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电工原理

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2024年6月5日发(作者:士海桃)

第一章 电路的基本概念和基本定律

1.1、电路和电路模型。(一般)

(1)识记:知道电路的定义、组成及功能。

(2)识记:知道电路模型的概念和将实际电路模型化的意义。

(3)识记:了解支路、节点、回路、二端网络等名词。

1、定义:由一些电气器件按照一定的方式组合起来,所构成的电流的通路,也叫网络。

2、组成:电源、负载、开关和导线。

3、功能:一类是传输、分配和使用电能;另一类是传输、变换、贮存和处理电信号。

4、电路模型:元件和元件的组合,就构成了实际器件和实际电路的模型。

5、将实际电路模型化的意义:电路理论及其分析方法,都是从物理实际建立电路模型,用数学手段分

析电路模型,再回到物理实际。这样的方法不仅用于电路的研究,而且应用于各个学科。

6、支路:每一个二端元件。

7、节点:两个及两个以上支路的连接点。

8、回路:由几个支路组成的闭合路径。

9、二端网络:具有两个端钮与外部相连的网络。

1.2、电流、电压。(重点)

(1)领会:熟知电流、电压的定义、单位及其方向。

(2)领会:理解电路中设定电压、电流参考方向的意义及瞬时值、解析式、波形与参考方向的关系。

(3)领会:知道电位与参考点的关系,会计算电位。

(4)领会:知道电动势的定义、单位及其方向。

1、电流

(1)定义:衡量电流强弱的量是电流强度,简称电流。某处电流大小等于单位时间内通过该处的电荷

量。

(2)公式:

I

q

t

(3)单位:安培,简称安,用字母A表示。还有毫安(mA),微安(μA)。

(4)方向:规定以正电荷的移动方向为电流方向

自由电子的运动方向与电流方向相反。

参考方向:假设参考方向,然后根据计算结果判断。

若大于零,则实际方向与参考方向相同;

若小于零,则实际方向与参考方向相反。

例1-1:如图,在0.002S内,有负电荷0.0005C从a向b通过面S,同时有正电荷0.0005C从b向a通

过S。试决定通过S的电流的大小和方向。

解:向相反方向运动的正、负电荷的效应相同,这里相当于有0.0005+0.0005=0.01C的正电荷从b向a

通过S。所以通过面S的电流的大小为

0.001

0.002

0.5A

,方向由b到a。

例1-2 0.5C的正电荷在电场中从a点移到b点,能量增加10J,试决定a、b间电压的大小和方向。

解:a、b间电压的大小为

10

0.5

20V

正电荷沿电压方向移动时能量减少。这里,a、b间电压的方向从b到a

2、电压

(1)定义:用来衡量电场移动电荷而作功的能力,用u表示。

(2)公式:

u

dW

dq

(3)单位:伏特,简称伏,用字母V表示。

(4)方向:有①参考极性(方向由“+”到“-”);②箭头(参考方向用实现箭头,实际方向用虚

线箭头);③双下标三种表示方法。

ⅰ、箭头 ⅱ、极性 ⅲ、双下标

R

R

U

AB

R

例1-3 如图所示电路中,已知

u

2

4V

u

3

5V

u

5

7V

u

6

2V

u

7

4V

,试求

u

4

u

1

解:按照电压的定义,以及电压只和两点位置有关,

a

2

c

5

e

而与移动电荷路径无关的特质,可得

u

2

u

5

u

4

u

dc

u

df

u

fe

u

ec

u

1

1 4

u

4

6

u

6

u

u

u

3

7

u

6

u

5

7

42(7)5V

b

3

d

7

f

u

1

u

ab

u

ac

u

cd

u

db

(4)5(5)4V

3、正弦交流点的表示方法

(1)解析式:表达瞬时值随时间变化规律的数学式。

(2)波形图:表达瞬时值随时间变化规律的图形。

(3)相量图:

(4)瞬时值、解析式、波形与参考方向的关系:

① 电流、电压的方向是客观存在的,可能是随时间变化的。参考方向是人为选择的决定电流、电压数

值为正的标准。参考方向一经选定,在整个分析计算过程中就必须以此为准,而不能变动;

② 由于电流、电压的正负值是对应于所选参考方向而言的,所以分析每一个电流、电压,都需要选定

它的参考方向。不说名参考方向,而说某电流的值为正或负,是没有意义的;

③ 对同一电流(或电压),如果参考方向选择不同,结果是:瞬时值大小一样而异号,解析式也是,

两个波形对t轴相反。

4、电位

2、0.2C的电荷从a点移动b点时,能量的改变量为10J,试求

u

ab

:(1)如电荷为正且能量增加;(2)

如电荷为负且能量增加;(3)如电荷为正且能量减少;(4)如电荷为负且能量减少。

(1)定义:在电路中选定一点,叫做参考点,则某点的电位就是参考方向由该点到参考点的电压。

t

(2)与参考点的关系:不选定参考点,不好确定电位。参考点选择不同,同一点的电位就相应不

同。

例1-4 图例1-3图,试分别求:(1)以d为参考点;(2)以b为参考点时,a、c、e点的电位,并

求两种情况下的电压

U

ae

解:(1)

d

0

时,

a

u

ad

u

1

u

3

4(5)9V

c

u

cd

u

4

5V

e

u

ed

u

6

u

7

242V

u

ac

a

c

9211V

(2)

b

0

时,

a

u

ab

u

1

4V

c

u

cb

u

2

u

1

(4)(4)0V

e

u

eb

u

5

u

cb

(7)07V

u

ac

a

c

4711V

5、电动势

(1)定义:由于电源力而使电源两端具有的电位差叫做电动势。

(2)单位:伏特,简称伏,用字母V表示。

(3)方向:由电位低的一端到电位高的一端,负极到正极。

检测题

1、直流电流通过导线,已知1S内从a到b通过导线的电荷量为0.2C,(1)如通过的是正电荷,试求

I

ab

;(2)如通过的是负电荷,试求

I

ab

;(3)如通过的是正电荷,试求

I

ba

;(4)如通过的是负电荷,试

I

ba

3、已知

uU(1e

ab

(t)

T

)

U10V

0.01s

。试求

u

ab

(0)

u

ab

(

)

u

ab

(2

)

u

ab

(3

)

,并作出

u

ab

(t)

的波形。

4、已知

i

2



cd

(t)2sin(

T

4

)

,试求0、

T

8

T

2

瞬间的

i

cd

5、试求例1-3中以a为参考点时各点的电位。

1.3、电功率。(重点)

(1)综合应用:能计算直流情况下的电功率和电能。

(2)综合应用:能按电压、电流的方向判断支路接受还是发出电功率。

(3)简单应用:懂得在选定的参考方向下功率正负值的含义。

(4)简单应用:知道电路的功率守恒性。

2024年6月5日发(作者:士海桃)

第一章 电路的基本概念和基本定律

1.1、电路和电路模型。(一般)

(1)识记:知道电路的定义、组成及功能。

(2)识记:知道电路模型的概念和将实际电路模型化的意义。

(3)识记:了解支路、节点、回路、二端网络等名词。

1、定义:由一些电气器件按照一定的方式组合起来,所构成的电流的通路,也叫网络。

2、组成:电源、负载、开关和导线。

3、功能:一类是传输、分配和使用电能;另一类是传输、变换、贮存和处理电信号。

4、电路模型:元件和元件的组合,就构成了实际器件和实际电路的模型。

5、将实际电路模型化的意义:电路理论及其分析方法,都是从物理实际建立电路模型,用数学手段分

析电路模型,再回到物理实际。这样的方法不仅用于电路的研究,而且应用于各个学科。

6、支路:每一个二端元件。

7、节点:两个及两个以上支路的连接点。

8、回路:由几个支路组成的闭合路径。

9、二端网络:具有两个端钮与外部相连的网络。

1.2、电流、电压。(重点)

(1)领会:熟知电流、电压的定义、单位及其方向。

(2)领会:理解电路中设定电压、电流参考方向的意义及瞬时值、解析式、波形与参考方向的关系。

(3)领会:知道电位与参考点的关系,会计算电位。

(4)领会:知道电动势的定义、单位及其方向。

1、电流

(1)定义:衡量电流强弱的量是电流强度,简称电流。某处电流大小等于单位时间内通过该处的电荷

量。

(2)公式:

I

q

t

(3)单位:安培,简称安,用字母A表示。还有毫安(mA),微安(μA)。

(4)方向:规定以正电荷的移动方向为电流方向

自由电子的运动方向与电流方向相反。

参考方向:假设参考方向,然后根据计算结果判断。

若大于零,则实际方向与参考方向相同;

若小于零,则实际方向与参考方向相反。

例1-1:如图,在0.002S内,有负电荷0.0005C从a向b通过面S,同时有正电荷0.0005C从b向a通

过S。试决定通过S的电流的大小和方向。

解:向相反方向运动的正、负电荷的效应相同,这里相当于有0.0005+0.0005=0.01C的正电荷从b向a

通过S。所以通过面S的电流的大小为

0.001

0.002

0.5A

,方向由b到a。

例1-2 0.5C的正电荷在电场中从a点移到b点,能量增加10J,试决定a、b间电压的大小和方向。

解:a、b间电压的大小为

10

0.5

20V

正电荷沿电压方向移动时能量减少。这里,a、b间电压的方向从b到a

2、电压

(1)定义:用来衡量电场移动电荷而作功的能力,用u表示。

(2)公式:

u

dW

dq

(3)单位:伏特,简称伏,用字母V表示。

(4)方向:有①参考极性(方向由“+”到“-”);②箭头(参考方向用实现箭头,实际方向用虚

线箭头);③双下标三种表示方法。

ⅰ、箭头 ⅱ、极性 ⅲ、双下标

R

R

U

AB

R

例1-3 如图所示电路中,已知

u

2

4V

u

3

5V

u

5

7V

u

6

2V

u

7

4V

,试求

u

4

u

1

解:按照电压的定义,以及电压只和两点位置有关,

a

2

c

5

e

而与移动电荷路径无关的特质,可得

u

2

u

5

u

4

u

dc

u

df

u

fe

u

ec

u

1

1 4

u

4

6

u

6

u

u

u

3

7

u

6

u

5

7

42(7)5V

b

3

d

7

f

u

1

u

ab

u

ac

u

cd

u

db

(4)5(5)4V

3、正弦交流点的表示方法

(1)解析式:表达瞬时值随时间变化规律的数学式。

(2)波形图:表达瞬时值随时间变化规律的图形。

(3)相量图:

(4)瞬时值、解析式、波形与参考方向的关系:

① 电流、电压的方向是客观存在的,可能是随时间变化的。参考方向是人为选择的决定电流、电压数

值为正的标准。参考方向一经选定,在整个分析计算过程中就必须以此为准,而不能变动;

② 由于电流、电压的正负值是对应于所选参考方向而言的,所以分析每一个电流、电压,都需要选定

它的参考方向。不说名参考方向,而说某电流的值为正或负,是没有意义的;

③ 对同一电流(或电压),如果参考方向选择不同,结果是:瞬时值大小一样而异号,解析式也是,

两个波形对t轴相反。

4、电位

2、0.2C的电荷从a点移动b点时,能量的改变量为10J,试求

u

ab

:(1)如电荷为正且能量增加;(2)

如电荷为负且能量增加;(3)如电荷为正且能量减少;(4)如电荷为负且能量减少。

(1)定义:在电路中选定一点,叫做参考点,则某点的电位就是参考方向由该点到参考点的电压。

t

(2)与参考点的关系:不选定参考点,不好确定电位。参考点选择不同,同一点的电位就相应不

同。

例1-4 图例1-3图,试分别求:(1)以d为参考点;(2)以b为参考点时,a、c、e点的电位,并

求两种情况下的电压

U

ae

解:(1)

d

0

时,

a

u

ad

u

1

u

3

4(5)9V

c

u

cd

u

4

5V

e

u

ed

u

6

u

7

242V

u

ac

a

c

9211V

(2)

b

0

时,

a

u

ab

u

1

4V

c

u

cb

u

2

u

1

(4)(4)0V

e

u

eb

u

5

u

cb

(7)07V

u

ac

a

c

4711V

5、电动势

(1)定义:由于电源力而使电源两端具有的电位差叫做电动势。

(2)单位:伏特,简称伏,用字母V表示。

(3)方向:由电位低的一端到电位高的一端,负极到正极。

检测题

1、直流电流通过导线,已知1S内从a到b通过导线的电荷量为0.2C,(1)如通过的是正电荷,试求

I

ab

;(2)如通过的是负电荷,试求

I

ab

;(3)如通过的是正电荷,试求

I

ba

;(4)如通过的是负电荷,试

I

ba

3、已知

uU(1e

ab

(t)

T

)

U10V

0.01s

。试求

u

ab

(0)

u

ab

(

)

u

ab

(2

)

u

ab

(3

)

,并作出

u

ab

(t)

的波形。

4、已知

i

2



cd

(t)2sin(

T

4

)

,试求0、

T

8

T

2

瞬间的

i

cd

5、试求例1-3中以a为参考点时各点的电位。

1.3、电功率。(重点)

(1)综合应用:能计算直流情况下的电功率和电能。

(2)综合应用:能按电压、电流的方向判断支路接受还是发出电功率。

(3)简单应用:懂得在选定的参考方向下功率正负值的含义。

(4)简单应用:知道电路的功率守恒性。

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