第二章直流電路1

第二章要求：了解直流電路和基本概念熟悉串、并聯(lián)電路的計(jì)算掌握基爾霍夫定律，能分析較復(fù)雜的直流電路第一節(jié)重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：1.電源、電路的三種狀態(tài)、2.電路中幾個(gè)重要電量難點(diǎn)：1.電流的理解、2.電功率、電功的計(jì)算一、電路的概念電源、負(fù)載和連接導(dǎo)線及開(kāi)關(guān)是組成電路最基本的元件。電源：電路中提供電能或信號(hào)的器件

負(fù)載：電路中吸收電能或輸出信號(hào)的器件圖2-1電路圖一、電路的概念電路是電流的流通路徑,它是由一些電氣設(shè)備和元器件按一定方式連接而成的。復(fù)雜的電路呈網(wǎng)狀,又稱網(wǎng)絡(luò)。電路和網(wǎng)絡(luò)這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)是通用的。電路的一種作用：是實(shí)現(xiàn)電能的傳輸和轉(zhuǎn)換。另一種作用：是實(shí)現(xiàn)信號(hào)的處理。1.電路：3.電路的三種狀態(tài)通路通路就是電源與負(fù)載接成的回路。這時(shí)電路中有電流通過(guò)。斷路斷路就是電源與負(fù)載未接成閉合電路。斷路又稱開(kāi)路。電氣設(shè)備與導(dǎo)線之間接觸不良也會(huì)使電路處于斷路狀態(tài)。短路短路短路是電源未經(jīng)負(fù)載而直接由導(dǎo)線（導(dǎo)體）構(gòu)成通路。如有導(dǎo)線直接將電池正負(fù)極連接到一起。二電流與電流密度1.電流1.電流：帶電粒子（電子、離子等）有規(guī)則的定向運(yùn)動(dòng),稱為電流。用符號(hào)i表示,即 2.

電流的實(shí)際方向：正電荷運(yùn)動(dòng)方向。電流方向在分析與計(jì)算電路時(shí),?？扇我庖?guī)定某一方向作為電流的參考方向或正方向。電流的參考方向電流強(qiáng)度的定義及計(jì)算公式

1秒鐘內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體的電量稱為電流強(qiáng)度。單位：安［培］,符號(hào)為A。常用的單位有千安（kA）,毫安（mA）,微安（μA）等。電流密度電流與導(dǎo)體橫截面積的比值稱為電流密度。

當(dāng)導(dǎo)線中的電流超過(guò)允許電流時(shí)，導(dǎo)線將嚴(yán)重發(fā)熱，冒火而出現(xiàn)事故三、電壓和電動(dòng)勢(shì)要在一段電路中產(chǎn)生電流,它的兩端就要有電壓，電源的作用就是給用電器兩端提供電壓。電壓用“U”表示，電壓的單位是伏特V，常用單位還有kV、mV、μV，1kV=1000V，1V=1000mV，1mA=1000μV電壓一節(jié)干電池的電壓一般是1.5V。照明用的電壓是220V。手機(jī)電池的電壓一般是3.7V。輸電用的高壓電線電壓可達(dá)10000V，50000V甚至更高……電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)是存在于電源內(nèi)部，將正電荷從電源負(fù)極移到正極從而形成電壓。在電源開(kāi)路時(shí)，電源兩端的電壓與電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上相等。而在電路接通時(shí)，電源兩端的電壓比電動(dòng)勢(shì)小。電動(dòng)勢(shì)用E表示。電阻在電工學(xué)中，用電阻來(lái)表示導(dǎo)體對(duì)電流阻礙作用的大小。不同的導(dǎo)體，電阻一般不同。通常用R表示，電阻的單位是歐姆，Ω。kΩ（MΩ）（兆歐），日常用的白熾燈，燈絲電阻為幾百歐到幾千歐。決定導(dǎo)體電阻大小的因素是決定導(dǎo)體電阻大小的因素是導(dǎo)體的材料ρ、長(zhǎng)短L、橫切面積S（粗細(xì)）。R=ρ高壓輸電用的電線，使用的金屬線又粗又直，就是為了盡量減小電線的電阻。絕緣體對(duì)電流的阻礙作用大，導(dǎo)體能電流的阻礙作用小，1m長(zhǎng)的天然橡膠棒的電阻，大約是相同粗細(xì)、長(zhǎng)短鐵棒的2×1016倍。五、電功和電功率目的與要求會(huì)計(jì)算電功率和電功

1.功率定義：傳遞轉(zhuǎn)換電能的速率叫電功率，簡(jiǎn)稱功率，用p或P表示。電功率公式功率的單位為瓦［特］,簡(jiǎn)稱瓦,符號(hào)為W,常用的有千瓦（kW）、兆瓦（MW）和毫瓦（mW）等。4.電功（電能）的計(jì)算

或：A=I2Rt新的電功的符號(hào)是：W4.電能的單位：J(焦耳）、kW.h（度）例1.1（一）圖1.5所示為直流電路,U1=4V,U2=-8V,U3=6V,I=4A,求各元件接受或發(fā)出的功率P1、P2和P3,并求整個(gè)電路的功率P。圖1.5例1.1圖例1.1（二）解：故 P1=U1I=4×4=16W(接受16W) P2=U2I=8×4=32W(接受32W) P3=U3I=6×4=24W(發(fā)出24W)整個(gè)電路的功率P,設(shè)接受功率為正,發(fā)出功率為負(fù),故P=16+32-24=24WⅣ、教學(xué)方法講授法Ⅴ、思考題

1.當(dāng)元件電流，電壓選擇關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)，什么情況下元件接受功率？什么情況下元件發(fā)出功率？

2.有兩個(gè)電源，一個(gè)發(fā)出的電能為1000kW.h,另一個(gè)發(fā)出的電能為500kW.h。是否可認(rèn)為前一個(gè)電源的功率大，后一個(gè)電源的功率??？1.4電阻元件和歐姆定律目的與要求

1.掌握電阻元件上的歐姆定律2.理解電路短路、開(kāi)路時(shí)的特點(diǎn)重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)歐姆定律、電導(dǎo)

難點(diǎn)1.短路、開(kāi)路

2.應(yīng)用歐姆定律時(shí)正負(fù)號(hào)的確定

1.電阻元件（一）電阻元件是一個(gè)二端元件,它的電流和電壓的方向總是一致的,它的電流和電壓的大小成代數(shù)關(guān)系。電流和電壓的大小成正比的電阻元件叫線性電阻元件。元件的電流與電壓的關(guān)系曲線叫做元件的伏安特性曲線。線性電阻元件的伏安特性為通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線,這個(gè)關(guān)系稱為歐姆定律。1.電阻元件（二）圖1.6線性電阻的伏安特性曲線第二節(jié)歐姆定律德國(guó)物理學(xué)家歐姆在19世紀(jì)初期通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)，歸納得出了下面的歐姆定律。導(dǎo)體中的電流，跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比，跟超導(dǎo)體的電阻成反比。用公式表示就是：I=例題一個(gè)電熨斗的電阻是0.1kΩ，接在220V的電壓上，流過(guò)它的電流是多少？解：根據(jù)歐姆定律：

I===2.2A全電路歐姆定律全電路是指含有電源的閉合電路。一個(gè)實(shí)際的電源一般也有電阻，稱為電源的內(nèi)電阻，用r表示。內(nèi)電阻與電源無(wú)法分開(kāi)，一個(gè)閉合電路的總電阻應(yīng)等于內(nèi)電阻和外電阻之和，即R+r。全電路歐姆定律的表達(dá)式是：I=例題有一電源電動(dòng)勢(shì)E=3V，外接R=9.6Ω的電阻，測(cè)得電路中的電流是0.3A，求電源的內(nèi)阻和內(nèi)壓降。解：電源端電壓：U=IR=0.3A×9.6V=2.88V內(nèi)壓降：Ur=E-U=3V-2.88V=0.12V內(nèi)阻：

r===0.4Ω4.電導(dǎo)令G=1/R,則式（1.7）變?yōu)槭街?G稱為電阻元件的電導(dǎo),單位是西［門子］,符號(hào)為S。如果線性電阻元件的電流和電壓的參考方向不關(guān)聯(lián),則歐姆定律的表達(dá)式為或(1.8)5.功率在電流和電壓關(guān)聯(lián)參考方向下,任何瞬時(shí)線性電阻元件接受的電功率為線性電阻元件是耗能元件。6.焦耳定律若電流不隨時(shí)間變化,以上兩式稱為焦耳定律。如果電阻元件把接受的電能轉(zhuǎn)換成熱能,則從t0到t時(shí)間內(nèi)。電阻元件的熱［量］Q,也就是這段時(shí)間內(nèi)接受的電能W為7.兩種特殊情況線性電阻元件有兩種特殊情況值得注意:一種情況是電阻值R為無(wú)限大,電壓為任何有限值時(shí),其電流總是零,這時(shí)把它稱為“開(kāi)路”;另一種情況是電阻為零,電流為任何有限值時(shí),其電壓總是零,這時(shí)把它稱為“短路”。例1.2有220V,100W燈泡一個(gè),其燈絲電阻是多少？每天用5h,一個(gè)月（按30天計(jì)算）消耗的電能是多少度？解燈泡燈絲電阻為一個(gè)月消耗的電能為教學(xué)方法“歐姆定律”在物理課中曾經(jīng)接觸過(guò)，這里可采用先自學(xué)的形式，提出問(wèn)題：電工基礎(chǔ)課中的“歐姆定律”與物理中的“歐姆定律”有何不同？

思考題

1.線性電阻元件的伏安關(guān)系是怎樣的?

2.線性電阻元件接受功率的計(jì)算公式有哪些？1.5電壓源和電流源目的與要求理解理想電壓源、理想電流源的特點(diǎn)重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)理想電壓源、理想電流源的特點(diǎn)難點(diǎn)獨(dú)立源、受控源1.電壓源是一個(gè)理想二端元件。它具有兩個(gè)特點(diǎn):(1)電壓源對(duì)外提供的電壓u(t)是某種確定的時(shí)間函數(shù),不會(huì)因所接的外電路不同而改變,即u(t)=us(t)。(2)通過(guò)電壓源的電流i（t）隨外接電路不同而不同。常見(jiàn)的電壓源有直流電壓源和正弦交流電壓源。一、電壓源（一）一、電壓源（二）圖1.7電壓源電壓波形一、電壓源（三）圖1.8直流電壓源的伏安特性圖1.8是直流電壓源的伏安特性。一、電壓源（四）2.電壓為零的電壓源相當(dāng)于短路。3.由圖1.7(a)知,電壓源發(fā)出的功率為 p＞0時(shí),電壓源實(shí)際上是發(fā)出功率； p＜0時(shí),電壓源實(shí)際上是接受功率。1.電流源也是一個(gè)理想二端元件,它有以下兩個(gè)特點(diǎn):電流源向外電路提供的電流i(t)是某種確定的時(shí)間函數(shù),不會(huì)因外電路不同而改變,即i(t)=is,is是電流源的電流。(2)電流源的端電壓u(t)隨外接的電路不同而不同。2.如果電流源的電流is=Is(Is是常數(shù)),則為直流電流源。二、電流源（一）二、電流源（二）圖1.9電流源及直流電流源的伏安特性二、電流源（三）

3.電流為零的電流源相當(dāng)與開(kāi)路。4.電流源發(fā)出的功率為

p＞0,電流源實(shí)際是發(fā)出功率;p＜0,電流源實(shí)際是接受功率。5.電壓源和電流源,稱為獨(dú)立源。在電子電路的模型中還常常遇到另一種電源,它們的源電壓和源電流不是獨(dú)立的,是受電路中另一處的電壓或電流控制,稱為受控源或非獨(dú)立源例1.3（一）計(jì)算圖1.10所示電路中電流源的端電壓U1,5Ω電阻兩端的電壓U2和電流源、電阻、電壓源的功率P1,P2,P3。圖1.10例1.3圖例1.3（二）電流源的電流、電壓選擇為非關(guān)聯(lián)參考方向,所以P1=U1Is=13×2=26W(發(fā)出)電阻的電流、電壓選擇為關(guān)聯(lián)參考方向,所以P2=10×2=20W(接受)電壓源的電流、電壓選擇為關(guān)聯(lián)參考方向,所以P3=2×3=6W(接受)解：教學(xué)方法以實(shí)際電池為例來(lái)闡述電壓源的特點(diǎn)

1.直流電壓源的電流是怎樣變化的？2.直流電流源的端電壓怎樣確定？舉例說(shuō)明。思考題1.6基爾霍夫定律目的與要求

1.理解支路、節(jié)點(diǎn)、回路、網(wǎng)孔的定義2.掌握基爾霍夫電流定律、基爾霍夫電壓定律重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)基爾霍夫電流定律、基爾霍夫電壓定律難點(diǎn)用基爾霍夫定律分析電路基爾霍夫定律是集中參數(shù)電路的基本定律,它包括電流定律和電壓定律（1）支路:電路中流過(guò)同一電流的一個(gè)分支稱為一條支路。（2）節(jié)點(diǎn):三條或三條以上支路的聯(lián)接點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。(3)

回路:由若干支路組成的閉合路徑,其中每個(gè)節(jié)點(diǎn)只經(jīng)過(guò)一次,這條閉合路徑稱為回路。(4)網(wǎng)孔:網(wǎng)孔是回路的一種。將電路畫在平面上,在回路內(nèi)部不另含有支路的回路稱為網(wǎng)孔。一、相關(guān)名詞二、基爾霍夫電流定律（KCL）（一）1.在集中參數(shù)電路中,任何時(shí)刻,流出（或流入）一個(gè)節(jié)點(diǎn)的所有支路電流的代數(shù)和恒等于零,這就是基爾霍夫電流定律,簡(jiǎn)寫為KCL。二、基爾霍夫電流定律（KCL）（二）（1.14）寫出一般式子,為 ∑i=0把式（1.14）改寫成下式,即i1=i3+i4對(duì)圖1.11中的節(jié)點(diǎn)a,應(yīng)用KCL則有二、基爾霍夫電流定律（KCL）（三）圖1.11電路實(shí)例二、基爾霍夫電流定律（KCL）（四）2.在集中參數(shù)電路中,任何時(shí)刻,流入一個(gè)節(jié)點(diǎn)電流之和等于流出該節(jié)點(diǎn)電流之和。3.KCL原是適用于節(jié)點(diǎn)的,也可以把它推廣運(yùn)用于電路的任一假設(shè)的封閉面。例如圖1.11所示封閉面S所包圍的電路。三、基爾霍夫電壓定律（KVL）（一）

（1.16）1.定義：在集中參數(shù)電路中,任何時(shí)刻,沿著任一個(gè)回路繞行一周,所有支路電壓的代數(shù)和恒等于零,這就是基爾霍夫電壓定律,簡(jiǎn)寫為KVL。用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示為三、基爾霍夫電壓定律（KVL）（二）2.在寫出式（1.16）時(shí),先要任意規(guī)定回路繞行的方向,凡支路電壓的參考方向與回路繞行方向一致者,此電壓前面取“+”號(hào),支路電壓的參考方向與回路繞行方向相反者,則電壓前面取“-”號(hào)。在圖1.11中,對(duì)回路abcga應(yīng)用KVL,有三、基爾霍夫電壓定律（KVL）（三）（1.17）3.如果一個(gè)閉合節(jié)點(diǎn)序列不構(gòu)成回路,例如圖1.11中的節(jié)點(diǎn)序列acga,在節(jié)點(diǎn)ac之間沒(méi)有支路,但節(jié)點(diǎn)ac之間有開(kāi)路電壓uac,KVL同樣適用于這樣的閉合節(jié)點(diǎn)序列,即有三、基爾霍夫電壓定律（KVL）（四）4.將式（1.17）改寫為

電路中任意兩點(diǎn)間的電壓是與計(jì)算路徑無(wú)關(guān)的,是單值的。所以,基爾霍夫電壓定律實(shí)質(zhì)是兩點(diǎn)間電壓與計(jì)算路徑無(wú)關(guān)這一性質(zhì)的具體表現(xiàn)。不論元件是線性的還是非線性的,電流、電壓是直流的還是交流的,只要是集中參數(shù)電路,KCL和KVL總是成立的。例1.4（一）試計(jì)算圖1.12所示電路中各元件的功率。圖１.１２例１.４圖例1.4（二）解為計(jì)算功率,先計(jì)算電流、電壓。元件1與元件2串聯(lián),idb=iba=10A,元件1發(fā)出功