电路基础(第4版)教学资源4第1章基本概念和基本定律课件.ppt
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1、电路基础电路基础(第第4版)版)目 录第1章 电路的基本概念和基本定律第2章 电路的基本分析方法第4章 三相正弦交流电路第5章 互感耦合电路第3章 正弦交流电路第7章 非正弦周期电流电路第9章 磁路与变压器第11章 电路基础实验第10章 异步电动机第8章 线性动态电路分析第6章 谐振电路 第1章 电路的基本概念和基本定律 老子道:老子道:合抱之木,生于毫末;九层之台,起于垒土;千里之行,始于足下。荀子言:荀子言:不积跬步,无以至千里;不积小流,无以成江海。老师说:老师说:基础不牢如沙上建塔。这里要讲的是电路的基本概念与基本定律。章前絮语章前絮语 电路和电路模型的概念;电路的基本电路和电路模型的
2、概念;电路的基本物理量;电阻、电感、电容及电源元件的物理量;电阻、电感、电容及电源元件的概念;电路的三种状态;基尔霍夫定律;概念;电路的三种状态;基尔霍夫定律;电位分析。电位分析。本章教学内容本章教学内容1-1 1-1 电路和电路模型电路和电路模型理解电路和电路模型的概念。重点内容:重点内容:理想元件电路模型教学要求:教学要求:1-1 1-1 电路和电路模型电路和电路模型电路:电路:由电器元件按一定方式连接起来的总体,由电器元件按一定方式连接起来的总体,为电流流通提供了路径。为电流流通提供了路径。1-1-1 电路电路实际电路实际电路实际电路视频或图片 前者如电力供电电路、电器设备的控制电路等。
3、前者如电力供电电路、电器设备的控制电路等。实现能量的转换和传输实现能量的转换和传输实现信号的传递和处理实现信号的传递和处理电路的作用:电路的作用:发电机发电机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机电炉电炉.输电线输电线 后者如通信电路、测量电路等后者如通信电路、测量电路等。放大放大器器扬声器扬声器话筒话筒 理想电路元件理想电路元件:将实际元将实际元/器件加以理想化,在一器件加以理想化,在一定条件下忽略其次要电磁性质,用足以表征其主定条件下忽略其次要电磁性质,用足以表征其主要电磁性质的理想化的电路元件来表示。要电磁性质的理想化的电路元件来表示。1-1-2 电路模型电路模型例
4、如:电阻元件电阻元件(R)消耗电能 电感元件电感元件(L)储存磁场能量 电容元件电容元件(C)储存电场能量 电源元件电源元件(US或或IS)产生电能 电路模型电路模型:由理想电路元件组成的电路。由理想电路元件组成的电路。灯泡灯泡电池电池开关开关负载负载电源电源控制环节控制环节手电筒电路模型手电筒电路模型电路模型UUSIR+_+_电路图分为:电路图分为:原理图原理图、装配图装配图、电路模型图电路模型图。前两种用于工程中安装、检修和调试;后者用于电路分析。原理图:原理图:只表示线路的接法。装配图:装配图:除表示电路的实际接法外,还画出有关部分 的装置与结构,反映出电路的几何尺寸和各 元件实际形状。
5、电路模型图:电路模型图:由理想电路元件通过一定的连接构成的 图。常用电路元件符号见表1-1。关于电路图关于电路图1-1小结:小结:1.1.实际电路或实际电路元件可以用理想电路元件或理想电路元件组合的电路模型来表示。2.2.电路图有原理图、装配图、电路模型图(这里简称电路图)。教学内容:教学内容:电路的基本物理量。教学要求:教学要求:熟练掌握电流、电压、电动势、电位的概念;掌握电功率和电能的概念。教学重点和难点:教学重点和难点:重点:重点:电流、电压的参考方向及关联参考方向和电功率的计算。难点:难点:电路发出和吸收功率的判断。1-2 1-2 电路的基本物理量电路的基本物理量1-2 1-2 电路的
6、基本物理量电路的基本物理量1-2-1 电流电流dtdqi 国际单位制(SI)中,电流的单位为安培(A)1.1.定义:带电粒子的定向移动称为电流。定义:带电粒子的定向移动称为电流。其大小用电流强度表示。电流强度电流强度:单位时间内通过导体某一横截面的电单位时间内通过导体某一横截面的电荷量,荷量,即s/CA/时间电荷电流A101AmA 10A1A 10kA1633单位换算电流电流2.2.方向方向实际方向:实际方向:规定为正电荷的移动方向。规定为正电荷的移动方向。参考方向:参考方向:人为规定。人为规定。二者关系:二者关系:i0,相同;相同;i0ab电流的实际方向电流的实际方向电流的参考方向电流的参考
7、方向i0,相同;相同;u0+-ab电压的实际方向电压的实际方向电压的参考方向电压的参考方向u0,表示点电位高于参考点电位。电路中电路中a a点到点到b b点的电压等于点的电压等于a a点电位与点电位与b b点电位之差。即点电位之差。即baabVVU电位的单位与电压的单位相同。说明:参考点参考点的选择是任意的。参考点的电位为零。工程上常选大地或机壳为参考点。3.电压与电位电压与电位如图所示,以电路中的0点为参考点,则有 Va=Ua0,Vb=Ub0。电位表示图电位表示图R1R2VaVbba0+_ba0a00ba0abVVUUUUUb电压电流的参考方向关系有4种:电压电流的关联参考方向电压电流的关联
8、参考方向分两类:(1)一致方向称为关联参考方向关联参考方向;(2)不一致方向称为非关联参考方向非关联参考方向。abu+-iabu-+iabu+-iabu-+i(a)关联参考方向(b)关联参考方向(c)非关联参考方向(d)非关联参考方向说明说明:1.1.选用哪一种,原则上任意。习惯上:无源元件取一致方向;有源元件取不一致方向。2.2.u、i 参考方向一经确定,计算过程中不得改变。3.3.电路图中标出的方向均为参考方向。关于参考方向几点说明:(1)电流、电压的实际方向是客观存在的,而参考方向是人为选定的。(2)当电流、电压的参考方向与实际方向一致时,电流、电压值取正号,反之取负号。(3)分析计算每
9、一电流、电压时,都要先选定其各自参考方向,否则计算得出的电流、电压正负值是没有意义的。(4)电路中某一支路或某一元件上的电压与电流的参考方向的选定,可以选一致的参考方向,称关联参考方向;也可选择不一致的参考方向,称非关联参考方向。对于任意一个二端元件,如图中的元件A。当正电荷在电场力作用下,从元件A的电压“+”极端,经元件移到电压“-”极端,即从高电位端移到低电位端,这时,电场力对正电荷做了功,该元件吸收了电能,如图a所示。1-2-3 电功率与电能电功率与电能元件吸收能量(单位:焦耳J)Aaib+u-(a)电能电能 相反,正电荷从元件A的电压“-”极经元件移到电压的“+”极,是外力克服电场力做
10、了功,该元件发出了电能,如图b所示。Aaib+u-(b)元件发出能量twtpdd)(mW101WW,101kWkW,101MW333单位换算:国际制(SI)中,功率的单位为瓦特,简称瓦(W)。p=ui对交流对直流 P=UI定义:单位时间内元件吸收或发出的电能为该电路的功率功率,用p表示,即电功率电功率u u、i i 方向与方向与 p 的关系:的关系:(1 1)u、i 取关联参考方向时,取关联参考方向时,p=ui:p0为吸收功率,为吸收功率,p0为吸收功率,为吸收功率,p0为发出功率;为发出功率;所以,从所以,从 P P 的的正正或或负负可以区分元器件的性质,可以区分元器件的性质,或是电源,或是
11、负载。或是电源,或是负载。例例1-11-1 如图所示,已知元件如图所示,已知元件A的的U=-4V,I=2A;已;已知元件知元件B的的U=5V,I=-3A,求元件,求元件A、B的功率是多的功率是多少,并说明是吸收还是发出功率。少,并说明是吸收还是发出功率。例1-1电路图解解:AaIb+U -(a)BaIb+U -(b)(1)对于元件A,U、I为关联参考方向PA=UI=-42W=-8W0,元件A发出功率。(2)对于元件B,U、I为非关联参考方向PB=-UI=-(5-3)W=15W0,元件B吸收功率。P1U1I2(-1)W-2W0,说明元件说明元件a a发出功率发出功率2W2W。c b aI+U1-
12、+U2-+U3-再例图(1)对于元件a,U1、I为关联参考方向解解:再例再例 某电路中的一部分如图所示,三个元件中流过某电路中的一部分如图所示,三个元件中流过相同电流相同电流I I=-1A=-1A,U U1 1=2V=2V,(,(1 1)求元件)求元件a a的功率的功率P P1 1,并说明是吸收还是发出功率;(并说明是吸收还是发出功率;(2 2)若已知元件)若已知元件b b吸吸收功率为收功率为12W12W,元件,元件c c发出功率为发出功率为10W10W,求,求U U2 2,U U3 3。(2)元件b的U2、I为关联参考方向,且吸收功率,则P2为正值,即P2U2I12W,所以所以U U2 2=
13、12/=12/(-1-1)=-12V=-12V c b aI+U1-+U2-+U3-再例图(3)元件c的U3、I为非关联参考方向,且发出功率,则P3为负值,即P3-U3I-10W,所以所以U U3 3-10V-10V小结:小结:1.1.实际电路或实际电路元件可以用理想电路元件或理想电路元件组合的电路模型来表示。2.2.电流、电压均有实际方向和参考方向之分,后者原则上可任意规定。同一支路二者参考方向有关联参考方向和非关联参考方向之分,一般无源元件取前者,有源元件取后者。3.3.判断元件吸收吸收还是发出发出功率,应先根据其电压、电流参考方向是否关联来正确地表达功率运算式,然后由算出的结果进行判断。
14、1-3 1-3 电阻、电感、电容元件电阻、电感、电容元件掌握电阻、电感、电容的概念掌握欧姆定律、电感的伏安关系、电容的伏安关系会计算电阻元件的功率重点内容重点内容:电阻,欧姆定律电感,伏安关系电容,伏安关系教学要求教学要求:1-3 1-3 电阻元件电阻元件1-3-1 电阻电阻物体对电流的阻碍作用称为物体对电流的阻碍作用称为电阻电阻。单位欧姆()换算关系:1M=106 1k=103物体对电流的传导作用称为物体对电流的传导作用称为电导电导。单位西门子(S)电阻与电导的关系:GR1SlR材料的电阻率,因材料的不同而不同1-3-2 电阻元件电阻元件Riu伏-安 特性iu常数iuRui常数iuR线性电阻
15、线性电阻非线性电阻非线性电阻1.线性电阻与非线性电阻线性电阻与非线性电阻欧姆定律的表示和记忆:2.2.欧姆定律欧姆定律iuR(线性电阻的电压电流关系,也称元件约束)或uiG u=RiiuRi=u/RiuRR=u/iiuR注意注意:应用欧姆定律时,要注意电压、电流的参考方向,取关联参考方向时,i=u/R;若取非关联参考方向,i=-u/R。电阻元件吸收的功率为:RuRip22A3A1030RUI电阻的功率 W90W330UIP由于由于P大于大于N ,该电阻将烧毁。,该电阻将烧毁。RUP2N可见,要使该电阻正常工作,外加电压不能超过可见,要使该电阻正常工作,外加电压不能超过20V20V。(1)根据欧
16、姆定律,电流 (2)电阻功率V20V1040NRPU则例例1-21-2 某一电阻元件为某一电阻元件为1010,额定功率,额定功率P PN N=40W=40W,(1 1)当加在电阻两端电压为)当加在电阻两端电压为30V30V时,该电阻能正常时,该电阻能正常工作吗?(工作吗?(2 2)若要使该电阻正常工作,外加电压)若要使该电阻正常工作,外加电压不能超过多少伏?不能超过多少伏?解解:1-3-2 1-3-2 纯电感电路纯电感电路定义:1.1.电感的概念电感的概念iiNLL-u+i NL=N LdtdiLu 根据电磁感应定律 电感两端的电压与通过该电感中电流的变化率成正比。磁链磁链磁链单位为韦伯(Wb
17、)电流单位为安培(A)电感单位为亨利(H)伏安关系1-3-3 1-3-3 纯电容电路纯电容电路定义1.1.电容的概念电容的概念根据电流 通过电容的电流与电容两极间的电压的变化率成正比。电荷单位为库仑(C)电压单位为伏特(V)电容单位为法拉(F)uqC dtdqi dtduCici+-+q-qu伏安关系小结小结:1.1.电阻元件是耗能元件;电感元件、电容元电阻元件是耗能元件;电感元件、电容元件是储能元件。件是储能元件。或或4.4.电阻消耗的功率电阻消耗的功率 RIRUUIP22u=RiU=RI3.3.欧姆定律欧姆定律 dtdiLu dtduCic2.2.电阻、电感、电容的伏安关系:电阻、电感、电
18、容的伏安关系:u=Ri教学内容:教学内容:电压源和电流源的概念。教学要求:教学要求:1.掌握理想电压源、理想电流源的特点。2.掌握实际电源模型及其等效互换的方法。教学重点和难点:教学重点和难点:重点:重点:理想电压源、理想电流源的特点。实际电源模型及其等效互换 难点:难点:对电源特点的理解。1-4 1-4 电源元件电源元件 1-4-4 电源元件 1.1.电压源电压源 理想电压源简称理想电压源简称电压源电压源。其特点是:它两端的电压是一个定值Us或是一定的时间函数us(t),与流过它的电流无关;而流过它的电流由与之相联接的外电路共同确定。+u-+us-iOuiUs电压源模型及直流电压源的外特性图
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