電工基礎直流電路

1、第一章電路的基本概念1 電路的基本組成、電路的三種工作狀態(tài)和額定電壓、電流、功率等概念。2掌握電流、電壓、電功率、電能等基本概念。3掌握電阻定律、歐姆定律、焦爾定律，了解電阻與溫度的關系。1了解電路的三種工作狀態(tài)特點。2理解理想元件與電路模型、線性電阻與非線性電阻的概念。 序號內容學時1緒論0.52第一節(jié)電路13第二節(jié)電流和電壓4第三節(jié)電阻15第四節(jié)部分歐姆定理6第五節(jié)電能和電功率1.57本章小結與習題8本章總學時4 第一節(jié)電路一、電路的基本組成1什么是電路圖1-1 簡單的直流電路 電路是由各種元器件(或電工設備)按一定方式聯(lián)接起來的總體，為電流的流通提供了路徑。2電路的基本組成電路的基本組成

2、包括以下四個部分：(1) 電源(供能元件)：為電路提供電能的設備和器件(如電池、發(fā)電機等)。 (2) 負載(耗能元件)：使用(消耗)電能的設備和器件(如燈泡等用電器)。 (3) 控制器件：控制電路工作狀態(tài)的器件或設備(如開關等)。(4) 聯(lián)接導線：將電器設備和元器件按一定方式聯(lián)接起來(如各種銅、鋁電纜線等)。 3電路的狀態(tài)(1) 通路(閉路)：電源與負載接通，電路中有電流通過，電氣設備或元器件獲得一定的電壓和電功率，進行能量轉換。 (2) 開路(斷路)：電路中沒有電流通過，又稱為空載狀態(tài)。(3) 短路(捷路)：電源兩端的導線直接相連接，輸出電流過大對電源來說屬于嚴重過載，如沒有保護措施，電源或

3、電器會被燒毀或發(fā)生火災，所以通常要在電路或電氣設備中安裝熔斷器、保險絲等保險裝置，以避免發(fā)生短路時出現(xiàn)不良后果。圖1-2 手電筒的電路原理圖二、電路模型(電路圖)由理想元件構成的電路叫做實際電路的電路模型，也叫做實際電路的電路原理圖，簡稱為電路圖。例如，圖1-2所示的手電筒電路。理想元件：電路是由電特性相當復雜的元器件組成的，為了便于使用數(shù)學方法對電路進行分析，可將電路實體中的各種電器設備和元器件用一些能夠表征它們主要電磁特性的理想元件(模型)來代替，而對它的實際上的結構、材料、形狀等非電磁特性不予考慮。表1-1常用理想元件及符號 第二節(jié)電流和電壓一、電流的基本概念電路中電荷沿著導體的定向運動

4、形成電流，其方向規(guī)定為正電荷流動的方向(或負電荷流動的反方向)，其大小等于在單位時間內通過導體橫截面的電量，稱為電流強度(簡稱電流)，用符號I或 i(t)表示，討論一般電流時可用符號i。設在 Dt = t2t1時間內，通過導體橫截面的電荷量為 Dq = q2q1，則在 Dt時間內的電流強度可用數(shù)學公式表示為式中，Dt為很小的時間間隔，時間的國際單位制為秒(s)，電量 Dq的國際單位制為庫侖(C)。電流(t)的國際單位制為安培(A)。常用的電流單位還有毫安mA、微安 mA、千安kA等，它們與安培的換算關系為1 mA = 10-3A； 1 mA = 10-6 A； 1 kA = 103 A二、 直

5、流電流如果電流的大小及方向都不隨時間變化，即在單位時間內通過導體橫截面的電量相等，則稱之為穩(wěn)恒電流或恒定電流，簡稱為直流(Direct Current)，記為DC或dc，直流電流要用大寫字母I表示。直流電流I與時間t的關系在It坐標系中為一條與時間軸平行的直線。三、交流電流如果電流的大小及方向均隨時間變化，則稱為變動電流。對電路分析來說，一種最為重要的變動電流是正弦交流電流，其大小及方向均隨時間按正弦規(guī)律作周期性變化，將之簡稱為交流(Alternating current)，記為AC或ac，交流電流的瞬時值要用小寫字母i或i(t)表示。四、電壓1電壓的基本概念電壓是指電路中兩點A、B之間的電位

6、差(簡稱為電壓)，其大小等于單位正電荷因受電場力作用從A點移動到B點所作的功，電壓的方向規(guī)定為從高電位指向低電位的方向。電壓的國際單位制為伏特(V)，常用的單位還有毫伏(mV)、微伏(mV)、千伏(kV)等，它們與伏特的換算關系為1 mV = 10-3 V； 1 mV = 10-6 V； 1 kV = 103 V2直流電壓與交流電壓如果電壓的大小及方向都不隨時間變化，則稱之為穩(wěn)恒電壓或恒定電壓，簡稱為直流電壓，用大寫字母U表示。如果電壓的大小及方向隨時間變化，則稱為變動電壓。對電路分析來說，一種最為重要的變動電壓是正弦交流電壓(簡稱交流電壓)，其大小及方向均隨時間按正弦規(guī)律作周期性變化。交流電

7、壓的瞬時值要用小寫字母u或u(t)表示。第三節(jié)電阻一、電阻元件電阻元件是對電流呈現(xiàn)阻礙作用的耗能元件，例如燈泡、電熱爐等電器。電阻定律： r 制成電阻的材料電阻率，國際單位制為歐姆 · 米(W · m) ； 繞制成電阻的導線長度，國際單位制為米(m)；S 繞制成電阻的導線橫截面積，國際單位制為平方米(m2) ；R 電阻值，國際單位制為歐姆(W)。經(jīng)常用的電阻單位還有千歐(kW)、兆歐(MW)，它們與 W 的換算關系為1 kW = 103 W； 1 MW = 106 W二、電阻與溫度的關系電阻元件的電阻值大小一般與溫度有關，衡量電阻受溫度影響大小的物理量是溫度系數(shù)，其定義為溫

8、度每升高1°C時電阻值發(fā)生變化的百分數(shù)。如果設任一電阻元件在溫度t1時的電阻值為R1，當溫度升高到t2時電阻值為R2，則該電阻在t1 t2溫度范圍內的(平均)溫度系數(shù)為如果R2 > R1，則 a > 0，將R稱為正溫度系數(shù)電阻，即電阻值隨著溫度的升高而增大；如果R2 < R1，則 a < 0，將R稱為負溫度系數(shù)電阻，即電阻值隨著溫度的升高而減小。顯然 a 的絕對值越大，表明電阻受溫度的影響也越大。R2 = R11 + a(t2t1) 圖1-4線性電阻的伏安特性曲線第四節(jié)部分電路歐姆定律一、歐姆定律電阻元件的伏安關系服從歐姆定律，即U = RI 或 I = U/

9、R = GU其中G = 1/R，電阻R的倒數(shù)G叫做電導，其國際單位制為西門子(S)。二、線性電阻與非線性電阻電阻值R與通過它的電流I和兩端電壓U無關(即R = 常數(shù))的電阻元件叫做線性電阻，其伏安特性曲線在IU 平面坐標系中為一條通過原點的直線。電阻值R與通過它的電流I和兩端電壓U有關(即R ¹ 常數(shù))的電阻元件叫做非線性電阻，其伏安特性曲線在IU 平面坐標系中為一條通過原點的曲線。通常所說的“電阻”，如不作特殊說明，均指線性電阻。第五節(jié)電能和電功率一、電功率電功率(簡稱功率)所表示的物理意義是電路元件或設備在單位時間內吸收或發(fā)出的電能。兩端電壓為U、通過電流為I的任意二端元件(可推

10、廣到一般二端網(wǎng)絡)的功率大小為P = UI功率的國際單位制單位為瓦特(W)，常用的單位還有毫瓦(mW)、千瓦(kW)，它們與W的換算關系是1 mW = 10-3 W； 1 kW = 103 W吸收或發(fā)出：一個電路最終的目的是電源將一定的電功率傳送給負載，負載將電能轉換成工作所需要的一定形式的能量。即電路中存在發(fā)出功率的器件(供能元件)和吸收功率的器件(耗能元件)。習慣上，通常把耗能元件吸收的功率寫成正數(shù)，把供能元件發(fā)出的功率寫成負數(shù)，而儲能元件(如理想電容、電感元件)既不吸收功率也不發(fā)出功率，即其功率P = 0。通常所說的功率P又叫做有功功率或平均功率。二、電能電能是指在一定的時間內電路元件或

11、設備吸收或發(fā)出的電能量，用符號W表示，其國際單位制為焦爾(J)，電能的計算公式為W = P · t = UIt通常電能用千瓦小時(kW · h)來表示大小，也叫做度(電)：1度(電) = 1 kW · h = 3.6 ´ 106 J。即功率為1000 W的供能或耗能元件，在1小時的時間內所發(fā)出或消耗的電能量為1度。【例1-1】有一功率為60 W的電燈，每天使用它照明的時間為4小時，如果平均每月按30天計算，那么每月消耗的電能為多少度？合為多少J? 解：該電燈平均每月工作時間t = 4 ´ 30 = 120 h，則 W = P · t

12、= 60 ´ 120 = 7200 W · h = 7.2 kW · h即每月消耗的電能為7.2度，約合為3.6 ´ 106 ´ 7.2 » 2.6 ´ 107 J。三、電氣設備的額定值為了保證電氣設備和電路元件能夠長期安全地正常工作，規(guī)定了額定電壓、額定電流、額定功率等銘牌數(shù)據(jù)。額定電壓電氣設備或元器件在正常工作條件下允許施加的最大電壓。額定電流電氣設備或元器件在正常工作條件下允許通過的最大電流。額定功率在額定電壓和額定電流下消耗的功率，即允許消耗的最大功率。額定工作狀態(tài)電氣設備或元器件在額定功率下的工作狀態(tài)，也稱滿載狀態(tài)

13、。輕載狀態(tài)電氣設備或元器件在低于額定功率的工作狀態(tài)，輕載時電氣設備不能得到充分利用或根本無法正常工作。過載(超載)狀態(tài)電氣設備或元器件在高于額定功率的工作狀態(tài)，過載時電氣設備很容易被燒壞或造成嚴重事故。輕載和過載都是不正常的工作狀態(tài)，一般是不允許出現(xiàn)的。四、焦爾定律電流通過導體時產(chǎn)生的熱量(焦爾熱)為Q = I2RtI 通過導體的直流電流或交流電流的有效值，單位為A。R 導體的電阻值，單位為 W。T 通過導體電流持續(xù)的時間，單位為s。Q 焦耳熱單位為J。本章小結本章介紹了電路的基本概念，內容包括：一、電路電路是由各種元器件(或電工設備)按一定方式聯(lián)接起來的總體,為電流的流通提供了路徑。電路的基

14、本組成電源、負載、控制器件和聯(lián)結導線等四個部分。電路有通路、開路、短路等三種狀態(tài)。由理想元件構成的電路叫做實際電路的電路模型，也叫做實際電路的電路原理圖，簡稱為電路圖。二、電流在電場力作用下，電路中電荷沿著導體的定向運動即形成電流，其方向規(guī)定為正電荷流動的方向(或負電荷流動的反方向)，其大小等于在單位時間內通過導體橫截面的電量，稱為電流強度(簡稱電流)。電流的大小及方向都不隨時間變化，則稱為直流電流。電流的大小及方向均隨時間做周期性變化，則稱為交流電流。三、電壓電壓是指電路中兩點A、B之間的電位差，其大小等于單位正電荷因受電場力作用從A點移動到B點所作的功，電壓的方向規(guī)定為從高電位指向低電位的方向。電壓的大小及方向都不隨時間變化，則稱之為直流電壓。電壓的大小及方向均隨時間做周期性變化，則稱為交流電壓。四、電功率與電能電功率是電路元件或設備在單位時間內吸收或發(fā)出的電能，P = UI 。電能是指在一定的時間內電路元件或設備吸收或發(fā)出的電能量，W = P · t =UIt1度(電) = 1kW · h = 3.6 ´ 106 J。為了保證電氣設備和電路元件能夠長期安全地正常工作，