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1、1,第二章,第 二 章,电 路 基 本 定 律,第二章,2,本 章 目 录(Chapter Outline),功率和能量基尔霍夫电压定律基尔霍夫电流定律电压源和电流源电路物理量的国际电位制,第二章,3,本 章 目 标(Chapter Objectives),在学习本章之后，应能够：定义能量和功率;计算功率;了解功率的参考方向;应用基尔霍夫电压定律分析计算电路问题;应用基尔霍夫电流定律分析计算电路问题;定义支路、节点、网孔和回 路;理解理想电压源和实际电压源;理解理想电流源和实际电流源。,第二章,4,2-1.功 率 和 能 量,功(W):功=力 距 离，W=F d,名 称名 称 符 号单 位单
2、位 符 号功 W 焦(耳)J力 F 牛 顿 N距 离 d 英尺 f t,例如,若用力升高一个1磅的物体至一英尺处，就做了一焦耳的功，如图2-1所示。,能量:做功的能力,它既不能被创造，又不会消亡，只能互相转换。,例如:发电机:机械能 电能 白炽灯:电能 光能 电池:化学能 电能,第二章,5,功 率,功率(P):功率是做功的速率(单位时间内电场力所做的功)：功率=能量 时间 P=W/t,名 称 符 号 单 位符 号 电功率:功或能量 W 焦(耳)J 时 间 t 秒 S 功率 P瓦(特)W 机械功率：功或能量 W 千瓦(特)-小时 kWh 时 间 t小时 h 功率 P瓦(特)W,(电)功率(P):
3、,P=I U=I 2R=U 2/R 单位:瓦特(W)(或 P=I E=E 2/R),第二章,6,导 出 功 率 公 式,用导数可表 示为：将 P=I U 代入欧姆定律还可得到另外两个不同形式的计算功率的公式:P=U I=(I R)I=I 2R(U=I R)(I=U/R),已知电流 I=Q/t,电压 U=W/Q，及能量 W=Q U，将它们带入功率的公式就有：,此图可帮助记忆欧姆定律及功率公式：,因 P=I 2 R,故,因,故,第二章,7,例 题,例2-1：分别用三个功率公式计算下述电路的功率。U=10V，I=1 A，R=10，P=？解：P=I U=(1A)(10V)=10 WP=I 2R=(1A
4、)2(10)=10 WP=U 2/R=(10V)2/10=10 W例2-2：当耗散在一个2.5 电阻上的功率是 10 W时，计算流过电阻的电流。解：,第二章,8,功 率 的 参 考 方 向,当电压电流的参考方向相同时，P 0（元件吸收能量）当电压和电流的参考方向相反时，P 0（元件发出能量）,例 2-3：P=I U=(2A)(3V)=6 W(吸收能量,P 0),P=I（-U）=(2A)(-3V)=-6 W(发出能量,P 0),第二章,9,例 题,例 2-4：如图所示电路，已知 I=2A，U1=6 V，U2=14V，E=20V,计算 ab,bc,ca 三部分的功率 P1，P2，和 P3。解：P1
5、=U1 I=(6V)(2A)=12 W(吸收)P2=U2 I=(14 V)(2A)=28 W(吸收)P3=-E I=(-20V)(2A)=-40 V(提供)P1+P2+P3=12W+28W-40W=0(功率或能量守恒),第二章,10,2-2.基尔霍夫电压定律,基尔霍夫电压定律(KVL):U=E U=0(电压参考方向与绕行方向一致者为正、与绕行方向相反者为负),例 2-5：,解:应用 U=0：U1+U2+U3 E1 E2=0(10+10+10-10 20)V=0 应用 U=E：U1+U2+U3=E1+E2(10+10+10)V=(10+20)V 30V=30V,第二章,11,K V L,KVL
6、的实验电路:,U=0：(3+3+3 9)V=0 U=E：(3+3+3)V=9V,例 2-6：计算图 中 R3 的值。,解:R3=,U3=？用KVL 求解,U=0:U1+U2+U3+U4-E=0其中：U1=I R1=(0.1A)(10)=1 VU2=I R2=(0.1A)(20)=2 VU4=I R4=(0.1A)(100)=10 V U3=E U1 U2 U4=20V 1V-2V-10V=7 V所以 R3=U3/I=7 V/0.1A=70,第二章,12,KVL 从闭合回路推广到任一假想回路,U=E：U+Uab E=0 Uab=E U=10V-1V=9V,例2-7：在图 2-10中，Uab=？,
7、解:在此，Uab 可以有两种方法来求解。方法一：U=0，U1+Uab+U4 E=0 Uab=E U1 U4=10V 3V 2V=5V 方法二：U2+U3 Uab=0 Uab=U2+U3=4 V+1V=5V,KVL的物理实质所体现的是电压与路径无关 这一性质。,第二章,13,2-3.基 尔 霍 夫 电 流 定 律,几个重要的电路名词：支路(Branch)：电路中任一个二端元件，或两结点间的一条路径为支路。结点(Node):两条以上支路的联结点称为结点。回路(Loop):由支路组成的闭合路径称为回路。网孔(Mesh):当回路中不含其他支路时称为网孔。例 2-13：列出图2-20中的结点，支路，网孔
8、，和回路。结点：四个结点-A，B，C，D支路：六条支 路-AB,BD，AC，BC，CD,AD网孔：1,2,3回路：1,2,3,A-B-D-C-A,A-B-D-A,等等。,第二章,14,基 尔 霍 夫 电 流 定 律,基尔霍夫电流定律(KCL):I=0(流入结点的电流为正,流出结点的电流为负)或 I 流入=I 流出 水管中的水流可以形像地比拟基尔霍夫电流定律,从小河 A、B、C 流入汇合点的流量等于流出这个汇合点的水流量.,第二章,15,例 题,例 2-8：I=0：I1+I2+I3 I4 I5 I6=0(2+3+5 3.5 4-2.5)mA=0 I 流入=I 流出：I1+I2+I3=I4+I5+
9、I6(2+3+5)mA=(3.5+4+2.5)mA 10 mA=10 mA(验证),第二章,16,例 题,例2-10：I1=？,解：此题中要求的未知量是I1,先找出求解此量的公式。在结点C：I1+4A=I2+3AI2=？(确定此公式中的未知量I2)在结点B：I2+3A=4 A+I3+2A I3=？(找出求解I3 的公式)在结点A：I3+4A=5 A+1 A,所以 I3=2A(找出求解I3 的公式)将I3 带入结点B的电流表达式解出I2：I2+3 A=4A+2A+2A,I2=5A将I2 带入结点A的电流表达式解出I1：I1+4A=5A+3A,所以 I1=4A,第二章,17,KCL 实 验 电 路
10、 和 广 义 结 点,基尔霍夫电流定律可用图2-17的实验电路来证实:,KCL中的结点可以推广到一个包含几个结点的封闭面或称为广义结点.,KCL:I 流入=I 流出，即 I1=I2。,第二章,18,例 题,例 2-12：确定图2-19中电流I3，I4，和I7 的数值和方向。,I7=I1=5A(应用广义结点的概念)在结点A：因为流入的电流I1=5A，流出的电流 I2=6A所以 I3一 定是流入结点A，即：I1+I3=I25A+I3=6A，I3=1A在结点B：因为流入的电流I2=6A，流出的电流 I5=4A所以I4 一 定是流出结点B：I2=I4+I5，6A=I4+4A，所以 I4=2A在结点C
11、进行验证：I4=I3+I6，2A=1A+1A，2A=2A(验证),第二章,19,2-4.电 压 源 和 电 流 源,理想电压源:输出电压恒定，和外电路无关，Uab=US;电流由外电路决定。实际电压源:实际电压源存在内阻(Rs)，Rs RL 实际电压源的输出电压：Uab=US I RS,第二章,20,例 题,例2-14：-当Rs=0.01 时，I=US/(RS+RL)=6V/(0.01+5)1.1976A Uab=I RL=(1.1976A)(5)=5.988V-当Rs=50 时，I=US/(Rs+RL)=6V/(50+5)0.11A Uab=I RL=(0.11A)(5)=0.55V,第二章,
12、21,实际电压源的三种可能的工作状态,联接外部负载(RL)时：U ab=US I Rs，I=US/(Rs+RL)，如图2-24(a)所示.没有外接负载时，称为“开路”：U ab=US，I=0，如图2-24(b)所示。电源输出两端联接在一起，称为“短路”：Uab=0，I=US/Rs，如图2-24(c)所示。,(a)接负载(b)开 路(c)短 路,第二章,22,电 流 源,理想电流源:输出电流恒定，和外电路无关；电压由外电路决定.例 2-15：图2-26中，负载电阻(RL)分别为 1 k 和 50,计算输出电压U ab。解：当 RL=1 k 时，Uab=IS RL=(2 A)(1 k)=2 kV
13、当 RL=50 时，Uab=IS RL=(2 A)(50)=100 V=0.1 KV,第二章,23,理想电流源的开路和短路,开路：Uab=，I=0，如图2-27(a)所示;短路：Uab=0，I=IS，如图2-27(b)所示。实际电流源实际电流源存在内阻(Rs)，Rs 和理想电流源并联，Rs RL,第二章,24,2-5.电 路 物 理 量 的 国 际 电 位 制,国际单位制(SI):国际上通用的测量单位，其最基本的单位有米、公斤、秒和安培。表2-1：SI 基本单位,第二章,25,表2-2：一 些电路物理量的名称及其 SI单位,第二章,26,电路物理量的辅助单位(Metric Prefixes),
14、第二章,27,例 题,例2-16：(a)47,000 欧姆()=(?)千欧(k)47,000欧姆()=47 103 欧姆()=47 千欧(k)(b)0.0505 安培(A)=(？)毫安(mA)0.0505 安培(A)=50.5 10-3安(A)=50.5 毫安(mA)(c)0.0005 伏(V)=(？)微伏(V)0.0005 伏(V)=500 10-6 伏(V)=500 微伏(V)(d)15,000,000,000 库仑(C)=(?)千兆库仑(GC)15,000,000,000 库仑(C)=15 109 库仑=15 千兆库仑(GC),第二章,28,注：,若遇整数时，将小数点向左移，并乘以10的
15、正次幂；若遇小数时，将小数点向右移，并乘以10的负次幂,每次移动的位数应是3的倍数。-如上例(a)中，47,000=47 103,(小数点向左移了三位);-上例(b)中，0.0505 A=50.5 10-3 A(小数点向右移了三位)。做电路计算时，可先将不同的辅助单位转换为相同的辅助单位后再进行运算。例 2-17：30 mA+2000 A=30 10-3 A+2000 10-6 A=30 10-3 A+2 10-3 A=30 mA+2 mA=32 mA,第二章,29,本 章 小 结,基本概念功率：功率是做功的速率(单位时间内电场力所做的功)。能量：能量是指做功的能力。功率的参考方向：在电压电流的关联参考方向下，P 0 当电压和电流的参考方向相反时，P RL,第二章,30,本 章 小 结,公式功：W=F d功率：P=W/t(电)功率：P=I U=I 2 R=U 2/R 欧姆定律及功率公式:KVL：U=E 或 U=0(电压参考方向与绕行方向一致者为正,与绕行方向相反者为负)。KCL：I 流入=I 流出 或 I=0(流入节点的电流为正,流出节点的电流为负)。实际电压源的输出电压：Uab=US I RS了解一些电路物理量的名称及其SI单位。应用电路物理量的常用辅助单位。,第二章,31,THE END OF CH,
