电工基础第一章电路的基本概念和基本定律

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1、第一章电路的基本概念和基本定律第一节电路和电路模型第二节电路的基本物理量第三节电阻元件和欧姆定律第四节电压源和电流源第五节基尔霍夫定律第一节电路和电路模型1.电路电路是电流的流通路径,它是由一些电气设备和元器件按一定方式连接而成的。复杂的电路呈网状,又称网络。电路和网络这两个术语是通用的。它的一种作用是实现电能的传输和转换。另一种作用是实现信号的处理。电路中提供电能或信号的器件,称为电源,。电路中吸收电能或输出信号的器件,称为负载。在电源和负载之间引导和控制电流的导线和开关等是传输控制器件。图1.1电路的组成2、电路模型实际电路可以用一

2、个或若干个理想电路元件经理想导体连接起来模拟,这便构成了电路模型。第二节电路的基本物理量一、电流、电压及其参考方向1、电流及其参考方向带电粒子（电子、离子等）的定向运动形成了电流。单位时间内通过导体横截面的电荷量定义为电流强度，并用它来衡量电流的大小。用符号表示,即为极短时间内通过导体横截面的电荷量。习惯上把正电荷的定向运动方向规定为电流的方向。当电流的大小和方向都不随时间变化时,称为直流电流,简称直流。直流电流常用英文大写字母I表示。大小和方向随着时间按周期性变化的电流,称为交流电流,常用英文小写字母I表示。单位是安［培］,符号为A

3、。常用的有千安（kA）,毫安（mA）,微安（μA）等。在分析与计算电路时,常可任意规定某一方向作为电流的参考方向或正方向。图1.2电流的参考方向2、电压及其参考方向电路中A、B两点间的电压是单位正电荷在电场力的作用下由A点移动到B点所减少的电能或所做的功,即式中,Δq为由A点移动到B点的电荷量,ΔWAB为移动过程中电荷所减少的电能。电压的实际方向是使正电荷电能减少的方向,电压的SI单位是伏［特］,符号为V。常用的有千伏（kV）、毫伏（mV）、微伏（μV）等。量值和方向都不随时间变化的直流电压,用大写字母U表示。交流电压,用小写字母u表

4、示。图1.3电压的参考方向元件的电压参考方向与电流参考方向是一致的,称为关联参考方向。图1.4电流和电压的关联参考方向二、电位在电路中任选一点,叫做参考点,则某点的电位就是由该点到参考点的电压。如果已知a、b两点的电位各为Va,Vb,则此两点间的电压即两点间的电压等于这两点的电位的差,三、电动势电源力把单位正电荷从电源的负极移到正极所做的功称为电源的电动势，用表示，即四、功率与电能传递转换电能的速率叫电功率,简称功率,用p或P表示。如果电流、电压选用关联参考方向,则所得的p应看成支路吸收的功率,计算所得功率为负值时,表示支路实际发出功率。

5、如果电流、电压选择非关联参考方向,p应看成支路发出的功率,即计算所得功率为正值时,表示支路实际发出功率;计算所得功率为负值时,表示支路吸收功率。在直流情况下功率的单位为瓦［特］,简称瓦,符号为W,常用的有千瓦（kW）、兆瓦（MW）和毫瓦（mW）等。从t0到t时间内,电路吸收（消耗）的电能为直流时，有电能的SI主单位是焦［耳］,符号为J,在实际生活中还采用千瓦小时（kW·h）作为电能的单位,简称为1度电。所有元件吸收的功率的总和为零。这个结论叫做“电路的功率平衡”。例1-1图1.5所示为直流电路,U1=4V,U2=-8V,U3=6V,

6、I=4A,求各元件接受或发出的功率P1、P2和P3,并求整个电路的功率P。解P1的电压参考方向与电流参考方向相关联,故P1=U1I=4×4=16W(吸收16W)P2和P3的电压参考方向与电流参考方向非关联,故P2=U2I=(-8)×4=-32W(吸收32W)P3=U3I=6×4=24W(发出24W)整个电路的功率P,设吸收功率为正,发出功率为负,故P=16+32-24=24W图1.5例1-1图第三节电阻元件和欧姆定律电阻元件是一个二端元件,它的电流和电压的方向总是一致的,它的电流和电压的大小成代数关系。电流和

7、电压的大小成正比的电阻元件叫线性电阻元件。元件的电流与电压的关系曲线叫做元件的伏安特性曲线。线性电阻元件的伏安特性为通过坐标原点的直线,这个关系称为欧姆定律。在电流和电压的关联参考方向下,线性电阻元件的伏安特性如图1.6所示,欧姆定律的表达式为图1.6线性电阻的伏安特性曲线式中,R是元件的电阻,它是一个反映电路中电能消耗的电路参数,是一个正实常数。式中电压用V表示,电流用A表示时,电阻的单位是欧［姆］,符号为Ω。电阻的十进倍数单位有千欧（kΩ）、兆欧（MΩ）等。电流和电压的大小不成正比的电阻元件叫非线性电阻元件,本书只讨论线性电阻电路。

8、令G=1/R,则式（1.7）变为式中,G称为电阻元件的电导,单位是西［门子］,符号为S。如果线性电阻元件的电流和电压的参考方向不关联,则欧姆定律的表达式为在电流和电压关联参考方向下,任何瞬时