《電工技術(shù)基礎(chǔ)》中文課件 項(xiàng)目1直流電路的測試分析任務(wù)2

惠斯通電橋電路測量分析電工技術(shù)基礎(chǔ)項(xiàng)目1任務(wù)2任務(wù)導(dǎo)入學(xué)習(xí)目標(biāo)知識鏈接練習(xí)思考工作任務(wù)直流電路的測試分析1任務(wù)導(dǎo)入

電力系統(tǒng)中基本元件有哪些？這些元件兩端的電壓和流過這些元件的電流有什么關(guān)系？發(fā)生短路時電源正負(fù)極之間的電阻變成連接導(dǎo)線電阻和接頭處接觸電阻的和，這些電阻的和很小，此時電路中電流怎么計(jì)算？一個1億歐姆的電阻和一個1歐姆電阻并聯(lián)后總電阻是大于1歐姆還是小于1歐姆？把變電站或者發(fā)電廠中110V直流電的正極直接用金屬和大地相連，會發(fā)生短路事故嗎？任務(wù)2惠斯通電橋電路測量分析返回學(xué)習(xí)目標(biāo)1掌握歐姆定律應(yīng)用。2345知道電壓源、電流源的特點(diǎn)。了解電阻串聯(lián)、并聯(lián)電路的特點(diǎn)。掌握分析計(jì)算等效電阻的方法。掌握分析計(jì)算電源串并聯(lián)等效電源的方法。返回工作任務(wù)雙電源供電電路圖返回左圖為惠斯通電橋電路，電源電壓為10V，當(dāng)電阻R1、R2、R3、R4滿足什么關(guān)系時，電流表的讀數(shù)為零，請同學(xué)們不斷調(diào)整四個電阻阻值進(jìn)行嘗試；使R1=R2=100Ω，R3=R4=200Ω，請同學(xué)們測量I5的值，并用電源電壓求出A、C兩點(diǎn)間電阻值，比較這個電阻和200Ω大小關(guān)系；用一根金屬導(dǎo)線把電源正極和大地接觸，觀察是否會發(fā)生短路事故。工作任務(wù)返回時，電流表的讀數(shù)是否為零。電阻越并聯(lián)越小。工作任務(wù)返回時，電流表的讀數(shù)是否為零。電阻越并聯(lián)越小。返回元件串聯(lián)后接入電路，流過各元件的電流相同，各元件兩端的電壓與元件的阻值成正比；元件并聯(lián)后接入電路，各元件兩端的電壓相同，流過各元件的電流與元件的電阻成反比?；菟雇姌螂娐樊?dāng)電橋平衡時，輸出電壓為零，當(dāng)電橋不平衡時，輸出電壓不為零。實(shí)際電壓源可以開路，不可以短路，帶的負(fù)載和電壓源內(nèi)阻相比越大，輸出電壓越接近電源電壓；實(shí)際電流源可以短路，不可以開路，帶的負(fù)載和電流源內(nèi)阻相比越小，輸出電流越接近電源電流。工作任務(wù)【總結(jié)與提升】知識鏈接---1.2電路基本元件及連接方式在同一電路中，流過某一導(dǎo)體的電流跟這段導(dǎo)體兩端的電壓成正比，跟這段導(dǎo)體的電阻成反比。用公式表示為：1.2.1歐姆定律返回當(dāng)電壓和電流的參考方向關(guān)聯(lián)時：

當(dāng)電壓和電流的參考方向非關(guān)聯(lián)時：1.2.1歐姆定律返回解：由歐姆定律可知：U=RI=800Ω×0.05A=40V，即此人的安全工作電壓應(yīng)不高于40V。【例題】假設(shè)某人人體最小電阻為800Ω，該人體通過電流為50mA時，會感到呼吸困難，不能自主擺脫電源，試求此人人體安全工作電壓。人是否安全與人體電阻大小、觸電時間長短、工作環(huán)境、人與帶電體的接觸面積和接觸壓力等都有關(guān)系，所以即使在規(guī)定的安全電壓下工作，也不可粗心大意。1.2.2電路基本元件返回1．電阻元件電阻具有阻礙電流（或電荷）流動的能力，具備這種行為的電路元件稱為電阻，用符號R來表示。式中，R為電阻值，其基本單位為歐姆（?），常用單位還有千歐（k?）及兆歐（M?）；l為導(dǎo)線的長度，單位為米（m）；S為導(dǎo)線的截面積，單位為平方米（m2）；ρ是導(dǎo)線材料的電阻率，單位為歐·米（?·m）；

是材料的電導(dǎo)率，單位為西門子/米（S/m）。1.2.2電路基本元件返回1．電阻元件電阻R的倒數(shù)稱為電導(dǎo)，用G表示，即：電導(dǎo)的單位為西門子（S）。同一個電阻元件既可用電阻R表示，也可用電導(dǎo)G表示。無論是關(guān)聯(lián)還是非關(guān)聯(lián)情況下電阻的功率P總是正值，即總是在消耗功率，所以電阻元件是耗能元件。電阻元件功率計(jì)算公式為：1.2.2電路基本元件返回1．電阻元件解：（a）

【例題】應(yīng)用歐姆定律對下圖電路列出歐姆定律公式，并求出電阻R。

（b）

（c）

（d）

1.2.2電路基本元件返回1．電阻元件解：全部電燈的功率為：

；使用2小時的電能為：

=40度；應(yīng)付的費(fèi)用為：40×0.56=22.4（元）?！纠}】某學(xué)校教室共有200盞電燈，每盞燈的功率為100W，那么全部燈使用2小時，總共消耗多少電能？若每度電費(fèi)為0.56元，應(yīng)付多少電費(fèi)？1.2.2電路基本元件返回2．電容元件把單位電壓下聚集的電荷量定義為電容器的電容量，簡稱為電容C，即：由具有一定間隙、中間充滿介質(zhì)（如空氣、蠟紙、云母片、滌綸薄膜、陶瓷等）的金屬極板構(gòu)成。國際單位制中，C的基本單位是法拉（F），常用的單位還有微法（μF）和皮法（pF）。1.2.2電路基本元件返回2．電容元件電容的充放電1.2.2電路基本元件返回2．電容元件當(dāng)電容電壓和電流關(guān)聯(lián)情況下電容元件伏安關(guān)系：有上式可知電容器具有“隔直流、通交流”的作用，但必須明確，這里所指的交流電流是電容器反復(fù)充電、放電所形成的電流，并非電荷直接通過電容器中的絕緣介質(zhì)。1.2.2電路基本元件返回2．電容元件從能量的觀點(diǎn)看，電容器是一個儲能元件，儲存的能量與u2成正比，也與C成正比。【例題】一電容器，C=2μF，充電后，電壓變?yōu)?00V，求此時電容器儲存的電能？解：和動能公式是不是很像1.2.2電路基本元件返回3．電感元件電感器就是常說的電感線圈，使用電阻忽略為零的導(dǎo)線繞制的電感線圈，稱為電感元件。1.2.2電路基本元件返回3．電感元件當(dāng)線圈中通以電流i，在線圈中就會產(chǎn)生磁通量Φ，并將電能轉(zhuǎn)換成磁場能儲存起來，是一種儲能元件。電感量L：表征電感元件產(chǎn)生磁通，存儲磁場能的能力，國際單位是亨利（H）。1.2.2電路基本元件返回3．電感元件在交變電作用下，當(dāng)電感兩端的電壓與流過電感的電流關(guān)聯(lián)情況下，電感元件感應(yīng)電動勢和電感的電壓與流過電感的電流的伏安關(guān)系為：只有通過電感線圈的電流變化時，電感兩端才有電壓；在直流電路中，電感相當(dāng)于短路。1.2.2電路基本元件返回3．電感元件從能量的觀點(diǎn)看，電感器是一個儲能元件，儲存的能量與i2成正比，也與L成正比：【例題】一電感線圈，其電感L=3.82

，當(dāng)通過的電流為1600A時，試求此時線圈中儲存的磁場能量？解：1.2.2電路基本元件返回3．電感元件電感的充放電1.2.2電路基本元件返回電感電容電容C，單位F；電感L，單位H。兩者都是儲能元件。1.2.2電路基本元件返回4．電壓源（1）理想電壓源直流理想電壓源端電壓U恒等于電壓US或電動勢E，交流理想電壓源端電壓按正弦規(guī)律變化，無論是直流理想電壓源還是交流理想電壓源其內(nèi)阻都為零。直流理想電壓源的符號及其輸出電壓與輸出電流的關(guān)系（伏安特性）如下圖所示。1.2.2電路基本元件返回4．電壓源（1）理想電壓源理想電壓源內(nèi)阻為零，輸出電流隨負(fù)載變化而變化，可以大到∞。理想電壓源等價為可變電流源。1.2.2電路基本元件返回4．電壓源（1）理想電壓源【例題】一個負(fù)載RL接于10V的恒壓源上，如右圖所示，求：當(dāng)①RL=10?，②RL=100?，③RL=∞時，通過恒壓源的電流大小及恒壓源輸出電壓Uab大小。解：①當(dāng)RL=10?時，

，Uab=10V；

②當(dāng)RL=100?時，

，Uab=10V；

③當(dāng)RL=∞時，

，Uab=10V。

1.2.2電路基本元件返回4．電壓源（2）實(shí)際電壓源1.2.2電路基本元件返回4．電壓源（2）實(shí)際電壓源實(shí)際電壓源在對外提供功率時，不可避免地存在內(nèi)部功率損耗。實(shí)際電壓源內(nèi)阻越大，內(nèi)部功率損耗越大，實(shí)際電壓源帶負(fù)載后端電壓下降越快，負(fù)載得到的電壓越小。實(shí)際直流電壓源帶負(fù)載電路模型及伏安特性曲線如下圖所示。1.2.2電路基本元件返回4．電壓源（2）實(shí)際電壓源實(shí)際電壓源內(nèi)阻不為零，輸出電流隨負(fù)載變化而變化，有一個最大值。1.2.2電路基本元件返回5．電流源（1）理想電流源直流理想電流源電流I恒等于電流Is，交流理想電流源電流是按正弦規(guī)律變化，無論是直流理想電流源還是交流理想電流源其內(nèi)阻都為無窮大。直流理想電流源的符號及其伏安特性如下圖所示。1.2.2電路基本元件返回5．電流源（1）理想電流源理想電流源內(nèi)阻為∞，輸出電壓隨負(fù)載變化而變化，可以大到∞。理想電流源等價為可變電壓源。1.2.2電路基本元件返回5．電流源（2）實(shí)際電流源1.2.2電路基本元件返回5．電流源（2）實(shí)際電流源實(shí)際電流源可以用一個理想電流源Is和內(nèi)阻Ri相并聯(lián)的模型來表示，內(nèi)阻Ri表明電源內(nèi)部的分流效應(yīng)。實(shí)際電流源內(nèi)阻越大，實(shí)際電流源內(nèi)部電阻Ri分流作用越小，也就越接近理想電流源。實(shí)際直流電流源帶負(fù)載電路模型及伏安特性曲線如下圖所示。1.2.2電路基本元件返回5．電流源（2）實(shí)際電流源實(shí)際電流源內(nèi)阻不為∞，輸出電壓隨負(fù)載變化而變化，有一個最大值。當(dāng)R=3Ω時電流源的端電壓為：

；當(dāng)R=5Ω時電流源的端電壓為：

。1.2.2電路基本元件返回5．電流源（2）實(shí)際電流源【例題】計(jì)算右圖所示電路中R分別為3Ω和5Ω時電阻上的電壓及電流源的端電壓。

解：根據(jù)恒流源的基本性質(zhì)，其電流為定值且與外電路無關(guān)，故知流過電阻R上的電流為恒流源的電流，即1A。當(dāng)R=3Ω時電阻兩端的電壓為：

；當(dāng)R=5Ω時電阻兩端的電壓為：

。1.2.2電路基本元件返回電源理想電壓源實(shí)際電壓源理想電流源實(shí)際電流源內(nèi)阻為0，可變電流源內(nèi)阻不為0，可變電流源內(nèi)阻無窮大，可變電壓源內(nèi)阻非無窮大，可變電壓源1.2.2電路基本元件返回電路的5個基本元件基本元件電阻電容電感電壓源電流源物理量符號：R單位符號：Ω物理量符號：C單位符號：F物理量符號：L單位符號：H物理量符號：US單位符號：V物理量符號：IS單位符號：A1.2.3元件串并聯(lián)與混聯(lián)電路返回若干元件依次連接，中間沒有分岔支路的連接方式，稱為元件的串聯(lián)。1．元件串聯(lián)電路I=I1=I2=I3U=U1+U2+U3R=R1+R2+R3P=P1+P2+P3特點(diǎn)有：1.2.3元件串并聯(lián)與混聯(lián)電路返回【例題】一個繼電器的線圈電阻為

，允許流過的電流為30mA?，F(xiàn)要接到24V的直流電壓上去，需要多大的限流電阻？1．元件串聯(lián)電路解：因串聯(lián)電路中電流處處相等，所以總電流最大只能為30mA，據(jù)此可以求出串聯(lián)電路的總電阻，然后用總電阻減去繼電器線圈電阻即可得到限流電阻大小，計(jì)算過程如下：1.2.3元件串并聯(lián)與混聯(lián)電路返回將若干元件的一端共同連在電路的一點(diǎn)上，把它們的另一端共同連在另一點(diǎn)上，這種連接方式稱為元件的并聯(lián)。2．元件并聯(lián)電路U=U1=U2I=I1+I2P=P1+P2+P3特點(diǎn)有：1.2.3元件串并聯(lián)與混聯(lián)電路返回【例題】有一個磁電系儀表，其表頭滿偏電流

Ig=100μA，內(nèi)阻Rg=1.6k?，若將該表頭擴(kuò)大成量程為1mA的電流表，需要并聯(lián)多大分流電阻？2．元件并聯(lián)電路解：設(shè)上圖中的電流I最大值為1mA，則根據(jù)滿偏電流可得表頭的滿偏電壓為：

，因并聯(lián)電路中各支路兩端的電壓相等，根據(jù)歐姆定律可得分流電阻：

1.2.3元件串并聯(lián)與混聯(lián)電路返回電路