電工基礎（第2版）課件：電路的基本概念認知

了解電路模型和電路的基本物理量；理解電流、電壓參考方向的問題；深刻理解電路中電位的概念并能熟練計算電路中各點的電位；熟悉電路在不同工作狀態(tài)下的特點。

電路的基本概念認知學習要點負載：1.1電路和電路模型電路

——由實際元器件構成的電流的通路。一、電路的組成電源（或信號源）：電路中提供電能或信號的裝置。如發(fā)電機、蓄電池、話筒等。在電路中接收電能的設備。如電動機、電燈等。中間環(huán)節(jié)：電源和負載之間不可缺少的連接、控制和保護部件，如連接導線、開關設備、測量設備以及各種繼電保護設備等。

電路可以實現(xiàn)電能的傳輸、分配和轉(zhuǎn)換。電力系統(tǒng)中：電子技術中：

電路可以實現(xiàn)電信號的傳遞、存儲和處理。二、電路的主要功能三、電路模型和電路元件電源負載實體電路中間環(huán)節(jié)

與實體電路相對應、由理想元件構成的電路圖，稱為實體電路的電路模型。電路模型負載電源開關連接導線SRL+

U–IUS+_R0白熾燈的電路模型可表示為：

實際電路器件品種繁多，其電磁特性較為復雜，采取模型化處理可獲得有意義的分析效果。如iR

R

L消耗電能的電特性可用電阻元件表征產(chǎn)生磁場的電特性可用電感元件表征由于白熾燈中耗能的因素大大于產(chǎn)生磁場的因素，因此L可以忽略。

理想電路元件是實際電路器件的理想化和近似，其電特性單一、確切，可進行定性、定量的分析和計算。白熾燈電路RC+

US–電阻元件只具耗能的電特性電容元件只具有儲存電能的電特性理想電壓源輸出電壓恒定，輸出電流由它和負載共同決定理想電流源輸出電流恒定，兩端電壓由它和負載共同決定L電感元件只具有儲存磁能的電特性IS理想電路元件分有無源和有源兩大類無源二端元件有源二端元件

必須指出，電路在進行上述模型化處理時，實際電路中各部分的基本電磁現(xiàn)象可以分別研究，我們要做到的是具體電路，具體分析。1.2電路基本物理量常用的電工測量、計量工具：機械萬用表數(shù)字萬用表鉗表電能表一、電流（i或I）電荷有規(guī)則的定向移動形成電流。電流的大小用電流強度來表示，用于表征同一時間內(nèi)流過導體橫截面的電荷量的多少?！ご笮。骸し较颍毫晳T上規(guī)定為正電荷移動的方向?！挝唬喊才唷続】換算：1A=103mA=106μA=109nAIQt=·分類：（1）直流電流：大小、方向均不隨時間變化的電流。或?qū)憺椋?）變動電流：大小、方向隨時間變化的電流。（日常接觸較多的是正弦交流電流）注意：變量用小寫字母表示，恒量用大寫字母表示。

在電路分析中，表示電流方向可用實線箭頭表示，也可用雙下標表示：例如：①電流I由A流向B，為IAB或

②電流I由B流向A，為IBA或（注意：IAB=-IBA，兩個電流大小相等，負號表示方向相反。）二、電壓（u或U）

物理學上對電壓的定義是：電場力把單位正電荷從電場中的一點A移到另一點B所做的正功稱為A、B兩點間的電壓?！ご笮。骸し较颍阂?guī)定為由高電位（+）指向低電位（-）。（即電壓降落的方向，故電壓又稱作電壓降。）·單位：伏特【V】

換算：1V=103mV=10－3KV·分類：（1）直流電壓：（2）交流電壓。

在電路分析中，電流方向的表示方法：⑴實線箭頭，⑵雙下標，⑶高、低電位：

例如：UAB為電壓U由A指向B，或A、B兩點間的電壓、A點到B點的電壓。

當電場力做功將正電荷從B點移到A點，電壓用uBA

表示。

uAB

=－uBA

負號表示的是電壓的方向相反?！?/p>

改變電壓的起點與終點的順序，電壓的數(shù)值不變，兩者相差一個負號。三、電位（V）

在分析電子電路中，常用到電位這一概念。例如二極管的陽極電位大于陰極電位時，二極管導通。

電位：在規(guī)定了參考點（O）以后，電路中任一點（A）到參考點（O）之間的電壓稱為該點（A）的電位（VA）。·單位：伏特【V】

注意：①

應用電位時，須規(guī)定電路中某一點作為參考點，該點電位稱為參考電位；②

參考點電位一般為0，即VO=0，在電路圖中用符號“

”表示參考點。

電位、電壓的區(qū)別與聯(lián)系：例：如圖，UAB=5V。①

以B點為參考點時，VB=0，VA=UAB=5VVA-VB=5V=UAB②

以A點為參考點時，VA=0，VB=UBA=-UAB=-5VVA-VB=0-（-5）=UAB∴

可見：（Ⅰ）電路中任意兩點間的電壓等于該兩點之間的電位差；（Ⅱ）各點電位的高低是相對的，兩點間的電壓是絕對的。

（參考點選擇不同，電路中各點的電位值隨之改變，但任意兩點間的電壓值是不變的）四、電流、電壓的參考方向

在電路分析中，求解的電路變量如電壓、電流都是有大小和方向的，且它們的實際方向事先往往不懂。

為了分析、計算的方便，就事先任意假定一個方向作為它們的參考方向，即正方向。分析計算后：

電流（電壓）值為正值，則實際方向與參考方向一致；

電流（電壓）值為負值，則實際方向與參考方向相反。

為什么要在電路圖中預先標出參考方向？名詞解釋：aI負載元件＋U－b非關聯(lián)參考方向關聯(lián)參考方向aI電源元件＋U－b五、電能、電功率1、電能

電能的轉(zhuǎn)換是在電流作功的過程中進行的。因此，電流作功所消耗電能的多少可以用電功來量度?！ご笮。褐绷髑闆r下：·單位：焦耳【J】，工程上常用千瓦時（kWh）或度。1度=1kWh=3.6×106J2、電功率

能量的統(tǒng)計是用功，但實際應用中各用電設備的功率不同，用電時間不同，很難比較。所以在工程上表征用電設備耗能大小的是用功率。（電器銘牌中常見）·大?。弘姽ぜ夹g中，單位時間內(nèi)電流所作的功稱為電功率，即電能對時間的變化率，表示元件消耗或提供電能的快慢。

電功率反映了電路元器件能量轉(zhuǎn)換的本領。

·單位：瓦特【W(wǎng)】1W=103mW=10－3kW

判斷元件是吸收功率或輸出功率的方法：（1）元件的電壓、電流為關聯(lián)參考方向（p=u.i）；（2）元件的電壓、電流為非關聯(lián)參考方向（p=-u.i）；則當p＞0時，元件消耗電能，吸收功率；

當p＜0時，元件向外提供電能，輸出功率。

?

舉例：右下圖電路，若已知元件中電流為I=－100A，電壓U=10V，求電功率P，并說明元件是電源還是負載。+UI元件

解：元件的UI為非關聯(lián)參考方向，因此:元件吸收正功率，說明元件是負載。右下圖電路，若已知元件吸收功率為20W，電壓U=5V，求電流I。+UI元件

分析：由圖可知元件的UI為關聯(lián)參考方向，因此:I為正值，說明它的實際方向與圖上標示的參考方向相同。想想練練1、某用電器的額定值為“220V，100W”，此電器正常工作10小時，消耗多少焦耳電能？合多少度電？2、一只標有“220V，60W”的電燈，當其兩端電壓為多少伏時電燈能正常發(fā)光？正常發(fā)光時電燈的電功率是多少？若加在燈兩端的電壓僅有110伏時，該燈的實際功率為多少瓦？額定功率有變化嗎？

3600000J，1度電220V，60W；15W，不變。檢驗學習結(jié)果電路由哪幾部分組成？試述電路的功能？為何要引入?yún)⒖挤较颍繀⒖挤较蚝蛯嶋H方向有何聯(lián)系與區(qū)別？何謂電路模型？理想電路元件與實際元器件有何不同？如何判斷元件是電源還是負載？

學好本課程，應注意抓好四個主要環(huán)節(jié)：提前預習、認真聽課、及時復習、獨立作業(yè)。還要處理好三個基本關系：聽課與筆記、作業(yè)與復習、自學與互學。1.3電路基本元件及其伏安特性一、電阻元件（R）

電阻產(chǎn)品實物圖電阻是物體對電流的阻礙作用，主要表現(xiàn)為消耗電能、產(chǎn)生熱量。

主要應用：發(fā)熱、發(fā)光等特性（白熾燈、電爐、電烙鐵等），串聯(lián)分壓，并聯(lián)分流等。R

電阻元件是實際電阻的理想模型，具有阻礙電流通過，消耗電能，產(chǎn)生熱量的特點（電阻性）,而其他電磁性質(zhì)忽略不計?！挝唬簹W姆（Ω）

換算：1MΩ=1000KΩ，1KΩ=1000Ω；

電路符號

電阻元件的特點：1、物體的電阻是其本身所固有的，其阻值與物體的材料性質(zhì)、幾何尺寸以及所處的環(huán)境有關：線性電阻元件伏安特性0UI2、線性電阻上電壓與電流的關系滿足于歐姆定律：

（關聯(lián)參考方向）·伏安特性：元件兩端電壓u與通過該元件的電流i之間的關系。)

在平面直角坐標系中，以電流i為橫坐標，電壓u為縱坐標，可畫出線性電阻元件的伏安特性曲線（該曲線是一條過原點的直線）

在第一象限（0°~90°），tg值單調(diào)遞增，R值越大斜率越大，直線越陡?！ぞ€性電阻元件：

，電阻值不隨通入電流大小變化而改變，元件的伏安特性曲線是一條直線，服從歐姆定律?！し蔷€性電阻元件：

，電阻值隨通入電流大小變化而變化，元件的伏安特性曲線不是一條直線，不服從歐姆定律,例如二極管。

為分析、計算的方便，引入電導參數(shù)G，常應用于電阻并聯(lián)電路的分析、計算。

單位：西門子（S）注：電導表示元件傳導電流的能力，電阻表示物體阻礙電流的能力。3、電阻元件是耗能元件，所消耗的電能為·名詞解釋：電路三種運行狀態(tài)：（1）通路：電路是導通的；（2）開路（斷路）：電路被斷開了，無論斷口電壓為多少，電流始終為0；（3）短路：電路被導線短接了，無論電流多大，端電壓始終為0。（電路短路電流很大，會破壞電工設備，是不允許的）二、電感元件（L）L

實際電感線圈由導線繞制而成，通以電流，在其周圍產(chǎn)生磁場。實際應用主要有濾波、變壓、變流、選頻等。

電感元件是實際電感線圈的理想化模型，忽略其自身的損耗，突出其具有儲存磁場能量的特性。

電感產(chǎn)品實物圖

電感元件圖符號·單位：亨利（H）

換算：1H=1000mH，1mH=1000μH。1、線性電感元件的伏安特性滿足：電感元件具有“通直阻交”的特性。2、電感元件是儲能元件，儲存磁場能量為：附：電容器由一對相互靠近而中間隔以絕緣介質(zhì)（如空氣、紙、云母等）的導體構成。將電容器兩個極板與一直流電源接通，電容器兩極板將分別聚集等量異種電荷，在極板之間建立起電場。若將直流電源撤開，極板上的電荷，極板間的電場依然存在。C

電容產(chǎn)品實物圖

電容元件圖符號三、電容元件（C）電容元件是實際電容器的理想化模型，忽略其自身的損耗，突出其具有儲存電場能量的特性?！挝唬悍ɡ‵）

換算：1F=106μF，1μF=106pF。1、線性電容元件：電容元件上的電壓發(fā)生變化時，極板的的電荷發(fā)生變化，電容所在支路有電流通過。2、線性電容元件的伏安特性滿足：

電容元件具有“隔直通交”的特性。3、電容元件是儲能元件，儲存電場能量為：四、

電源元件

任何電源都可以用兩種電源模型來表示，輸出電壓比較穩(wěn)定的，如發(fā)電機、干電池、蓄電池等通常用電壓源模型(理想電壓源和一個電阻元件相串聯(lián)的形式)表示；柴油機組汽油機組蓄電池

各種形式的電源設備圖

輸出電流較穩(wěn)定的：如光電池或晶體管的輸出端等通常用電流源模型(理想電流源和一個內(nèi)阻相并聯(lián)的形式)表示。US+_R0ISR0●電壓源●電流源理想電壓源的外特性0UI（1）電壓源1）理想電壓源