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1、电工技术与基础本讲稿第一页，共三十五页1 1 认识电路认识电路教学难点：教学难点：1了解电路的三种状态特点。了解电路的三种状态特点。2理理解解理理想想元元件件与与电电路路模模型型、线线性性电电阻阻与与非非线线性性电电阻阻的的概概念。念。教学重点：教学重点：1.了了解解电电路路的的基基本本组组成成、电电路路的的三三种种状状态态和和额额定定电电压压、电电流流、功功率率等等概念。概念。2掌握电流、电功率、电能等基本概念。掌握电流、电功率、电能等基本概念。3掌掌握握电电阻阻定定律律、欧欧姆姆定定律律、焦焦耳耳定定律律，了了解解电电阻阻与与温温度度的的关关系。系。本讲稿第二页，共三十五页序号内容 学时
2、1 绪论 1 2 第一节 电路 3 第二节 电流 4 第三节 电阻1 5 第四节 部分电路欧姆定律 6 第五节 电能和电功率1 7 单元小结 8 单元总学时3学时分配：学时分配：本讲稿第三页，共三十五页1 1认识电路认识电路1.11.1电路电路1.21.2电流电流1.31.3电阻电阻1.41.4部分电路欧姆定律部分电路欧姆定律1.51.5电能和电功率电能和电功率单元小结单元小结本讲稿第四页，共三十五页第一节电路第一节电路 一、电路的基本组成一、电路的基本组成二、电路模型二、电路模型(电路图电路图)本讲稿第五页，共三十五页一、电路的基本组成一、电路的基本组成动画动画 M1-1电路的状态电路的状态
3、1什么是电路什么是电路电电路路是是由由各各种种元元器器件件(或或电电工工设设备备)按按一一定定方方式式连连接接起起来来的的总总体体，为电流的流通提供了路径。为电流的流通提供了路径。本讲稿第六页，共三十五页2电路的基本组成电路的基本组成 电路的基本组成包括以下四个部分：电路的基本组成包括以下四个部分：(1)电源电源(供能元件供能元件)：为电路提供电能的设备和器件(如电池、发电机等)。图图1-1简单的直流电路简单的直流电路 本讲稿第七页，共三十五页(2)负载负载(耗能元件耗能元件):):使用(消耗)电能的设备和器件(如灯泡等用电器)。控制电路工作状态的器件或设备(如开关等)。将电器设备和元器件按一
4、定方式连接起来(如各种铜、铝电缆线等)。(3)控制器件：控制器件：(4)(4)连接导线：连接导线：本讲稿第八页，共三十五页3电路的状态电路的状态(1)通通路路(闭闭路路)：电电源源与与负负载载接接通通，电电路路中中有有电电流流通通过过，电电气气设设备备或或元器件获得一定的电压和电功率，进行能量转换。元器件获得一定的电压和电功率，进行能量转换。(2)开开路路(断断路路)：电电路路断断开开，电电路路中中没没有有电电流流通通过过，又又称称为为空空载状态。载状态。(3)短短路路(捷捷路路)：电电源源两两端端或或电电路路中中某某些些部部分分被被导导线线直直接接相相连连，输输出出电电流流过过大大对对电电源
5、源来来说说属属于于严严重重过过载载，如如没没有有保保护护措措施施，电电源源或或电电器器会会被被烧烧毁毁或或发发生生火火灾灾，所所以以通通常常要要在在电电路路或或电电气气设设备备中中安安装装熔熔断断器器、保保险险丝丝等等保保险险装置，以避免发生短路时出现不良后果。装置，以避免发生短路时出现不良后果。本讲稿第九页，共三十五页二、电路模型二、电路模型(电路图电路图)图图1-2手电筒的电路原图手电筒的电路原图由由理理想想元元件件构构成成的的电电路路称称为为实实际际电电路路的的电电路路模模型型，也也称称为为实实际际电电路路的的电路原理图电路原理图，简称为，简称为电路图电路图。例如手电筒的电路如图。例如手
6、电筒的电路如图 1-2 所示。所示。本讲稿第十页，共三十五页理想元件 电路是由电特性相当复杂的器件组成的，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，而对它的实际结构、材料、形状等非电磁特性不予考虑。本讲稿第十一页，共三十五页表表 1-3常用理想元件及符号常用理想元件及符号本讲稿第十二页，共三十五页第二节电流第二节电流 一、电流的基本概念一、电流的基本概念二、直流电流二、直流电流三、交流电流三、交流电流本讲稿第十三页，共三十五页一、电流的基本概念一、电流的基本概念 电电路路中中电电荷荷沿沿着着导导体体的的定定向
7、向运运动动即即形形成成电电流流，其其方方向向规规定定为为正正电电荷荷流流动动的的方方向向(或或负负电电荷荷流流动动的的反反方方向向)，其其大大小小等等于于在在单单位位时时间间内内通通过过导导体体横横截截面面的的电电荷荷量量，电电流流用用符符号号 I 或或 i(t)表表示示，讨讨论论一一般般电电流流时时可可用用符符号号 i。本讲稿第十四页，共三十五页设设在在 t=t2t1 时时间间内内，通通过过导导体体横横截截面面的的电电荷荷量量为为 q=q2q1，则在，则在 t 时间内的电流强度可用数学公式表示为时间内的电流强度可用数学公式表示为式式中中，t 为为很很小小的的时时间间间间隔隔，时时间间的的国国
8、际际单单位位制制单单位位为为 s s(秒秒)，电电荷荷量量 q 的国际单位制为库仑的国际单位制为库仑(C)。电流。电流 i(t)的国际单位制为的国际单位制为A A(安培安培)。常常用用的的电电流流单单位位还还有有mAmA（毫毫安安）、A A（微微安安）、kAkA（千千安安）等等，它们与安培的换算关系为它们与安培的换算关系为1 mA=10-3A；1 A=10-6 A；1 kA=103 A本讲稿第十五页，共三十五页二、直流电流二、直流电流 如如果果电电流流的的大大小小及及方方向向都都不不随随时时间间变变化化，即即在在单单位位时时间间内内通通过过导导体体横横截截面面的的电电荷荷量量相相等等，则则称称
9、之之为为稳稳恒恒电电流流或或恒恒定定电电流流，简简称称为为直直流流(Direct Current)，记记为为 DC 或或 dc，直直流流电电流流要要用用大大写写字字母母 I 表表示。示。直直流流电电流流 I 与与时时间间 t 的的关关系系在在 It 坐坐标标系系中中为为一一条条与与时时间间轴轴平平行行的直线。的直线。本讲稿第十六页，共三十五页三、交流电流三、交流电流 如如果果电电流流的的大大小小及及方方向向均均随随时时间间变变化化，则则称称为为变变动动电电流流。对对电电路路分分析析来来说说，一一种种最最为为重重要要的的变变动动电电流流是是正正弦弦交交流流电电流流，其其大大小小及及方方向向均均随
10、随时时间间按按正正弦弦规规律律作作周周期期性性变变化化，将将之之简简称称为为交交流流(Alternating Current)，记记为为 AC 或或 ac，交流电流的瞬时值要用小写字母，交流电流的瞬时值要用小写字母i 或或 i(t)表示。表示。本讲稿第十七页，共三十五页第三节电阻第三节电阻一、电阻元件一、电阻元件 二、电阻与温度的关系二、电阻与温度的关系本讲稿第十八页，共三十五页一、电阻元件一、电阻元件电电阻阻元元件件是是对对电电流流呈呈现现阻阻碍碍作作用用的的耗耗能能元元件件，例例如如灯灯泡泡、电电热热炉炉等电器。等电器。电阻定律电阻定律 制制成成电电阻阻元元件件的的材材料料电电阻阻率率，国
11、国际际单单位位制制单单位位为为 m(欧欧米米)；l 绕制成电阻的导线长度，国际单位制为绕制成电阻的导线长度，国际单位制为m(米米)；S 绕制成电阻的导线横截面积，国际单位制为绕制成电阻的导线横截面积，国际单位制为 m2(平方米平方米)；R 电阻值，国际单位制为电阻值，国际单位制为 (欧欧)。经常用的电阻单位还有经常用的电阻单位还有k k (千欧千欧 )、M M (兆欧兆欧)1 k =103 ；1 M =106 本讲稿第十九页，共三十五页二、电阻与温度的关系二、电阻与温度的关系 电电阻阻元元件件的的电电阻阻值值大大小小一一般般与与温温度度有有关关，衡衡量量电电阻阻受受温温度度影影响响大大小小的的
12、物物理理量量是是温温度度系系数数，其其定定义义为为温温度度每每升升高高 1 C 时时电电阻阻值值发发生生变变化化的的百百分分数。数。如如果果设设任任一一电电阻阻元元件件在在温温度度 t1 时时的的电电阻阻值值为为 R1，当当温温度度升升高高到到 t2 时时电阻值为电阻值为 R2，则该电阻在，则该电阻在 t1 t2 温度范围内的温度范围内的(平均平均)温度系数为温度系数为如如果果 R2 R1，则则 0，将将 R 称称为为正正温温度度系系数数电电阻阻，即即电电阻阻值值随随着着温温度度的的升升高高而而增增大大；如如果果 R2 R1，则则 0，将将 R 称称为为负负温温度度系系数数电电阻阻，即即电电阻
13、阻值值随随着着温温度度的的升升高高而而减减小小。显显然然 的的绝绝对对值值越越大大，表表明明电电阻受温度的影响也越大。阻受温度的影响也越大。R2=R1 1 (t2t1)本讲稿第二十页，共三十五页第四节部分电路欧姆定律第四节部分电路欧姆定律一、欧姆定律一、欧姆定律二、线性电阻与非线性电阻二、线性电阻与非线性电阻本讲稿第二十一页，共三十五页一、欧姆定律一、欧姆定律 电阻元件的伏安关系服从欧姆定律，即电阻元件的伏安关系服从欧姆定律，即U=RI 或或 I=U/R=GU其其中中 G=1/R，电电阻阻 R 的的倒倒数数 G 称称为为电电导导，其其国国际际单单位位制制为为西西门门子子(S)。本讲稿第二十二页
14、，共三十五页二、线性电阻与非线性电阻二、线性电阻与非线性电阻电电阻阻值值 R 与与通通过过它它的的电电流流 I 和和两两端端电电压压 U 无无关关(即即R=常常数数)的的电电阻阻元元件件称称为为线线性性电电阻阻，其其伏伏安安特特性性曲曲线线在在 UI 平平面面坐坐标标系系中中为一条通过原点的直线。为一条通过原点的直线。电电阻阻值值 R 与与通通过过它它的的电电流流 I 和和两两端端电电压压 U 有有关关(即即R 常常数数)的的电电阻阻元元件件称称为为非非线线性性电电阻阻，其其伏伏安安特特性性曲曲线线在在 UI平平面面坐坐标标系系中中为为一一条条通通过过原点的曲线。原点的曲线。通通常常所所说说的
15、的“电电阻阻”，如如不不作作特特殊说明，均指线性电阻。殊说明，均指线性电阻。图图1-31-3线性电阻的伏安特性曲线线性电阻的伏安特性曲线本讲稿第二十三页，共三十五页第五节电能和电功率第五节电能和电功率一、电功率一、电功率二、电能二、电能三、电气设备的额定值三、电气设备的额定值四、焦耳定律四、焦耳定律本讲稿第二十四页，共三十五页一、电功率一、电功率 电电功功率率(简简称称功功率率)所所表表示示的的物物理理意意义义是是电电路路元元件件或或设设备备在在单单位位时时间间内内吸吸收收或或发发出出的的电电能能能能量量。两两端端电电压压为为 U、通通过过电电流流为为 I 的的任任意意二端元件二端元件(可推广
16、到一般二端网络可推广到一般二端网络)的功率大小为的功率大小为P=UI 功功率率的的国国际际单单位位制制单单位位为为 W(瓦瓦特特)，常常用用的的单单位位还还有有mW(毫毫瓦瓦)、kW(千瓦千瓦)，它们与，它们与 W 的换算关系是的换算关系是1 mW=10 3 W；1 kW=103 W本讲稿第二十五页，共三十五页 吸吸收收或或发发出出：一一个个电电路路最最终终的的目目的的是是电电源源将将一一定定的的电电功功率率传传送送给给负负载载，负负载载将将电电能能转转换换成成工工作作所所需需要要的的一一定定形形式式的的能能量量。即即电电路路中中存存在在发发出出功功率的器件率的器件(供能元件供能元件)和吸收功
17、率的器件和吸收功率的器件(耗能元件耗能元件)。习习惯惯上上，通通常常把把耗耗能能元元件件吸吸收收的的功功率率写写成成正正数数，把把供供能能元元件件发发出出的的功功率率写写成成负负数数，而而储储能能元元件件(如如理理想想电电容容、电电感感元元件件)既既不不吸吸收收功功率率也也不不发出功率，即其功率发出功率，即其功率 P=0。通常所说的功率通常所说的功率 P 又称为又称为有功功率有功功率或或平均功率平均功率。本讲稿第二十六页，共三十五页二、电能二、电能 电电能能是是指指在在一一定定的的时时间间内内电电路路元元件件或或设设备备吸吸收收或或发发出出的的电电能能量量，用用符号符号W表示，其国际单位制为焦
18、耳表示，其国际单位制为焦耳(J)，电能的计算公式为，电能的计算公式为W=P t=U I t通常电能用通常电能用kW h(千瓦千瓦时时)来表示大小，也称为来表示大小，也称为度度(电电)：1 度度(电电)=1 kW h=3.6 106 J即即功功率率为为 1 000 W 的的供供能能或或耗耗能能元元件件，在在 1 小小时时内内所所发发出出或或吸吸收的电能量为收的电能量为 1 度。度。本讲稿第二十七页，共三十五页【例例1-1】有有一一功功率率为为 60 W 的的电电灯灯，每每天天使使用用它它照照明明的的时时间间为为 4 h(小小时时)，如如果果平平均均每每月月按按 30 天天计计算算，那那么么每每月
19、月消消耗耗的的电电能能为为多多少少度度？合合为多少为多少 J?解：该电灯平均每月工作时间解：该电灯平均每月工作时间 t=4 30 h=120 h，则则W=P t=60 120 W h =7200 W h=7.2 kW h即每月消耗的电能为即每月消耗的电能为 7.2 度，约合为度，约合为3.6 106 7.2 J 2.6 107 J本讲稿第二十八页，共三十五页 三、电气设备的额定值三、电气设备的额定值为为了了保保证证电电气气设设备备和和电电路路元元件件能能够够长长期期安安全全地地正正常常工工作作，都都规规定定了了额额定电压、额定电流、额定功率等铭牌数据。定电压、额定电流、额定功率等铭牌数据。额定
20、电压额定电压电气设备或元器件所允许施加的最大电压。电气设备或元器件所允许施加的最大电压。额定电流额定电流电气设备或元器件所允许通过的最大电流。电气设备或元器件所允许通过的最大电流。额定功率额定功率在额定电压和额定电流下所消耗的功率，即允在额定电压和额定电流下所消耗的功率，即允许消耗的最大功率。许消耗的最大功率。额额定定工工作作状状态态电电气气设设备备或或元元器器件件在在额额定定功功率率下下的的工工作作状状态态，也也称称满满载载状态。状态。轻轻载载状状态态电电气气设设备备或或元元器器件件在在低低于于额额定定功功率率下下的的工工作作状状态态，轻轻载载时时电电气设备不能得到充分利用或根本无法正常工作
21、。气设备不能得到充分利用或根本无法正常工作。过过载载(超超载载)状状态态电电气气设设备备或或元元器器件件在在高高于于额额定定功功率率下下的的工工作作状态，过载时电气设备很容易被烧坏或造成严重事故。状态，过载时电气设备很容易被烧坏或造成严重事故。轻载和过载都是不正常的工作状态，一般是不允许出现的。轻载和过载都是不正常的工作状态，一般是不允许出现的。本讲稿第二十九页，共三十五页四、焦耳定律四、焦耳定律 电流通过导体时产生的热量电流通过导体时产生的热量(焦耳热焦耳热)为为 Q=I2 R tI 通过导体的直流电流或交流电流的有效值，单位为通过导体的直流电流或交流电流的有效值，单位为 A。R 导体的电阻
22、值，单位为导体的电阻值，单位为 。t 通过导体电流持续的时间，单位为通过导体电流持续的时间，单位为 s。Q 热量单位为热量单位为 J。本讲稿第三十页，共三十五页单元小结单元小结本单元介绍了电路的基本概念，内容包括：本单元介绍了电路的基本概念，内容包括：一、电路一、电路二、电流二、电流三、电阻三、电阻四、电功率与电能四、电功率与电能本讲稿第三十一页，共三十五页一、电路一、电路电电路路是是由由各各种种元元器器件件(或或电电工工设设备备)按按一一定定方方式式连连接接起起来来的的总总体体,为为电电流流的的流流通通提提供供了了路路径径。电电路路的的基基本本组组成成包包括括电电源源、负负载载、控控制制器器
23、件件和和连连接接导导线等四个部分。电路有通路、开路、短路等三种状态。线等四个部分。电路有通路、开路、短路等三种状态。由由理理想想元元件件构构成成的的电电路路称称为为实实际际电电路路的的电电路路模模型型，也也称称为为实实际际电电路路的电路原理图，简称为电路图。的电路原理图，简称为电路图。本讲稿第三十二页，共三十五页二、电流二、电流在在电电场场力力作作用用下下，电电路路中中电电荷荷沿沿着着导导体体的的定定向向运运动动即即形形成成电电流流，其其方方向向规规定定为为正正电电荷荷流流动动的的方方向向(或或负负电电荷荷流流动动的的反反方方向向)，其其大大小小等等于于在在单单位位时时间间内通过导体横截面的电
24、荷量，称为电流。内通过导体横截面的电荷量，称为电流。电电流流的的大大小小及及方方向向都都不不随随时时间间变变化化，则则称称为为直直流流电电流流。电电流流的的大大小及方向均随时间作周期性变化，则称为交流电流。小及方向均随时间作周期性变化，则称为交流电流。本讲稿第三十三页，共三十五页三、电阻三、电阻1电阻元件是对电流呈现阻碍作用的耗能元件，电阻定律为电阻元件是对电流呈现阻碍作用的耗能元件，电阻定律为电电阻阻元元件件的的电电阻阻值值一一般般与与温温度度有有关关，衡衡量量电电阻阻受受温温度度影影响响大大小小的的物物理理量量是是温温度度系系数数，其其定定义义为为温温度度每每升升高高 1 C 时时电电阻阻
25、值值发发生生变变化化的的百百分分数，即数，即2电电阻阻元元件件的的伏伏安安特特性性关关系系服服从从欧欧姆姆定定律律，即即 U=RI 或或 I=U/R=GU。其其中中，电电阻阻 R 的的倒倒数数 G 称称为为电电导导，其其国国际际单单位位制制单单位位为为S(西门子西门子)。3电流通过导体时产生的热量为电流通过导体时产生的热量为 Q=I2Rt (焦耳定律焦耳定律)。本讲稿第三十四页，共三十五页四、电功率与电能四、电功率与电能 电电功功率率是是电电路路元元件件或或设设备备在在单单位位时时间间内内吸吸收收或或发发出出的的电电能能量量，P=UI。电电能能是是指指在在一一定定的的时时间间内内电电路路元元件件或或设设备备吸吸收收或或发发出出的的电电能能量量，W=P t=UIt1度度(电电)=1 kW h=3.6 106 J为为了了保保证证电电气气设设备备和和电电路路元元件件能能够够长长期期安安全全地地正正常常工工作作，都都规规定定了了额额定定电压、额定电流、额定功率等铭牌数据。电压、额定电流、额定功率等铭牌数据。本讲稿第三十五页，共三十五页