電工技術(shù)--第一章電路的基本概念與基本定律.doc

第一章 電路的基本概念與基本定律 知識(shí)要點(diǎn)一、內(nèi)容提要直流電路的基本概念和基本定理是分析和計(jì)算電路的基礎(chǔ)和基本方法。這些基礎(chǔ)和方法雖然在直流電路中提出，但原則上也適用于正弦交流電路及其它各種線性電路。并且，這些方法也是以后分析電子線路的基礎(chǔ)。本章重點(diǎn)講述電路中幾個(gè)基本物理量、參考方向、電路的工作狀態(tài)及基本定律。二、基本要求1.了解電路模型及理想電路元件的意義；2.能正確應(yīng)用電路的基本定侓；3.正確理解電壓、電流正方向的意義；4.了解電路的有載工作、開(kāi)路與短路狀態(tài)，并能理解電功率和額定值的意義；5.熟練掌握分析與計(jì)算簡(jiǎn)單直流電路和電路中各點(diǎn)電位的方法。三、學(xué)習(xí)指導(dǎo)本章重點(diǎn)講述了三個(gè)問(wèn)題：電壓、電流和參考方向。同時(shí)，對(duì)克希荷夫定律和電路中電位的概念及計(jì)算進(jìn)行了詳細(xì)的分析推導(dǎo)和計(jì)算。雖然這些問(wèn)題都比較簡(jiǎn)單，但由于它們貫穿電工學(xué)課程始終，所以讀者應(yīng)通過(guò)較多的例題和習(xí)題逐步建立并加深這些概念，使之達(dá)到概念清晰，運(yùn)用自如靈活，能解決實(shí)際問(wèn)題的目的。1.1 電路的組成及作用在學(xué)習(xí)本課程中，首先應(yīng)掌握電路的兩大作用（即強(qiáng)電電路電的傳輸、分配和轉(zhuǎn)換；弱電電路中是否準(zhǔn)確地傳遞和處理信息），及其三大組成部分（即電源、中間環(huán)節(jié)、負(fù)載）。要特別注意信號(hào)源與一般電源的概念與區(qū)別：信號(hào)源輸出的電壓與電流的變化規(guī)律取決于所加的信息；電源輸出的功率和電流決定于負(fù)載的大小。1.2 電路模型由理想電路元件組成的電路；其中理想電路元件包括電阻元件、電感元件、電容元件和電源元件等。電源的電壓或電流稱為激勵(lì)；激勵(lì)在各部分產(chǎn)生的電壓和電流稱為響應(yīng)。1.3 電路的幾個(gè)基本物理量若要正確地分析電路，必須先弄清楚電路中的幾個(gè)基本物理量。因?yàn)殡娏鳌㈦妷汉碗妱?dòng)勢(shì)這些物理量已在物理課中講過(guò)，但是本章主要討論它們的參考方向（正方向）和參考極性。在本章學(xué)習(xí)的過(guò)程中應(yīng)注意兩點(diǎn)：第一，在分析任何一個(gè)電路中列關(guān)系式時(shí)，必須首先在電路圖上標(biāo)明電壓、電動(dòng)勢(shì)和電流的參考方向和參考極性；第二，考慮電壓和電流本身給定的正負(fù)，即要注意兩套正負(fù)符號(hào)。因?yàn)樵谌魏我粋€(gè)電路中只有參考方向和參考極性確定之后，電路中的電壓和電流值才有正負(fù)之分。對(duì)于電流來(lái)說(shuō)，按標(biāo)定的參考方向，當(dāng)計(jì)算結(jié)果為正（I0）時(shí)，說(shuō)明電流的實(shí)際方向與其參考方向相同。對(duì)于電壓和電源電動(dòng)勢(shì)，一般規(guī)定：參考極性高電位端為正，低電位端為負(fù)。它們的實(shí)際極性同樣由計(jì)算結(jié)果的符號(hào)（+、-）來(lái)判斷。在這里人們規(guī)定：當(dāng)被研究元件的電壓與電流的參考方向取同一方向時(shí)，稱為關(guān)聯(lián)參考方向；否則，稱為非關(guān)聯(lián)參考方向。1.4歐姆定律應(yīng)用歐姆定律列關(guān)系式時(shí)，若電壓和電流選擇非關(guān)聯(lián)方向，關(guān)系式必須帶負(fù)號(hào)。遵循歐姆定律的電阻稱為線性電阻，否則稱為非線性電阻。1.5電路的工作狀態(tài)典型電路如圖1.1所示。 +-SE圖1.1電路的工作狀態(tài)有以下三種：（1）開(kāi)路，也稱空載狀態(tài)。當(dāng)S斷開(kāi)或電源電壓或負(fù)載端電壓。（2）短路：如圖中虛線所示（），很大，。不會(huì)損壞用電設(shè)備，但，電源內(nèi)部發(fā)熱而損壞，要用熔斷器保護(hù)電源。（3）有載工作：，而功率平衡公式。（4）電源與負(fù)載的區(qū)別：電源：U和I的實(shí)際方向相反，發(fā)出（輸出、提供）功率為正；消耗（獲得、吸收）功率為負(fù)。負(fù)載：U和I的實(shí)際方向相同，發(fā)出（輸出、提供）功率為負(fù)；消耗（獲得、吸收）功率為正。1.6基爾霍夫定律1.6.1 基爾霍夫電流定律（KCL）：=0，其實(shí)質(zhì)是電流連續(xù)性原理，即對(duì)包圍電路任何點(diǎn)（包括節(jié)點(diǎn)在內(nèi)）閉合面來(lái)說(shuō)，單位時(shí)間流入的電荷必須等于單位時(shí)間流出的電荷，在節(jié)點(diǎn)上不能堆積電荷。它是能量守恒原理在電路中的一種表述，它反映了匯合到電路中任一節(jié)點(diǎn)的各支路電流間的相互制約關(guān)系。KCL定律可以應(yīng)用于任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)，而且還可以推廣應(yīng)用于“廣義節(jié)點(diǎn)”，即包圍部分電路在內(nèi)的任一假設(shè)的閉合面。1.6.2 基爾霍夫電壓定律（KVL）：U=0，其實(shí)質(zhì)是電位單值性原理，即在任意瞬間時(shí)，從回路中任何一點(diǎn)出發(fā)，沿回路繞行一周又回到出發(fā)點(diǎn)時(shí)，整個(gè)回路各部分的電位差（即電壓）之代數(shù)和等于零，該點(diǎn)的電位是不會(huì)發(fā)生變化的。它反映了一個(gè)回路中各段電壓間相互制約關(guān)系。KVL定律可以推廣應(yīng)用于“廣義回路”，即可以將其推廣應(yīng)用于“開(kāi)口電路”。注意：應(yīng)用克?；舴螂妷憾蓵r(shí)，必須注意式中各項(xiàng)的意義和符號(hào)。凡是電動(dòng)勢(shì)都代表電位升，寫在等號(hào)的同一方向；當(dāng)電動(dòng)勢(shì)E的方向與環(huán)行方向相同時(shí)為正值，如相反則為負(fù)值。另外，KCL和KVL具有普遍適用性，即適用于任一瞬時(shí)、任何變化的電壓和電流以及由各種不同元件所構(gòu)成的電路。1.7電路中的電位及計(jì)算（1）電位是一個(gè)相對(duì)值，隨參考點(diǎn)的改變而改變；但電位差是一個(gè)絕對(duì)值，電路中任意兩點(diǎn)間的電位差與參考點(diǎn)的選擇無(wú)關(guān)。在一個(gè)電路中，如果指某一點(diǎn)為“零電位”參考點(diǎn)，其它各點(diǎn)電位才有意義。（2）比參考點(diǎn)電位高的為正；比參考點(diǎn)電位低的為負(fù)。正數(shù)值越大，說(shuō)明其電位越高；負(fù)數(shù)值越小，說(shuō)明其電位越低。四、書(shū)后思考與習(xí)題解答P5 練習(xí)與思考ab-+U ba=10Va)1.3.1 1.3.2 1.3.3 ，設(shè) 所以，若則，不變。P121.4.1 開(kāi)關(guān)K閉合瞬間： 方向由開(kāi)關(guān)閉合較長(zhǎng)時(shí)間后：開(kāi)關(guān)斷開(kāi)瞬間：1.4.2 不一定1.4.3 L不為0 ； C不為1.4.4 不可以， 因?yàn)槔硐腚妷涸炊搪窌r(shí)，流過(guò)電流，會(huì)損壞電源，同理，理想電流源開(kāi)路時(shí)，相當(dāng)于該電源電激流全通過(guò)內(nèi)阻，對(duì)外輸出功率為0，也可能損壞電源。1.4.5 不能；不能1.4.6 當(dāng) 當(dāng) 若電壓源改為電流源，I不變， ， P141.5.1 不一定，例電壓源處于開(kāi)路時(shí)，對(duì)外輸出功率為0 。1.5.2 不對(duì)，因?yàn)槠胀妷涸从须娏髁鬟^(guò)時(shí)，端電壓小于電源電動(dòng)勢(shì)，1.5.3 解，開(kāi)路時(shí)，1.5.4 當(dāng)由，1.5.5 如果接到380V和110V的電源上燈泡發(fā)白光或紅光兩者都不能正常工作1.6.1 且 1.6.2 1.6.3 6條支路 4個(gè)節(jié)點(diǎn) 7個(gè)回路 KCL方程：4-1=3 有3個(gè)相互獨(dú)立KVL方程：6-4+1=3 有3個(gè)相互獨(dú)立1.6.4 能滿足KCL定律，流入電流之和，即：1.6.5 KCL對(duì)多支路為何器件無(wú)任何要求，可以有多個(gè)理想的電流源或普通的電壓源并聯(lián)。KVL對(duì)多回路為何器件無(wú)任何要求，可以有多個(gè)普通的電流源或理想的電壓源串聯(lián)。上圖a）電流源發(fā)出功率為0， 獲得功率 輸出功率對(duì)于b ) 圖，對(duì)于兩個(gè)電流源發(fā)出功率為0 ，應(yīng)使電流源電流為0，而不是使端電壓為0。P19 1.7.1 不對(duì)，電路中各支路的電壓降與參數(shù)點(diǎn)的選擇無(wú)關(guān)，各節(jié)點(diǎn)的電位與參數(shù)點(diǎn)的選擇有關(guān)。不對(duì)，支路的電流為零，端電位不一定相等，即端電壓不一定為零，只有無(wú)源的支路，電流為零時(shí)，此說(shuō)法才成立。1.7.2 15V-15V15V-15VR1R21.7.3a-+-ABCI所以 I=又流過(guò)電流為0，所以 P20 習(xí)題1-1 如圖所示，從某一電路中取出的一條支路AB，試問(wèn)：電流的實(shí)際方向如何？a) I實(shí)際方向ABb) I實(shí)際方向BAc) I實(shí)際方向BA1-2 如圖所示，從某一電路中的一個(gè)元件分析，試問(wèn)：元件兩端電壓的實(shí)際方向如何？ a) U的方向BAb) U的實(shí)際方向BA c) U的實(shí)際方向BA1-3 有一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)，經(jīng)兩條電阻為R=0.2的導(dǎo)線接在220V的電源上，已知電動(dòng)機(jī)消耗的功率為30kW，求電動(dòng)機(jī)的端電壓U和取用的電流I。 解220V+-+U-I 1-4 現(xiàn)有100W和15W兩盞白熾燈，額定電壓均為220V，他們?cè)陬~定工作狀態(tài)下的電阻各是多少？解 由可知 1-5 電路如圖所示，已知兩端電壓各為多少？電阻消耗多少功率？解 I40A習(xí)題1-5 a）圖10V+-I5V+-習(xí)題1-5 b）圖 求 、所以 1-6 電路如圖所示，求：（1）上的電流和電流源、電阻的端電壓各為多少？（2）電流源和電壓源輸出（或輸入）多少功率？電阻消耗功率是多少？解-+1-6圖假設(shè)、的方向則：(2) 1-7 如圖 ，根據(jù)給定的電流，確定其它各電阻中的未知電流。2A13A-10A1A6A4A3A-4A1A3