电工基础周绍敏ppt课件.ppt

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1、第一章第一章电路的基本概念和基本定律电路的基本概念和基本定律第一章电路的基本概念和基本定律第一章电路的基本概念和基本定律 教学难点：教学难点：1了解电路的三种工作状态特点。了解电路的三种工作状态特点。2理解理想元件与电路模型、线性电阻与非线性电阻的理解理想元件与电路模型、线性电阻与非线性电阻的概念。概念。教学重点：教学重点：1. 了解电路的基本组成、电路的三种工作状态和额定电压、了解电路的基本组成、电路的三种工作状态和额定电压、电流、功率等概念。电流、功率等概念。2掌握电流、电压、电功率、电能等基本概念。掌握电流、电压、电功率、电能等基本概念。3掌握电阻定律、欧姆定律、焦耳定律，了解电阻与温掌

2、握电阻定律、欧姆定律、焦耳定律，了解电阻与温度的关系。度的关系。序号序号内容内容 学时学时 1 绪论绪论 0.5 2 第一节第一节 电路电路1 3 第二节第二节 电流和电压电流和电压 4 第三节第三节 电阻电阻1 5 第四节第四节 部分电路欧姆定律部分电路欧姆定律 6 第五节第五节 电能和电功率电能和电功率1.5 7 本章小结本章小结 8 本章总学时本章总学时4学时分配：学时分配：第一章电路的基本概念和基本定律第一章电路的基本概念和基本定律第一节电路第一节电路第二节电流和电压第二节电流和电压第三节电阻第三节电阻第四节部分电路欧姆定律第四节部分电路欧姆定律第五节电能和电功率第五节电能和电功率本章

3、小结本章小结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) )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1什么是电路什么是电路电路是由各种元器件电路是由各种元器件( (或电工设备或电工设备) )按一定方式连接起来按一定方式连接起来的总体，为电流的流通提供了路径。的总体，为电流的流通提供了路径。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为电路提供电能的设备和器件( (如电池、发电

4、机等如电池、发电机等) )。 图图1-1简单的直流电路简单的直流电路 ( (2) )负载负载( (耗能元件耗能元件):):使用使用( (消耗消耗) )电能的设备和电能的设备和器件器件( (如灯泡等用电器如灯泡等用电器) )。 控制电路工作状态的器件或设备控制电路工作状态的器件或设备( (如如开关等开关等) )。将电器设备和元器件按一定方式连接将电器设备和元器件按一定方式连接起来起来( (如各种铜、铝电缆线等如各种铜、铝电缆线等) )。( (3) )控制器件：控制器件：(4)(4)连接导线：连接导线：3电路的状态电路的状态 ( (1) )通路通路( (闭路闭路) )：电源与负载接通，电路中有电流

5、通过，：电源与负载接通，电路中有电流通过，电气设备或元器件获得一定的电压和电功率，进行能量转换。电气设备或元器件获得一定的电压和电功率，进行能量转换。 ( (2) )开路开路( (断路断路) )：电路断开，中没有电流通过，有称为空：电路断开，中没有电流通过，有称为空载状态。载状态。( (3) )短路短路( (捷路捷路) )：电源两端或电路中某些部分被导线直相：电源两端或电路中某些部分被导线直相连接，输出电流过大对电源来说属于严重过载，如没有保护措连接，输出电流过大对电源来说属于严重过载，如没有保护措施，电源或电器会被烧毁或发生火灾，所以通常要在电路或电施，电源或电器会被烧毁或发生火灾，所以通常

6、要在电路或电气设备中安装熔断器、保险丝等保险装置，以避免发生短路时气设备中安装熔断器、保险丝等保险装置，以避免发生短路时出现不良后果。出现不良后果。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想元件理想元件构成的电路叫做实际电路的构成的电路叫做实际电路的电路模型电路模型，也叫做实，也叫做实际电路的际电路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。例如手电筒的电路如图 1-2 所示。所示。 理想元件理想元件 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

7、对电路进行分析，可将电路实体中的各种电器设备和元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器件用一些能够表征它们主要电磁特性的理想元件( (模型模型) )来代来代替，而对它的实际上的结构、材料、形状等非电磁特性不予考替，而对它的实际上的结构、材料、形状等非电磁特性不予考虑。虑。表表 1-3常用理想元件及符号常用理想元件及符号第二节电流和电压第二节电流和电压 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、交流电流四、电压四、电压一、电流的基本概念一、电流的基本概念 电路中电荷沿着导体的定向运动即形成电路中电荷沿

8、着导体的定向运动即形成电流电流，其方向规定，其方向规定为正电荷流动的方向为正电荷流动的方向( (或负电荷流动的反方向或负电荷流动的反方向) )，其大小等于在，其大小等于在单位时间内通过导体横截面的电量，称为单位时间内通过导体横截面的电量，称为电流强度电流强度( (简称简称电流电流) )，用符号用符号 I 或或 i( (t) )表示，讨论一般电流时可用符号表示，讨论一般电流时可用符号 i 。设在设在 t = t2t1 时间内，通过导体横截面的电荷量为时间内，通过导体横截面的电荷量为 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tqti )

9、(式中，式中， t 为很小的时间间隔，时间的国际单位制为为很小的时间间隔，时间的国际单位制为 秒秒( (s) )，电量，电量 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) ) 的国际单的国际单位制为安培位制为安培 ( (A) ) 。常用的电流单位还有毫安常用的电流单位还有毫安 （mA）、微安（、微安（ A）、千安、千安 （kA） 等，它们与安培的换算关系为等，它们与安培的换算关系为1 mA = 10-3A； 1 A = 10-6 A； 1 kA = 103 A二、直流电流二、直流电流 常数常数 tQtqI 如果电流的大小及方向都不随时间变化，即在单位时间内

10、如果电流的大小及方向都不随时间变化，即在单位时间内通过导体横截面的电量相等，则称之为通过导体横截面的电量相等，则称之为稳恒电流稳恒电流或或恒定电流恒定电流，简称为简称为直流直流 ( (Direct Current) )，记为，记为 DC 或或 dc ，直流电流要用，直流电流要用大写字母大写字母 I 表示。表示。直流电流直流电流 I 与时间与时间 t 的关系在的关系在 It 坐标系中为一条与时间坐标系中为一条与时间轴平行的直线。轴平行的直线。三、交流电流三、交流电流 如果电流的大小及方向均随时间变化，则称为如果电流的大小及方向均随时间变化，则称为变动电流变动电流。对电路分析来说，一种最为重要的变

11、动电流是对电路分析来说，一种最为重要的变动电流是正弦交流电流正弦交流电流，其大小及方向均随时间按正弦规律作周期性变化，将之简称为其大小及方向均随时间按正弦规律作周期性变化，将之简称为交流交流( (Alternating current) )，记为，记为 AC 或或 ac ，交流电流的瞬时值，交流电流的瞬时值要用小写字母要用小写字母 I 或或 i( (t) ) 表示。表示。四、电压四、电压 1电压的基本概念电压的基本概念电压电压是指电路中两点是指电路中两点 A、B 之间的之间的电位差电位差( (简称为电压简称为电压) )，其，其大小等于单位正电荷受电场力作用从大小等于单位正电荷受电场力作用从 A

12、 点移动到点移动到 B 点所作的功，点所作的功，电压的方向规定为电压的方向规定为从高电位指向低电位从高电位指向低电位的方向。的方向。 电压的国际单位制为伏特电压的国际单位制为伏特( (V) )，常用的单位还有毫伏，常用的单位还有毫伏( (mV) )、微伏微伏( ( V) )、千伏、千伏( (kV) )等，它们与等，它们与 V 的换算关系为的换算关系为1 mV = 103 V；1 V =106 V；1 kV = 103 V。2直流电压与交流电压直流电压与交流电压如果电压的大小及方向都不随时间变化，则称之为如果电压的大小及方向都不随时间变化，则称之为稳恒电稳恒电压压或或恒定电压恒定电压，简称为，简

13、称为直流电压直流电压，用大写字母，用大写字母 U 表示。表示。如果电压的大小及方向随时间变化，则称为如果电压的大小及方向随时间变化，则称为变动电压变动电压。对。对电路分析来说，一种最为重要的变动电压是电路分析来说，一种最为重要的变动电压是正弦交流电压正弦交流电压( (简称简称交流电压交流电压) )，其大小及方向均随时间按正弦规律作周期性变化。，其大小及方向均随时间按正弦规律作周期性变化。交流电压的瞬时值要用小写字母交流电压的瞬时值要用小写字母 u 或或 u( ( i ) ) 表示。表示。 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、电阻与温度的关系一、电阻元件一、电阻

14、元件电阻元件电阻元件是对电流呈现阻碍作用的耗能元件，例如灯泡、是对电流呈现阻碍作用的耗能元件，例如灯泡、电热炉等电器。电热炉等电器。电阻定律电阻定律SlR 制成电阻的材料电阻率，国际单位制为欧姆制成电阻的材料电阻率，国际单位制为欧姆米米 ( ( m) ) ； l 绕制成电阻的导线长度，国际单位制为米绕制成电阻的导线长度，国际单位制为米 ( (m) ) ；S 绕制成电阻的导线横截面积，国际单位制为平方米绕制成电阻的导线横截面积，国际单位制为平方米 ( (m2) ) ；R 电阻值，国际单位制为欧姆电阻值，国际单位制为欧姆 ( ( ) ) 。经常用的电阻单位还有千欧经常用的电阻单位还有千欧 ( (k

15、 ) 、兆欧、兆欧 ( (M ) )1 k = 103 ；1 M = 106 二、电阻与温度的关系二、电阻与温度的关系 电阻元件的电阻值大小一般与温度有关，衡量电阻受温度影电阻元件的电阻值大小一般与温度有关，衡量电阻受温度影响大小的物理量是响大小的物理量是温度系数温度系数，其定义为温度每升高，其定义为温度每升高 1 C 时电阻值时电阻值发生变化的百分数。发生变化的百分数。如果设任一电阻元件在温度如果设任一电阻元件在温度 t1 时的电阻值为时的电阻值为 R1，当温度升高，当温度升高到到 t2 时电阻值为时电阻值为 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

16、) )温度温度系数为系数为)tt (RRR12112 如果如果 R2 R1 ，则，则 0，将，将 R 称为称为正温度系数电阻正温度系数电阻，即电阻，即电阻值随着温度的升高而增大值随着温度的升高而增大；如果；如果 R2 R1，则，则 0，将，将 R 称为称为负负温度系数电阻温度系数电阻，即电阻值随着温度的升高而减小。即电阻值随着温度的升高而减小。显然显然 的绝对的绝对值越大，表明电阻受温度的影响也越大。值越大，表明电阻受温度的影响也越大。R2 = R1 1 (t2t1) 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一、欧姆定

17、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其中其中 G = 1/R，电阻，电阻 R 的倒数的倒数 G 叫做叫做电导电导，其国际单位制为，其国际单位制为西门子西门子 ( (S) ) 。 二、线性电阻与非线性电阻二、线性电阻与非线性电阻电阻值电阻值 R 与通过它的电流与通过它的电流 I 和两端电压和两端电压 U 无关无关 ( (即即R = 常数常数 ) ) 的电阻元件叫做的电阻元件叫做线性电阻线性电阻，其伏安特性曲线在，其伏安特性曲线在 IU 平面坐标系中为一条通过原点的直线。平面坐标系中为一条通过原点的直线

18、。电阻值电阻值 R 与通过它的电流与通过它的电流 I 和两端电压和两端电压 U 有关有关 ( (即即R 常数常数) ) 的电阻元件叫做的电阻元件叫做非线性电阻非线性电阻，其，其伏安特性曲线在伏安特性曲线在 IU 平面坐标系平面坐标系中为一条通过原点的曲线。中为一条通过原点的曲线。通常所说的通常所说的“电阻电阻” ，如，如不作特殊说明，均指线性电阻。不作特殊说明，均指线性电阻。图图1-41-4线性电阻的伏安特性曲线线性电阻的伏安特性曲线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、焦耳定律一、电功率一、电功率 电功

19、率电功率( (简称简称功率功率) )所表示的物理意义是电路元件或设备在所表示的物理意义是电路元件或设备在单位时间内单位时间内吸收或发出吸收或发出的电能。两端电压为的电能。两端电压为 U、通过电流为、通过电流为 I 的的任意二端元件任意二端元件( (可推广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 功率的国际单位制单位为瓦特功率的国际单位制单位为瓦特( (W) )，常用的单位还有毫瓦，常用的单位还有毫瓦( (mW) )、千瓦、千瓦( (kW) )，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 吸收或发出吸收或

20、发出：一个电路最终的目的是电源将一定的一个电路最终的目的是电源将一定的电功率电功率传送给负载，负载将电能转换成工作所需要的一定形式的能量。传送给负载，负载将电能转换成工作所需要的一定形式的能量。即电路中存在发出功率的器件即电路中存在发出功率的器件( (供能元件供能元件) )和吸收功率的器件和吸收功率的器件( (耗耗能元件能元件) )。习惯上，通常把耗能元件吸收的功率写成正数，把供能元习惯上，通常把耗能元件吸收的功率写成正数，把供能元件发出的功率写成负数，而储能元件件发出的功率写成负数，而储能元件( (如理想电容、电感元件如理想电容、电感元件) )既不吸收功率也不发出功率，即其功率既不吸收功率也

21、不发出功率，即其功率 P = 0。通常所说的功率通常所说的功率 P 又叫做又叫做有功功率有功功率或或平均功率平均功率。二、电能二、电能 电能电能是指在一定的时间内电路元件或设备吸收或发出的是指在一定的时间内电路元件或设备吸收或发出的电能量，用符号电能量，用符号W表示，其国际单位制为焦耳表示，其国际单位制为焦耳( (J) )，电能的计，电能的计算公式为算公式为W = P t = U I t通常电能用通常电能用千瓦小时千瓦小时( (kW h) )来表示大小，也叫做来表示大小，也叫做度度( (电电) )：1 度度( (电电) ) = 1 kW h = 3.6 106 J即功率为即功率为 1 000

22、W 的供能或耗能元件，在的供能或耗能元件，在 1 小时的时间内所小时的时间内所发出或消耗的电能量为发出或消耗的电能量为 1 度。度。【例例1-1】有一功率为有一功率为 60 W 的电灯，每天使用它照明的时的电灯，每天使用它照明的时间为间为 4 小时，如果平均每月按小时，如果平均每月按 30 天计算，那么每月消耗的电能天计算，那么每月消耗的电能为多少度？合为多少为多少度？合为多少 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 = 120 h，则则W = P t = 60 120 = 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.

23、2 度，约合为度，约合为3.6 106 7.2 2.6 107 J三、电气设备的额定值三、电气设备的额定值为了保证电气设备和电路元件能够长期安全地正常工作，都为了保证电气设备和电路元件能够长期安全地正常工作，都规定了额定电压、额定电流、额定功率等铭牌数据。规定了额定电压、额定电流、额定功率等铭牌数据。额定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允许通过的最大电流。电气设备或元器件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消耗的功率，即允在额定电压和额定电流下消耗的功率，即允许消耗的最大功率。许消耗的

24、最大功率。额定工作状态额定工作状态电气设备或元器件在额定功率下的工作状电气设备或元器件在额定功率下的工作状态，也称态，也称满载满载状态。状态。轻载状态轻载状态电气设备或元器件在低于额定功率的工作状态，电气设备或元器件在低于额定功率的工作状态，轻载时电气设备不能得到充分利用或根本无法正常工作。轻载时电气设备不能得到充分利用或根本无法正常工作。过载过载( (超载超载) )状态状态电气设备或元器件在高于额定功率的工电气设备或元器件在高于额定功率的工作状态，过载时电气设备很容易被烧坏或造成严重事故。作状态，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

25、载和过载都是不正常的工作状态，一般是不允许出现的。 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 焦耳热单位为焦耳热单位为 J。 本章小结本章小结本章介绍了电路的基本概念，内容包括：本章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、电压三、电压四、电功率与电能四、电功率与电能五、

26、电阻五、电阻一、电路一、电路电路是由各种元器件电路是由各种元器件( (或电工设备或电工设备) )按一定方式连接起来的总按一定方式连接起来的总体体, ,为电流的流通提供了为电流的流通提供了路径。电路的基本组成电源、负载、控路径。电路的基本组成电源、负载、控制器件和联结导线等四个部分。电路有通路、开路、短路等三种制器件和联结导线等四个部分。电路有通路、开路、短路等三种状态。状态。由理想元件构成的电路叫做实际电路的电路模型，也叫做实由理想元件构成的电路叫做实际电路的电路模型，也叫做实际电路的电路原理图，简称为电路图。际电路的电路原理图，简称为电路图。二、电流二、电流在电场力作用下，电路中电荷沿着导体

27、的定向运动即形成在电场力作用下，电路中电荷沿着导体的定向运动即形成电流，其方向规定为正电荷流动的方向电流，其方向规定为正电荷流动的方向( (或负电荷流动的反方或负电荷流动的反方向向) )，其大小等于在单位时间内通过导体横截面的电量，称为电，其大小等于在单位时间内通过导体横截面的电量，称为电流强度流强度( (简称电流简称电流) )。电流的大小及方向都不随时间变化，则称为直流电流。电电流的大小及方向都不随时间变化，则称为直流电流。电流的大小及方向均随时间做周期性变化，则称为交流电流。流的大小及方向均随时间做周期性变化，则称为交流电流。三、电压三、电压 电压是指电路中两点电压是指电路中两点 A、B

28、之间的电位差，其大小等于单位之间的电位差，其大小等于单位正电荷因受电场力作用从正电荷因受电场力作用从 A 点移动到点移动到 B 点所作的功，电压的方向点所作的功，电压的方向规定为从高电位指向低电位的方向。规定为从高电位指向低电位的方向。 电压的大小及方向都不随时间变化，则称之为直流电压。电电压的大小及方向都不随时间变化，则称之为直流电压。电压的大小及方向均随时间做周期性变化，则称为交流电压。压的大小及方向均随时间做周期性变化，则称为交流电压。四、电功率与电能四、电功率与电能 电功率是电路元件或设备在单位时间内吸收或发出的电能，电功率是电路元件或设备在单位时间内吸收或发出的电能，P = UI 。

29、电能是指在一定的时间内电路元件或设备吸收或发出的电能电能是指在一定的时间内电路元件或设备吸收或发出的电能量，量，W = P t =UIt1度度( (电电) ) = 1 kW h = 3.6 106 J为了保证电气设备和电路元件能够长期安全地正常工作，都为了保证电气设备和电路元件能够长期安全地正常工作，都规定了额定电压、额定电流、额定功率等铭牌数据。规定了额定电压、额定电流、额定功率等铭牌数据。五、电阻五、电阻1电阻元件是对电流呈现阻碍作用的耗能元件，电阻定律电阻元件是对电流呈现阻碍作用的耗能元件，电阻定律为为SlR 电阻元件的电阻值一般与温度有关，衡量电阻受温度影响大电阻元件的电阻值一般与温度

30、有关，衡量电阻受温度影响大小的物理量是温度系数，其定义为温度每升高小的物理量是温度系数，其定义为温度每升高 1 C 时电阻值发时电阻值发生变化的百分数，即生变化的百分数，即)(12112ttRRR 2电阻元件的伏安特性关系服从欧姆定律，即电阻元件的伏安特性关系服从欧姆定律，即 U = RI 或或 I = U/R = GU 。其中，电阻。其中，电阻 R 的倒数的倒数 G 叫做电导，其国际单位制叫做电导，其国际单位制为西门子为西门子( (S) )。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) )。此课件下载可自行编辑修改，供参考！此课件下载可自行编辑修改，供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！感谢您的支持，我们努力做得更好！