或将其他形式的能量转化为电能的装置。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、

2、蓄电池、直流发电机等。,负载是各种用电设备的总称，它将电能或电信号转化为需要的其他形式的能量或信号。例如电灯能将电能转变为光能，电动机能将电能转变为机械能，电视机能将电磁波信号转变为视听信号等。,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。中间环节包括导线和电器控制元件等。导线是连接电源、负载和其他电器元件的金属连接线，常用的有铜导线、铝导线等。电器控制元件是对电路进行控制的电器元件，如空气开关、熔断器等。,实际应用中电路实现的功能是多种多样的，但总的来说可概括为两个方面：一是进行电能的传输、分配与转换，如电力系统中的输电电路，其中，发电机是电源，家用电器和工业用电器等是负载

3、，而变压器和输电线则是中间环节。,二是信号的传递与处理，如收音机、电视机电路，扩音机电路中，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。,2.1.2 电路模型,采用前图电路示意图进行电路的定量分析和计算是不方便的，所以通常采用一些简单的理想元件来代替实际部件。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。,电路模型是实际电路的理想化、近似化，是一种科学抽象，这样便于我们充分运行数学方法来对电路进行分析计算，所以说电路模型并不是电路原物。

4、建立电路的数学模型可以大大简化电路的分析过程，同时需要注意的是电路模型反映了电路的主要性能而忽略了其次要性能。,将实际电路中各个部件用其模型符号来表示，这样画出的图称为实际电路的电路模型图，也称做电路原理图，图为手电筒电路及其电路模型图。,电路图常用的元件符号,2.1.3 电路工作状态,电路有三种工作状态,第一是工作状态，也称为有载状态或通路、闭路等。在图所示电路中，当开关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。,第二种是开路状态，或者称断路状态。在图所示电路中，当开关断开或电路中某处断开，被切断的电路中没有电流流过。,第三种是短路状态，在图所示电路中，当图中两点

5、接通，电源被短路，此时电源的两个极性端直接相连。电源被短路会产生很大的电流，从而造成严重后果，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，因此要绝对避免电源被短路。,2.2 电路中的基本物理量,2.2.1 电流2.2.2 电压2.2.3 电位2.2.4 电能和电功2.2.5 电功率,2.2.1 电流,金属导体中的自由电子是运动的，并且是无序的运动，当存在外电场时，金属导体中的自由电子在电场力作用下定向移动，这就形成了电流。因此说电荷在电路中有规则的移动形成了电流。,产生电流必须具备两个条件：第一，导体内要有作定向移动的自由电荷，这是形成电流的内因；第二，要有使自由电荷作定向移动的电

6、场，这是形成电流的外因。,电流表示一种物理现象，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。,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：,在国际单位制中，电流的基本单位是安培，简称安，符号为A。常用的电流单位还有千安(kA)、毫安(mA)、微安(A)等，它们之间的换算关系如下：1千安（kA）1000安(A)1000毫安(mA)1安(A)1000微安(uA)1毫安(mA),电流不但有大小，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。一段电路中电流的方向是客观存在的，是确定

7、的，但在具体分析电路时，有时很难判断出电流的实际方向。为此引入电流参考方向的概念。,在分析电路前，可以任意假设一个电流的参考方向，如图中I的方向；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，表明电流的设定参考方向与实际方向相同，如前图所示；若计算流结果为负值，表明电流的设定参考方向与实际方向相反。,具体分析步骤,在未设定参考方向的情况下，电流的正负值是毫无意义的。电流的参考方向除了可以用箭头表示，还可以用双下标表示。如Iab表示电流的参考方向由a指向b，而Iba表示电流的参考方向由b指向a。,按照随时间变化的情况，电流可以分为两大类，一类是直流电流，即电流的方向

8、不随时间变化，记作DC，用I表示；另一类是交流电流，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，三角波脉动直流，矩形波脉动直流等。下图是电流的几种类型。,解：电流参考方向为由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；电流参考方向为由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；电流参考方向为由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。,例题 请说明电流的实际方向,2.2.2 电压,金属导体中的自由电子的运动是杂

9、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定向移动形成电流，此时，电场力要对电荷做功。,图中，A，B是两个电极，A带正电，B带负电，这样在A和B之间产生电场，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经过导线流向B形成了电流，对电荷作了功。,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点所作的功，叫做电压，记作：,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

10、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两点这间的电压为1伏（V）。,常用的电压单位还有千伏（kV）、毫伏（mV）、微伏（uV），它们之间的换算关系如下：,电压不但有大小，而且是有方向的。电压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。还可以用“+”、“-”符号来表示

11、电压的方向。,电压方向的三种表示,元件R上电压参考方向如图所示，请说明电压的实际方向。,解：(1)因U=4V0，为正值，说明电压的实际方向和参考方向相同，即电压的方向从a到b；(2)因U=-4V0，为负值，说明电压的实际方向和参考方向相反，即电压的方向从b到a；(3)因U=4V0，为正值，说明电压的实际方向和参考方向相同，即电压的方向从b到a；(4)因U=-4V0，为负值，说明电压的实际方向和参考方向相反，即电压的方向从a到b。,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

12、移到b点，所做的功是多少？,2.2.3 电位,在电路中任选一个参考点，电路中某一点到参考点的电压就称为该点的电位。电位的符号用V表示，如图所示的电路中点A和参考点O间的电压 称为A点的电位，记作，电位的单位也是伏特（V）。,电压和电位都是表征电路能量特征的物理量，两者有联系也有区别。电压是指电路中两点之间的电位差。因此，电位是相对的，它的大小与参考点的选择有关；电压是绝对的，它的大小与参考点的选择无关。,参考点的选择是任意的，电路中各点的电位都是相对于参考点而言的。通常规定参考点的电位为零，因此参考点又叫做零电位点。比参考点高的电位为正，比参考点低的电位为负。在一般的电子线路中，通常将电源的一

13、个极作为参考点；在工程技术中则选择电路的接地点为参考点。,由电位的定义可知，电位实际就是电压，只不过电压是指任意两点之间，而电位则是指某一点和参考点之间，电路中任意两点之间的电压即为此两点之间的电位差，如a、b之间的电压可记为,当,时，说明a点的电位,高于b点电位,当,时，说明a点的电位,低于b点电位,当,时，说明a点的电位,等于b点电位,在图示电路中，已知,试分别以a点和c点作参考点，求b点的电位和b，c两点间的电压。,解：（1）以a点作为参考点，则已知，又，故b点电位为：因为，又，故c点电位为：则b，c点间电压为（2）以c点作为参考点，则，因为，又，故a点电位为：已知，又，故b点电位为：则

14、b，c点间电压为,2.2.4 电能和电功,电能就是实际存在的电力所具备的能量，它是通过其它形式的能量转化而来的，如通过火力发电、水力发电、风力发电、太阳能发电以及各种电池将不同形式的能转化为电能，通过这些能量转换，电能才能为工业生产和日常生活所使用。,当在导体两端加上电压时，导体内就建立了电场。电场力在推动自由电子定向移动过程中要做功，也称电流做功，电流所做的功就是电功。电流做功的过程就是电能转化为其它形式能量的过程，如电流通过灯泡将电能转化为光能、热能等，电流通过电热炉将电能转化为热能等。,假设导体两端的电压为U，通过导体横截面的电荷量为q，产生的电流为I，根据电压的定义,可得出电场力对电荷

15、量q所做的功，即电路所消耗的电能为,在一段电路中，电场力使电荷通过导体所做的功W与加在这段电路两端的电压U和通过导体的电流I以及通电时间t成正比。,在国际单位制中W，U，I，t的单位分别是焦耳（J）、伏特（V）、安培（A）、秒（s）。在实际应用中电能的另一个常用单位是千瓦小时（kWh），1kWh就是我们常说的1度电。,1度=1,刘老太家的一台小型电动磨面机，工作电压是220V，工作电流是1.5A，请大家帮忙算算她的这台电动机正常工作2小时所用的电能。,解：答：这台电动机正常工作2小时所用的电能为 焦,2.2.5 电功率,单位时间内电流所做的功称为电功率，它是衡量电能转换为其它形式能量速率的物理

16、量，用字母P表示：,P为电功率，单位为W，U为电压，单位V，I为电流，单位为A。,在国际单位制中P，U，I，t的单位分别是瓦特（W）、伏特（V）、安培（A）、秒（s）。若电流在1s内所做的功为1J，则电功率就是1W。常用的电功率单位还有千瓦（kW），毫瓦（mW）等。,电能和电功率是两个不同的概念，两者既有联系又有区别。电能是指一段时间内电流所做的功，或者说一段时间内负载消耗的能量；电功率是指单位时间内电流所做的功，或者说是指单位时间内负载消耗的电能。电功率用瓦特表测量，电能用瓦时表（即电能表）来计算。电能和电功率常用的单位分别是千瓦小时和瓦。,注意！,一台电炉通电时其电压为220V，通过电炉丝的电流为10A，试求电炉通电30分钟消耗的电能是多少？该电炉的功率是多大？,解：答：该电炉通电30分钟消耗的电能为 焦。答：该电炉的功率为2200瓦。,2.3 电源与电动势,2.3.1 电源2.3.2 电动势2.3.3 电动势与电压区别,2.3.1 电源,使用电器时，要插上电源插头，否则电器就没有办法正常工作；使用手电筒、MP3、手机时要装上电池，大家知道这是为什么吗？这就是我们即将学习的电源的知