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1、1-1 电流和电压第1页/共41页一、基本概念 1.电路组成及功能电路：电流的流通路径。电路的组成：电源、开关、负载和导线。（1）电源 是电路中提供电能的装置，（2）负载 也称用电器，是电路中取用电能的设备或器件，（3）中间环节 把电源和负载连接起来的装置，通常是一些导线、继电器、开关和保护装置等。第2页/共41页进行能量的传输和变换 实现信息的传递和处理 电力电力系统系统示意图示意图 扩音机系统示意图扩音机系统示意图第3页/共41页2.电路图 用统一规定的电气符号描述电路连接情况的图，称为电路原理图，简称电路图电路图。电路图第4页/共41页3电路的三种状态电路有三种连接状态，分别指通路状态、
2、断路状态和短路状态。a）通路 b）断路c）短路第5页/共41页二、电流及参考方向 1.电流的形成 带电粒子（电子、离子）定向移动形成电流。习惯上规定正电荷正电荷移动的方向为电流的方向，因此电流的方向实际上与电子移动的方向相反相反。a）恒定电流 b）交变电流 第6页/共41页2.电流的大小 在单位时间内，通过导体横截面的电荷量越多，就表示流过该导体的电流越强。若在t时间内通过导体横截面的电荷量是Q，则电流I可用下式表示：式中，I、Q、t的单位分别为A、C、s。第7页/共41页3.电流的方向 在分析和计算较为复杂的直流电路时，可先任意假定电流的参考方向参考方向，然后根据电流的参考方向列方程求解。如
3、果计算结果I 0，表明电流的实际方向与参考方向相同；如果计算结果I 0），说明电压的实际方向与参考方向一致；结果为负值（U0），说明电压的实际方向与参考方向相反。a）关联参考方向 b）非关联参考方向第15页/共41页4电压的测量（1）每个电压表都有一定的测量范围，称为电压表的量程。因此，在测量之前应先估计被测电压大小，以便选择适当量程。（2）电压表的等效电阻很大，可视为开路，所以电压表必须并接到被测电路中。第16页/共41页（3）指针式直流电压表接线柱上标明有“+”、“-”记号，接线时应和电路的极性相一致，即高电位接“+”端、低电位接“-”端，否则，指针反转可能会损坏电压表。第17页/共41页
4、（4）电子技术中，常用数字万用表（电压挡）测量电压。表笔可任意并接到被测电路中，测量结果有正负之分：正值说明红表笔为高电位、黑表笔为低电位，负值正好相反。a）读数为正值 b）读数为负值第18页/共41页4.电源和电动势 电源是把其他形式的能转换成电能的装置，电源种类很多，如干电池、蓄电池等。在电源外部，电场力把正电荷由高电位移动到低电位做了功。在电源内部，也必有一种力把正电荷由低电位移动到高电位，我们把这种力叫做电源力。电压是衡量电场力做功能力大小的物理量，而电动势是衡量电源力做功能力大小的物理量。电动势常用表示，单位是伏特（V）。第19页/共41页1-2 欧姆定律第20页/共41页一、电阻的
5、基础知识1.电阻和电阻率导体的电阻是导体本身的一种性质。它的大小决定于导体的材料、长度和横截面积，可按下式计算：式中称为材料的电阻率电阻率，电阻率的大小反映了物体的导电能力。第21页/共41页2.电阻的测量指针式万用表测量电阻的电路连接方式和步骤，见表15。采用数字万用表（欧姆挡）测量电阻，操作方法和过程都比用指针式万用表测量简便得多。注：无论采用哪种万用表，都不能在电阻通电或并联有其他电路时测量电阻，否则，测量结果误差会非常大。第22页/共41页a）用2k挡测量显示“.217”b）20k挡测量显示“.21”c）200挡测量溢出显示“1.”第23页/共41页二、部分电路欧姆定律只含有负载而不包
6、含电源的一段电路称为部分电路。如果以电压为横坐标，电流为纵坐标，可画出电阻的U/I关系曲线，即伏伏安特性曲线。安特性曲线。是直线的称为线性电阻，其电阻值可认为是不变的常数。第24页/共41页内容：导体中的电流，与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比。公式：当电压与电流的参考方向关联时：当电压与电流的参考方向非关联时：第25页/共41页三、全电路欧姆定律 全电路全电路是含有电源的闭合电路。电源内部的电路称为内电路内电路。电源内部的电阻称为内电阻内电阻，简称内阻。电源外部的电路称外电路外电路，外电路中的电阻称为外电阻外电阻。第26页/共41页内容：闭合电路中的电流与电源的电动势成正比，与电路的
7、总电阻（内电路电阻与外电路电阻之和）成反比。公式：第27页/共41页全电路欧姆定律又可表述为：变形整理，得：也就是说，电源电动势等于U外和U内之和。第28页/共41页四、电源的外特性电源端电压U与电源电动势E的关系为：U=EIr 可见，当电源电动势E和内阻r一定时，电源端电压U将随负载电 流I的变化而变化。第29页/共41页电源端电压随负载电流变化的关系特性称为电电源的外特性源的外特性，其关系特性曲线称为电源的外特外特性曲线性曲线。第30页/共41页1-3 电功和电功率第31页/共41页一、电功电流所做的功，简称电功电功，用字母W表示，单位是焦耳（J）。电流在一段电路上所作的功等于这段电路两端
8、的电压U、电路中的电流I和通电时间t三者的乘积，即：W=UIt 式中W、U、I、t的单位分别用J、V、A、s。第32页/共41页电能的另一个常用单位是千瓦时千瓦时（kWh），即通常所说的1度电，它和焦耳的换算关系为 1 kWh=3.6106 J 第33页/共41页二、电功率电流在单位时间内所作的功称为电功率电功率，用字母P表示，单位为W。对于纯电阻电路，上式还可以写为 第34页/共41页三、电流的热效应 电流通过导体时使导体发热的现象叫电流的热效应电流的热效应。电流与它流过导体时所产生的热量之间的关系可用下式表示：Q=I2Rt Q的单位是J。第35页/共41页1-4 负载获得最大功率的条件 第
9、36页/共41页一、负载的额定值电气设备安全工作时所允许的最大电流、最大电压和最大功率分别称为它们的额定电流额定电流、额额定电压定电压和额定功率额定功率。电气设备在额定功率下的工作状态称为额定工额定工作状态作状态，也称满载满载；低于额定功率的工作状态称为轻载轻载；高于额定功率的工作状态称为过载过载或超载超载。注意：由于过载很容易烧坏用电器，所以一般不允许出现过载。第37页/共41页二、负载获得最大功率的条件 电源接上负载后，电源要向负载输送功率，负载要从电源吸收功率。由于电源内阻的存在，电源输出的总功率由电源内阻消耗的功率与外接负载获得的功率两部分组成。如果内阻上的功率较大，负载上获得的功率就较小。那么，在什么情况下，负载才能获得最大功率呢？第38页/共41页设电源电动势为E，内阻为r，负载为纯电阻R，则有利用（R+r）2=（Rr）2+4Rr，上式可写成显然，上式分母最小值最大，即第39页/共41页 当负载电阻和电源内阻相等时，负载获得的功率最大。由于负载获得的最大功率就是电源输出的最大功率，因此，这个条件也是电源输出最大功率的条件。当电动势和内阻均为定值时，负载功率随R变化的曲线。a）电路图 b）曲线图第40页/共41页