《电工基础》 第一章电路的基本概念 1.电路的基本组成、电路的三种工作状态和额定电压、 电流、功率等概念 2.掌握电流、电压、电功率、电能等基本概念。 教学重点 3.掌握电阻定律、欧姆定律、焦尔定律,了解电阻与 温度的关系。 1.了解电路的三种工作状态特点。 2.理解理想元件与电路模型、线性电阻与非线性电阻的 概念。 学進点 序号 内 容 学时 第一节电路 第二节电流和电压 第三节电阻 学时闩配 2345678 第四节部分欧姆定理 第五节电能和电功率 本章小结与习题 15 本章总学时 第一节电路 、电路的基本组成 什么是电路 电路是由各种元器件(或电工设备)按一定方式联接起来的总体,为电流的流通提供 了路径。 图1-1简单的直流
《电工基础》 1 第一章 电路的基本概念 序号 内 容 学 时 1 绪论 0.5 2 第一节 电路 1 3 第二节 电流和电压 4 第三节 电阻 1 5 第四节 部分欧姆定理 6 第五节 电能和电功率 1.5 7 本章小结与习题 8 本章总学时 4 第一节 电 路 一、电路的基本组成 1．什么是电路 电路是由各种元器件(或电工设备)按一定方式联接起来的总体，为电流的流通提供 了路径。 图 1-1 简单的直流电路 1． 电路的基本组成、电路的三种工作状态和额定电压、 电流、功率等概念。 2．掌握电流、电压、电功率、电能等基本概念。 3．掌握电阻定律、欧姆定律、焦尔定律，了解电阻与 温度的关系。 1．了解电路的三种工作状态特点。 2．理解理想元件与电路模型、线性电阻与非线性电阻的 概念
《电工基础》 2.电路的基本组成 电路的基本组成包括以下四个部分 (1)电源(供能元件):为电路提供电能的设备和器件(如电池、发电机等 (2)负载(耗能元件):使用(消耗)电能的设备和器件(如灯泡等用电器) (3)控制器件:控制电路工作状态的器件或设备(如开关等) (4)联接导线:将电器设备和元器件按一定方式联接起来(如各种铜、铝电缆线等)。 3.电路的状态 (1)通路(闭路):电源与负载接通,电路中有电流通过,电气设备或元器件获得一定 的电压和电功率,进行能量转换。 (2)开路(断路):电路中没有电流通过,又称为空载状态 (3)短路(捷路}电源两端的导线直接相连接,输出电流过大对电源来说属于严重过 载,如没有保护措施,电源或电器会被烧毁或发生火灾,所以通常要在电路或电气设备 中安装熔断器、保险丝等保险装置,以避免发生短路时出现不良后果 二、电路模型(电路图) 由理想元件构成的电路叫做实际电路的电路模型,也 叫做实际电路的电路原理图,简称为电路图。例如,图1-2 所示的手电筒电路 理想元件:电路是由电特性相当复杂的元器件组成的, 为了便于使用数学方法对电路进行分析,可将电路实体中 的各种电器设备和元器件用一些能够表征它们主要电磁特图1-2手电筒的电路原理图 性的理想元件(模型)来代替,而对它的实际上的结构、材 料、形状等非电磁特性不予考虑 表1-1常用理想元件及符号 电阻 电压表。◎ 电池° 接地士或士 电灯 °熔断器 开关 电容。} 电流表°。电感m° 2
《电工基础》 2 图 1-2 手电筒的电路原理图 2．电路的基本组成 电路的基本组成包括以下四个部分： (1) 电源(供能元件)：为电路提供电能的设备和器件(如电池、发电机等)。 (2) 负载(耗能元件)：使用(消耗)电能的设备和器件(如灯泡等用电器)。 (3) 控制器件：控制电路工作状态的器件或设备(如开关等)。 (4) 联接导线：将电器设备和元器件按一定方式联接起来(如各种铜、铝电缆线等)。 3．电路的状态 (1) 通路(闭路)：电源与负载接通，电路中有电流通过，电气设备或元器件获得一定 的电压和电功率，进行能量转换。 (2) 开路(断路)：电路中没有电流通过，又称为空载状态。 (3) 短路(捷路)：电源两端的导线直接相连接，输出电流过大对电源来说属于严重过 载，如没有保护措施，电源或电器会被烧毁或发生火灾，所以通常要在电路或电气设备 中安装熔断器、保险丝等保险装置，以避免发生短路时出现不良后果。 二、电路模型(电路图) 由理想元件构成的电路叫做实际电路的电路模型，也 叫做实际电路的电路原理图，简称为电路图。例如，图 1-2 所示的手电筒电路。 理想元件：电路是由电特性相当复杂的元器件组成的， 为了便于使用数学方法对电路进行分析，可将电路实体中 的各种电器设备和元器件用一些能够表征它们主要电磁特 性的理想元件(模型)来代替，而对它的实际上的结构、材 料、形状等非电磁特性不予考虑。 表 1-1 常用理想元件及符号
《电工基础》 第二节电流和电压 、电流的基本概念 电路中电荷沿着导体的定向运动形成电流,其方向规定为正电荷流动的方向(或负电 荷流动的反方向),其大小等于在单位时间内通过导体横截面的电量,称为电流强度(简 称电流),用符号/或()表示,讨论一般电流时可用符号i 设在Mt=2-h时间内,通过导体横截面的电荷量为△q=q2-q,则在M时间内的 电流强度可用数学公式表示为 i()= 式中,△t为很小的时间间隔,时间的国际单位制为秒(s),电量△q的国际单位制为库仑 (C)。电流i(1)的国际单位制为安培(A) 常用的电流单位还有毫安mA、微安μA、千安kA等,它们与安培的换算关系为 1mA=103A 1μA=106A 1 KA=103A 二、直流电流 如果电流的大小及方向都不随时间变化,即在单位时间内通过导体横截面的电量 相等,则称之为稳恒电流或恒定电流,简称为直流( Direct Current),记为DC或dc, 直流电流要用大写字母I表示 Aq o =常数 直流电流与时间t的关系在-t坐标系中为一条与时间轴平行的直线 三、交流电流 如果电流的大小及方向均随时间变化,则称为变动电流。对电路分析来说,一种最 为重要的变动电流是正弦交流电流,其大小及方向均随时间按正弦规律作周期性变化 将之简称为交流( Alternating current),记为AC或ac,交流电流的瞬时值要用小写字母i 或i(1)表示 四、电压 1.电压的基本概念 电压是指电路中两点A、B之间的电位差(简称为电压),其大小等于单位正电荷因 受电场力作用从A点移动到B点所作的功,电压的方向规定为从高电位指向低电位的方 向 电压的国际单位制为伏特(V),常用的单位还有毫伏(mV)、微伏(μV)、千伏(kV等 它们与伏特的换算关系为
《电工基础》 3 第二节 电流和电压 一、电流的基本概念 电路中电荷沿着导体的定向运动形成电流，其方向规定为正电荷流动的方向(或负电 荷流动的反方向)，其大小等于在单位时间内通过导体横截面的电量，称为电流强度(简 称电流)，用符号 I 或 i(t)表示，讨论一般电流时可用符号 i。 设在 t = t2－t1 时间内，通过导体横截面的电荷量为 q = q2－q1，则在 t 时间内的 电流强度可用数学公式表示为 t q i t ( ) = 式中，t 为很小的时间间隔，时间的国际单位制为秒(s)，电量 q 的国际单位制为库仑 (C)。电流 i (t)的国际单位制为安培(A)。 常用的电流单位还有毫安 mA、微安 A、千安 kA 等，它们与安培的换算关系为 1 mA = 10-3A； 1 A = 10-6 A； 1 kA = 103 A 二、 直流电流 如果电流的大小及方向都不随时间变化，即在单位时间内通过导体横截面的电量 相等，则称之为稳恒电流或恒定电流，简称为直流(Direct Current)，记为 DC 或 dc， 直流电流要用大写字母 I 表示。 = = 常数 = t Q t q I 直流电流 I 与时间 t 的关系在 I－t 坐标系中为一条与时间轴平行的直线。 三、交流电流 如果电流的大小及方向均随时间变化，则称为变动电流。对电路分析来说，一种最 为重要的变动电流是正弦交流电流，其大小及方向均随时间按正弦规律作周期性变化， 将之简称为交流(Alternating current)，记为 AC 或 ac，交流电流的瞬时值要用小写字母 i 或 i(t)表示。 四、电压 1．电压的基本概念 电压是指电路中两点 A、B 之间的电位差(简称为电压)，其大小等于单位正电荷因 受电场力作用从 A 点移动到 B 点所作的功，电压的方向规定为从高电位指向低电位的方 向。 电压的国际单位制为伏特(V)，常用的单位还有毫伏(mV)、微伏(V)、千伏(kV)等， 它们与伏特的换算关系为
《电工基础》 1 mv=10 1μV=106V 1kV=103V 2.直流电压与交流电压 如果电压的大小及方向都不随时间变化,则称之为稳恒电压或恒定电压,简称为直 流电压,用大写字母U表示。 如果电压的大小及方向随时间变化,则称为变动电压。对电路分析来说,一种最为 重要的变动电压是正弦交流电压(简称交流电压),其大小及方向均随时间按正弦规律作 周期性变化。交流电压的瞬时值要用小写字母u或(1)表示。 第三节电阻 、电阻元件 电阻元件是对电流呈现阻碍作用的耗能元件,例如灯泡、电热炉等电器 电阻定律 R=PS 制成电阻的材料电阻率,国际单位制为欧姆·米(g2m) 绕制成电阻的导线长度,国际单位制为米(m) S——绕制成电阻的导线横截面积,国际单位制为平方米(m2) R——电阻值,国际单位制为欧姆(g2) 经常用的电阻单位还有千欧(k2)、兆欧(Mg2),它们与Ω2的换算关系为 1 kQ=103Q 1 MQ=106Q 电阻与温度的关系 电阻元件的电阻值大小一般与温度有关,衡量电阻受温度影响大小的物理量是温 度系数,其定义为温度每升高1°C时电阻值发生变化的百分数。 如果设任一电阻元件在温度n时的电阻值为R,当温度升高到t时电阻值为R 则该电阻在n~h温度范围内的(平均)温度系数为 R-R R1(2-1) 如果R2>R1,则α>0,将R称为正温度系数电阻,即电阻值随着温度的升高而增 大:如果R2<R1,则α<0,将R称为负温度系数电阻,即电阻值随着温度的升高而减 显然a的绝对值越大,表明电阻受温度的影响也越大 R2=R1[l+a(t2-t1)I 第四节部分电路欧姆定律 欧姆定律 电阻元件的伏安关系服从欧姆定律,即 U=R或I=U/R=GL 图1-4线性电阻的伏安特性曲线
《电工基础》 4 1 mV = 10−3 V； 1 V = 10−6 V； 1 kV = 103 V 2．直流电压与交流电压 如果电压的大小及方向都不随时间变化，则称之为稳恒电压或恒定电压，简称为直 流电压，用大写字母 U 表示。 如果电压的大小及方向随时间变化，则称为变动电压。对电路分析来说，一种最为 重要的变动电压是正弦交流电压(简称交流电压)，其大小及方向均随时间按正弦规律作 周期性变化。交流电压的瞬时值要用小写字母 u 或 u(t)表示。 第三节 电 阻 一、电阻元件 电阻元件是对电流呈现阻碍作用的耗能元件，例如灯泡、电热炉等电器。 电阻定律： S l R = ——制成电阻的材料电阻率，国际单位制为欧姆 ·米( ·m) ； l ——绕制成电阻的导线长度，国际单位制为米(m)； S ——绕制成电阻的导线横截面积，国际单位制为平方米(m2 ) ； R ——电阻值，国际单位制为欧姆()。 经常用的电阻单位还有千欧(k)、兆欧(M)，它们与 的换算关系为 1 k = 103 ； 1 M = 106 二、电阻与温度的关系 电阻元件的电阻值大小一般与温度有关，衡量电阻受温度影响大小的物理量是温 度系数，其定义为温度每升高 1C 时电阻值发生变化的百分数。 如果设任一电阻元件在温度 t1 时的电阻值为 R1，当温度升高到 t2 时电阻值为 R2， 则该电阻在 t1 ~ t2 温度范围内的(平均)温度系数为 ( ) 1 2 1 2 1 R t t R R − − = 如果 R2 > R1，则 > 0，将 R 称为正温度系数电阻，即电阻值随着温度的升高而增 大；如果 R2 < R1，则 < 0，将 R 称为负温度系数电阻，即电阻值随着温度的升高而减 小。显然 的绝对值越大，表明电阻受温度的影响也越大。 R2 = R1[1 + (t2－t1)] 第四节 部分电路欧姆定律 一、欧姆定律 电阻元件的伏安关系服从欧姆定律，即 U = RI 或 I = U/R = GU 图 1-4 线性电阻的伏安特性曲线
《电工基础》 其中G=1/R,电阻R的倒数G叫做电导,其国际单位制 为西门子(S) 二、线性电阻与非线性电阻 电阻值R与通过它的电流和两端电压U无关(即 R=常数)的电阻元件叫做线性电阻,其伏安特性曲线在 一U平面坐标系中为一条通过原点的直线。 电阻值R与通过它的电流I和两端电压U有关(即R≠常数的电阻元件叫做非线性 电阻,其伏安特性曲线在—U平面坐标系中为一条通过原点的曲线 通常所说的“电阻”,如不作特殊说明,均指线性电阻。 第五节电能和电功率 、电功率 电功率(简称功率)所表示的物理意义是电路元件或设备在单位时间内吸收或发出的 电能。两端电压为U、通过电流为的任意二端元件(可推广到一般二端网络)的功率大小 为 P=Ul 功率的国际单位制单位为瓦特(W),常用的单位还有毫瓦(mW)、千瓦(kW),它们与 W的换算关系是 1mW=10-3W 1kW=103W 吸收或发 个电路最终的目的是电源将一定的电功率传送给负载,负载将电能 转换成工作所需要的一定形式的能量。即电路中存在发出功率的器件(供能元件)和吸收 功率的器件(耗能元件) 习惯上,通常把耗能元件吸收的功率写成正数,把供能元件发出的功率写成负数, 而储能元件(如理想电容、电感元件)既不吸收功率也不发出功率,即其功率P=0 通常所说的功率P又叫做有功功率或平均功率 二、电能 电能是指在一定的时间内电路元件或设备吸收或发出的电能量,用符号W表示,其 国际单位制为焦尔(J),电能的计算公式为 W=P t=Ult 通常电能用千瓦小时(kW·h)来表示大小,也叫做度(电 1度(电)=1kWh=36×106J。 即功率为1000W的供能或耗能元件,在1小时的时间内所发出或消耗的电能量为1度。 【例1-1】有一功率为60W的电灯,每天使用它照明的时 间为4小时,如果平均每月按30天计算,那么每月消耗的电能 为多少度?合为多少 吼题
《电工基础》 5 其中 G = 1/R，电阻 R 的倒数 G 叫做电导，其国际单位制 为西门子(S)。 二、线性电阻与非线性电阻 电阻值 R 与通过它的电流 I 和两端电压 U 无关(即 R = 常数)的电阻元件叫做线性电阻，其伏安特性曲线在 I－U 平面坐标系中为一条通过原点的直线。 电阻值 R 与通过它的电流 I 和两端电压 U 有关(即 R 常数)的电阻元件叫做非线性 电阻，其伏安特性曲线在 I－U 平面坐标系中为一条通过原点的曲线。 通常所说的“电阻”，如不作特殊说明，均指线性电阻。 第五节 电能和电功率 一、电功率 电功率(简称功率)所表示的物理意义是电路元件或设备在单位时间内吸收或发出的 电能。两端电压为 U、通过电流为 I 的任意二端元件(可推广到一般二端网络)的功率大小 为 P = UI 功率的国际单位制单位为瓦特(W)，常用的单位还有毫瓦(mW)、千瓦(kW)，它们与 W 的换算关系是 1 mW = 10−3 W； 1 kW = 10 3 W 吸收或发出：一个电路最终的目的是电源将一定的电功率传送给负载，负载将电能 转换成工作所需要的一定形式的能量。即电路中存在发出功率的器件(供能元件)和吸收 功率的器件(耗能元件)。 习惯上，通常把耗能元件吸收的功率写成正数，把供能元件发出的功率写成负数， 而储能元件(如理想电容、电感元件)既不吸收功率也不发出功率，即其功率 P = 0。 通常所说的功率 P 又叫做有功功率或平均功率。 二、电能 电能是指在一定的时间内电路元件或设备吸收或发出的电能量，用符号 W 表示，其 国际单位制为焦尔(J)，电能的计算公式为 W = P ·t = UIt 通常电能用千瓦小时(kW ·h)来表示大小，也叫做度(电)： 1 度(电) = 1 kW ·h = 3.6 106 J。 即功率为 1000 W 的供能或耗能元件，在 1 小时的时间内所发出或消耗的电能量为 1 度。 【例 1-1】有一功率为 60 W 的电灯，每天使用它照明的时 间为 4 小时，如果平均每月按 30 天计算，那么每月消耗的电能 为多少度？合为多少 J?