人民郵電出版社電工電子技術(shù)基礎(chǔ)教案第一章

第1章電路的基本知識(shí)2021/6/2711.1電路的概念1.2電路中的主要物理量1.3電阻1.4歐姆定律1.5電功與電功率1.6技能訓(xùn)練:驗(yàn)證歐姆定律的接線及測(cè)量?jī)?nèi)容2021/6/2721.1電路的概念1.1.1電路和電路的組成1.1.2電路圖2021/6/2731.1.1電路和電路的組成

電流流經(jīng)的路徑稱(chēng)為電路。通常電路由電源、負(fù)載和中間環(huán)節(jié)（導(dǎo)線和開(kāi)關(guān)）等基本部分組成。2021/6/274電源電源是將其它形式的能轉(zhuǎn)換成電能的裝置。負(fù)載負(fù)載是將電能轉(zhuǎn)換成其他形式能量的裝置。導(dǎo)線和開(kāi)關(guān)導(dǎo)線是用來(lái)連接電源和負(fù)載的元件。開(kāi)關(guān)是控制電路接通和斷開(kāi)的裝置。2021/6/2751.1.2電路圖交流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)

交流發(fā)電機(jī)

電燈

二極管

直流發(fā)電機(jī)

熔斷器

電壓表

抽頭線圈

不連接導(dǎo)線

電流表鐵芯線圈連接導(dǎo)線電容

線圈接地

電位器

電池

接機(jī)殼

電阻

開(kāi)關(guān)

交直流電

交流電

直流電

用國(guó)家統(tǒng)一規(guī)定的圖形符號(hào)畫(huà)成的電路模型圖稱(chēng)為電路圖。表1.1部分電工圖形符號(hào)（摘自GB/T4728—2000）2021/6/2761.2電路中的主要物理量1.2.1電流1.2.2電壓和電位1.2.3電動(dòng)勢(shì)2021/6/2771.2.1電流（I）

1.電流的概念電荷的定向移動(dòng)形成電流。電流的方向：把正電荷定向移動(dòng)的方向規(guī)定為電流的方向。在金屬導(dǎo)體中，電流的方向與自由電子實(shí)際定向移動(dòng)的方向相反。2021/6/278

電流的大小：取決于單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電量。單位：安培（A）、千安（kA）、毫安（mA）、微安（μA）

1kA=103A=106mA=109μA2021/6/279

在進(jìn)行電路分析計(jì)算時(shí)，電流的實(shí)際方向有時(shí)難以確定，為此可以預(yù)先假定一個(gè)電流方向稱(chēng)為參考方向（也稱(chēng)正方向），并在電路中用箭頭標(biāo)出。當(dāng)電流的實(shí)際方向與參考方向一致時(shí)，則電流為正值；反之，電流為負(fù)值。2021/6/2710

2.電流的種類(lèi)直流凡大小和方向都不隨時(shí)間變化的電流稱(chēng)為直流電流，用I表示。交流凡大小和方向都隨時(shí)間變化的電流稱(chēng)為交流電流，用i表示。2021/6/2711

【例1.1】已知流經(jīng)某導(dǎo)體橫截面的電流為1.5A，問(wèn)在多少時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電量為60C？2021/6/27121.2.2電壓和電位

1.電壓（U）電壓是衡量電場(chǎng)力做功大小的物理量。在電路中電場(chǎng)力把單位正電荷從a點(diǎn)移到b所做的功，定義為a、b兩點(diǎn)間的電壓。2021/6/2713單位：伏特（V）、千伏（kV）、毫伏（mV）、微伏（μV）1kV=103V=106mV=109μV

電壓的參考方向可用箭頭在圖上表示，由起點(diǎn)指向終點(diǎn)；也可用雙下標(biāo)表示，前一個(gè)下標(biāo)代表起點(diǎn)，后一個(gè)下標(biāo)代表終點(diǎn)；電壓的方向還可以在起點(diǎn)標(biāo)正號(hào)（+）、終點(diǎn)標(biāo)負(fù)號(hào)（-）表示。2021/6/2714

電壓為正值（U＞0），表明電壓的實(shí)際方向與參考方向一致電壓為負(fù)值（U＜0），表明電壓的實(shí)際方向與參考方向相反2021/6/2715

2.電位（V）：如果在電路中選定一個(gè)參考點(diǎn)，則電路中某一點(diǎn)與參考點(diǎn)之間的電壓即為該點(diǎn)的電位。單位：伏特（V）計(jì)算電位時(shí)，必須先任意選定電路中的某一點(diǎn)作為參考點(diǎn)，并規(guī)定該點(diǎn)的電位為零（參考點(diǎn)就是零電位點(diǎn)）。如下圖所示，若取O點(diǎn)為參考點(diǎn)，則2021/6/2716

3.電壓與電位的關(guān)系：如上圖所示，由于Uao=Uab+Ubo，若取O點(diǎn)為參點(diǎn)，則Va=Uab+Vb故Uab=Va-Vb

結(jié)論：電路中任意兩點(diǎn)間的電位之差就等于這兩點(diǎn)之間的電壓，故電壓又稱(chēng)電位差。2021/6/2717【案例1.2】電位、電壓的測(cè)定本案例通過(guò)電位值、電壓值的測(cè)定，驗(yàn)證電位的相對(duì)性和電壓的絕對(duì)性?！静僮鞑襟E】（1）在實(shí)驗(yàn)線路板上按照下圖連線好電路。2021/6/2718

（2）檢查電路連接無(wú)誤后接通電源（通電前將穩(wěn)壓電源調(diào)至9V）。（3）用萬(wàn)用表進(jìn)行測(cè)量（量程調(diào)至10V的直流電壓擋）。①以d點(diǎn)為參考點(diǎn)，分別測(cè)量a、b、c、d、g、h各點(diǎn)電位值及電壓值Uhb、Uba、Ubc、Ucd、Uda、Uhg，將測(cè)量數(shù)據(jù)記入表1-2。②以a點(diǎn)參考點(diǎn)，重復(fù)步驟①。注意：測(cè)量電位時(shí)，用萬(wàn)用表的黑表筆接參考點(diǎn)，用紅表筆接被測(cè)點(diǎn)。若表針正向偏轉(zhuǎn)，則電位值為正；若表針?lè)聪蚱D(zhuǎn)，應(yīng)調(diào)換表筆，然后讀出數(shù)值，此時(shí)電位值為負(fù)值。測(cè)量電壓時(shí)，應(yīng)將萬(wàn)用表的紅、黑表筆并接在被測(cè)電路的兩點(diǎn)上，表針正向偏轉(zhuǎn)，則電壓值為正值；若發(fā)現(xiàn)表針?lè)聪蚱D(zhuǎn)時(shí)，應(yīng)調(diào)換表筆，此時(shí)的電壓值為負(fù)值。2021/6/2719表1.2測(cè)量數(shù)據(jù)記錄

測(cè)量?jī)?nèi)容參考點(diǎn)

Va

Vb

VcVdVg

Vh

Uhb

Uba

UbcUcdUda

Uhgd點(diǎn)a點(diǎn)結(jié)論：（1）電位具有

，它的大小與參考點(diǎn)的選擇

。（2）電壓具有

，它的大小與參考點(diǎn)的選擇

。2021/6/2720

【綜合案例】

在下圖中，已知Uco=3V，Ucd=2V。試分別以d點(diǎn)和o點(diǎn)為參考點(diǎn)，求各點(diǎn)的電位及d、o兩點(diǎn)間的電壓Udo。2021/6/2721解：（1）以D點(diǎn)為參考點(diǎn)，即因?yàn)?/p>

所以

又因?yàn)?/p>

所以

（2）以O(shè)點(diǎn)為參考點(diǎn)，即

因?yàn)樗?/p>

因?yàn)?/p>

所以

2021/6/27221.2.3電動(dòng)勢(shì)（E）

在下圖中，為使水在C管中持續(xù)不斷地流動(dòng)，必須用水泵把B槽中的水不斷地泵入A槽中，以維持兩槽間的固定水位差，也就是要保證水管C兩端有固定的水壓。電源與水泵的作用相似，它把正電荷由電源的負(fù)極搬到正極在電路中持續(xù)不斷地流動(dòng)。電源是利用非電場(chǎng)力把正電荷由電源的負(fù)極搬到電源的正極。2021/6/2723

在電源內(nèi)部，電源力將單位正電荷從電源負(fù)極b移動(dòng)到正極a所做的功稱(chēng)為電源的電動(dòng)勢(shì)。單位：伏特（V）方向：在電源內(nèi)部由負(fù)極指向正極大?。旱扔陔娫措妱?dòng)勢(shì)2021/6/27241.3電阻1.3.1導(dǎo)體的電阻1.3.2電阻定律1.3.3電阻器的主要指標(biāo)和標(biāo)志方法2021/6/27251.3.1導(dǎo)體的電阻（R）導(dǎo)體對(duì)電流的這種阻礙作用稱(chēng)為導(dǎo)體的電阻。單位：歐姆（Ω）、千歐（kΩ）、兆歐(MΩ)1MΩ=103kΩ=106Ω2021/6/27261.3.2電阻定律

導(dǎo)體的電阻不僅與導(dǎo)體自身的材料有關(guān)，而且與導(dǎo)體的長(zhǎng)度成正比，與導(dǎo)體的橫截面積成反比，這個(gè)結(jié)論稱(chēng)為電阻定律。

式中ρ——導(dǎo)體的電阻率，單位為歐·米（Ω·m）,它是反映材料導(dǎo)電性能好壞的物理量。2021/6/2727表1.3幾種常見(jiàn)材料在20℃時(shí)的電阻率材料名稱(chēng)電阻率（Ω·m）用途銀1.6×10-8

導(dǎo)線鍍銀銅1.7×10-8導(dǎo)線(主要的導(dǎo)線材料)鋁2.9×10-8

導(dǎo)線鎢5.3×10-8

白熾燈的燈絲、電器觸頭

鐵1.0×10-7錳銅合金4.4×10-7

標(biāo)準(zhǔn)電阻康銅合金5.0×10-7

標(biāo)準(zhǔn)電阻鎳鉻合金1.0×10-6

電爐絲電木1010～1014

絕緣體（制作電器）橡膠1013～10162021/6/27281.3.2電阻定律

【例1.2】試計(jì)算長(zhǎng)度為100m，橫截面積為2.5mm2的鋁導(dǎo)線在20℃時(shí)的電阻值是多少？解：由表1.3可以查出鋁的電阻率為2021/6/27291.3.3電阻器的主要指標(biāo)和標(biāo)志方法

1.電阻器的主要指標(biāo)標(biāo)稱(chēng)阻值為了便于生產(chǎn)，同時(shí)考慮到能夠滿足實(shí)際使用的需要，國(guó)家規(guī)定了一系列數(shù)值作為產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，這一系列叫電阻的標(biāo)稱(chēng)系列值。允許偏差電阻器的標(biāo)稱(chēng)阻值與實(shí)際阻值不完全相符，存在著誤差（偏差）。當(dāng)R為實(shí)際阻值、RH為標(biāo)稱(chēng)阻值時(shí)，允許偏差的表達(dá)式為：（R-RH）/RH。允許偏差表示電阻器阻值的準(zhǔn)確程度，常用百分?jǐn)?shù)表示。標(biāo)稱(chēng)功率也稱(chēng)為額定功率，是指在一定的條件下，電阻器長(zhǎng)期連續(xù)工作所允許消耗的最大功率。2021/6/2730

2.電阻器的標(biāo)志方法額定功率、阻值、偏差等電阻器的性能指標(biāo)一般用數(shù)字和文字符號(hào)直接標(biāo)在電阻器的表面上，也可以用不同的顏色表示不同的含義。色標(biāo)法是用顏色表示元件的各種參數(shù)并直接標(biāo)注在產(chǎn)品上的一種標(biāo)志方法。2021/6/2731表1.5電阻值的色標(biāo)符號(hào)

顏色有效數(shù)字乘數(shù)允許偏差(%)

顏色

有效數(shù)字

乘數(shù)

允許偏差(%)

銀色—10-2

±10黃色

4104

—金色—10-1

±5綠色5105

±0.5黑色0100

—藍(lán)色

6106

±0.2棕色1101

±1紫色7107

±0.1紅色2102

±2灰色

8108

—橙色3103

—白色9109

+50-20

2021/6/2732

阻值為26000Ω、允許偏差±5%的電阻器，表示方法如下圖（a）所示。

阻值為17.4Ω、允許偏差為±1%的電阻器，表示方法如上圖（b）所示。2021/6/27331.4歐姆定律1.4.1部分電路歐姆定律1.4.2全電路歐姆定律1.4.3電源的外特性2021/6/27341.4.1部分電路歐姆定律

只含有負(fù)載而不包含電源的一段電路稱(chēng)為部分電路。

導(dǎo)體中的電流，與導(dǎo)體兩端的電壓成正比，與導(dǎo)體的電阻成反比，這個(gè)規(guī)律稱(chēng)為部分電路歐姆定律。2021/6/2735

【例1.3】當(dāng)一個(gè)白熾燈接上4.5V電壓時(shí)，其燈絲的工作電阻值為1.5Ω。試問(wèn)此時(shí)流經(jīng)燈泡的電流是多少？2021/6/27361.4.2全電路歐姆定律

全電路是指含有電源的閉合電路。

在一個(gè)閉合電路中，電流與電源的電動(dòng)勢(shì)成正比，與電路中內(nèi)電阻和外電阻之和成反比，這個(gè)規(guī)律稱(chēng)為全電路歐姆定律。2021/6/2737

【例1.4】有一電源電動(dòng)勢(shì)E=3V，內(nèi)阻r=0.4Ω，外接負(fù)載電阻R=9.6Ω，試求電源端電壓和內(nèi)壓降。

解：由全電路歐姆定律,得故電源端電壓內(nèi)壓降2021/6/2738

【例1.5】已知電池的開(kāi)路電壓UK=1.5V，接上9Ω的負(fù)載電阻時(shí)，其端電壓為U=1.35V,試求電池的內(nèi)電阻r。2021/6/27391.4.3電源的外特性

1.電源的外特性電源端電壓隨負(fù)載電流變化的關(guān)系特性稱(chēng)為電源的外特性，其關(guān)系特性曲線稱(chēng)為電源的外特性曲線。

2.電路的三種狀態(tài)

(1)通路2021/6/2740

(2)開(kāi)路(3)短路

電源短路是嚴(yán)重的故障狀態(tài)，必須避免發(fā)生。但有時(shí)在調(diào)試和維修電氣設(shè)備的過(guò)程中，有意將電路中某一部分短路，這是為了讓與調(diào)試過(guò)程無(wú)關(guān)的部分暫不通電流，或是為了便于發(fā)現(xiàn)故障而采用的一種特殊方法，這種方法也只有在確保電路安全的情況下才能采用。電流I=0電源端電壓U=E電流電源端電壓U=02021/6/2741【綜合案例】

在下圖所示電路中，設(shè)電阻R1=14Ω，R2=9Ω。當(dāng)開(kāi)關(guān)S接到位置1時(shí)，由電流表測(cè)得I1=0.2A；接到位置2時(shí)，測(cè)得I2=0.3A。試求電源電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)電阻r。2021/6/2742解：根據(jù)全電路歐姆定律，可列出聯(lián)立方程：消去E，解得

E=I1R1+I1r

E=I2R2+I2r

把r=1Ω代入E=I1R1+I1r，可得E=3V2021/6/27431.5電功與電功率

1.5.1電功1.5.2電功率1.5.3焦耳定律1.5.4負(fù)載的額定值2021/6/27441.5.1電功（W）

電流所做的功稱(chēng)為電功。如果a、b兩點(diǎn)間的電壓為U，則將電量為的正電荷從a點(diǎn)移到b時(shí)電場(chǎng)力所做的功為而

故

單位：焦耳（J）、千瓦時(shí)（kW·h）（度）1kW·h=3.6×10