电路基础教学课件作者谢金祥01.ppt

第1章 电路的基本概念和基本定律 1.1 电路模型 1.2 电路的基本物理量 1.3 电流和电压的参考方向 1.4 电压源与电流源 1.5 基尔霍夫定律 1.6 电路的工作状态 1.7 电路中电位的分析与计算 1.1 电路模型 1.1.1 电路的基本构成 所谓的电路就是人们为了某种需要，将电器设备或元器件按一定方式连接起来的整体，它提供了电流流通的路径。 1. 电路的作用 电路在生活中无处不在，而且结构形式繁多，但在实际生活中常把电路的作用主要归纳为两种： （1）进行能量的传输、分配和转换，如电力系统的供电线路。发电厂通过发电机将其他形式的能量转换成电能，再通过输电线、变压器等，将电能输送到千家万户，通过用户电器设备将电能转换成其他形式能量。 1.1 电路模型 （2）进行信息的传递、处理，如电视机、收音机等，可以通过天线将接收到的信号，经过选频器、变频、中频放大、解调、功率放大等内部电路，将接收到的信号处理成图像或声音等。 2.电路的基本组成 手电筒电路是电路中最简单的例子，它由干电池、小灯泡，连接导体（手电筒壳）和开关组成，如图 1-1所示。 图中干电池用来提供电能，其主要作用是将化学能转换成电能。小灯泡则用来消耗电能，它可以将电能转换为其他形式的能量。连接导体是一个桥梁，可以将干电池和小灯泡连接在一起，构成通路。 1.1 电路模型 通过手电筒的电路，可以看出，电路的基本组成有：电源（干电池）、负载（小灯泡）和传输设备（手电筒壳和开关等）。它们的作用如下： ⑴电源，是电路中能量的来源，可以对外提供电能或信号，它主要是将其他形式的能量转换成电能。如发电机可以将机械能转换成电能，干电池可以将化学能转换成电能等。 ⑵负载，即用电设备，它可以将电能或电信号转变成其他形式的能量。如白炽灯将电能转换成光能，电动机将电能转换成机械能，电炉将电能转换成热能等。 ⑶传输设备，如连接导体等，用来传输电能和传递电信号。 1.1 电路模型 1.1.2.电路模型 1.电路模型的概念 由各种实际元件连接起来而组成的电器系统称为实际电路，如上面所举的手电筒实际电路，但是生活中实际电路的元件种类繁多，为了分析方便常用一些模型来代替实际电器元件和设备的外部功能，这种由模型组成的电路称为电路模型，组成电路模型的元件称为理想元件。对于理想元件来说，它只是将实际元件理想化，也就是只考虑实际元件的主要电磁性能，而忽略其次要电磁性能。如发电机、变压器、电灯和电动机等，它们在通电时产生的电磁效应往往比较复杂。如：灯泡在通过电流时，不仅要发热和发光，还会产生微弱的磁场；电感线圈在通过电流时，不仅要产生磁场，线圈还会发热。 1.1 电路模型 由于实际电路元件中的各种电磁现象交织在一起，给分析电路问题带来很大的困难，因此采用了一种办法，即将实际电路元件理想化，就是将实际元件用一个理想电路元件或几个理想电路元件的组合来代替它。 2.常见的理想元件 （1）理想电阻元件。它反映将电能转换为其他形式能量，即消耗电能的主要的电磁性质，属于耗能元件。如电灯、电炉等，用符号“R”表示。如图1-2（a）。 （2）理想电感元件。它反映将电能转换为磁场能量并储存起来的主要的电磁性质，属于储能元件。如各种线圈等，用符号“L”表示。如图1-2（b）。 1.1 电路模型 （3）理想电容元件。它反映将电能转换为电场能量并储存起来的主要的电磁性质，也属于储能元件。如电容器等，用符号“C”表示。如图1-2（c）。 （4）理想电源。提供电能，如干电池，发电机等。如图1-2（d）。 例如一个灯泡在正常工作时，如果忽略通电时产生的微弱磁场，便可以用一个理想电阻元件来表示；一个电容器，如果忽略其泄漏电流等，便可以用一个理想电容元件来表示；一个电感线圈，如果忽略其导线电阻，便可以用一个理想电感元件来表示。 将手电筒实际电路进行抽象后得到的电路模型见图1-3所示。 其中US是电压源，表示干电池，R0是电源内阻，S为开关，R为电阻元件，表示小灯泡。为了研究方便，今后书中未加特别说明时，所指电路均指电路模型，元件均指理想元件。 1.2 电路的基本物理量 电流、电压和电功率等是描述电路特性的主要物理量，进行电路分析时，首先就是要掌握电路中的电流、电压和电功率的分析方法。 1.2.1 电流 在物理学中已讲过电流的定义，即电荷的定向移动形成电流。由于电荷有正电荷和负电荷之分，故习惯上将正电荷运动方向规定为电流的方向。电流的大小常用电流强度来表示，所谓的电流强度指单位时间内通过导体横截面的电荷量，通常电流强度简称为电流，用符号i表示，其数学表达式为