第一章 直流电路及其应用
课程目标
1 理解电路模型的概念 2 理解电路的基本物理量
3 理解电流电压参考方向的概念
4 掌握电路的基本定律：欧姆定律、基尔霍夫定律
5 掌握电路分析方法：支路电流法、电路等效变换法、叠加原理、戴维南定理 6 掌握常用电工仪表的使用方法、电路基本物理量的测量
课程内容
1 电路模型的概念 2 电路的基本物理量
3 欧姆定律、基尔霍夫定律 4 电路的基本分析方法： 支路电流法 电路等效变换法 戴维南定理 叠加原理
5 电工仪表的使用方法 6 电压与电位的测量
学习方法
从了解电路的组成、电路的模型出发，掌握电路的基本物理量的分析，掌握电路的基本定理的内容及分析应用，掌握电路等效变换法、支路电流法、戴维南定理、叠加原理的应用，通过电路实训掌握常用电工仪表的使用方法及一般电路的故障诊断与排除方法。
课后思考
1 电路由哪些部分组成?电路的作用有哪些？ 2 电压与电位的关系及如何测量？ 3 电压与电流的关联方向含义？ 4 戴维南定理有哪些应用？
5 叠加原理的应用有哪些注意点？ 6 测量电压电流时如何判断其方向？
电路模型
电路是为实现和完成人们的某种需求，由电源、导线、开关、负载等电气设备或元器组合起来，能使电流流通的整体。简单地说，就是电流的通路。电路的主要作用是：电路能实现电能的传输、分配和转换，其次能实现信号的传递和处理。如电炉通过时将电能转换成热能，电视机可将接收到的信号经过处理，转换成图像和声音。
一、 实际电路
如图1.1.1所示。实际电路一般由三部分组成，由提供电能的设备（电池、发电机）、传输设备（连接导线）、使用电能的设备（负载如电灯等）组成。
二、电路模型定义
在电路的分析计算中，用一个假定的二端元件如电阻元件（见图1.1.2）来代替实际元件（如灯泡），二端元件的电和磁的性质反应了实际电路元件的电和磁的性质，称这个假定的二端元件为理想电路元件。
图1.1.1 实际电路 图1.1.2
由理想电路元件组成的电路称为理想电路模型，简称电路模型，如图1.1.3所示。
图1.1.3
电路基本物理量
一、 电流
1 定义
单位时间内流过导体截面积的电荷量定义为电流强度，用以衡量电流的大小。电工技术中，常把电流强度简称为电流，用i表示。随时间而变化的电流定义为
(1.1)
i?dqdt
式中q为随时间t变化的电荷量。
在电场力的作用下，电荷有规则的定向移动，形成了电流。规定正电荷的方向为电流的实际方向。 当dqdt＝常数，则称这种电流为恒定电流，简称直流。用大写字母如U、I表示电压、
电流为恒定量，不随时间变化，一般称作直流电压、直流电流。小写字母u、i表示电压、电流随时间变化。 2 单位
在国际单位制（SI）中，在1s内通过导体横截面的电荷量为1C（库仑）时，其电流为1A（安培）。
3 方向
电流的方向可用箭头表示，也可用字母顺序表示，见图1.1.4。用双下标表示为iab 。 电流的参考方向
图1.1.6（a）中电流的参考方向与实际方向一致，i>0。图1.1.6（b）中电流的参考方向与实际方向相反，i<0。
图1.1.6
实际方向用虚线表示，参考方向用实线表示，以下同。
二、 电压
1 定义
电场力把单位正电荷从电场中的a点移到b点所作的功称为a、b间的电压，用uab （Uab）表示。
uab?dWdq (1.2)
＋ us a ＋ R uab b －
－ 图1.1.4 图1.1.5
习惯上把电位降低的方向作为电压的实际方向，可用+、－号表示，也可用字母的双下
标表示，有时也用箭头表示，见图1.1.5。
2 单位
在国际单位制中，当电场力把1C（库仑）的正电荷从一点移到另一点所做的功为1J（焦耳），则这两间的电压为1V（伏特）。 有时把电路中任一点与参考点（规定电位能为零的点）之间的电压，也叫做该点的电位。也就是该点对参考点所具有的电位能。参考点的电位为零可用符号“⊥”表示。电位的单位与电压相同，用V（伏特）。
电路中两点间的电压也可用两点间的电位差来表示。
uab?ua?ub
（1.3）
电场中两点间的电压是不变的，电位随参考点（零点位点）选择的不同而不同。 3 电压的参考方向
在图1.1.7（a）中电压参考方向与实际方向一致取正，u＞0。在图1.1.7（b）中电压参考方向与实际方向相反取负，u＜0。
可见电流、电压都是代数量。
当电流的方向与电压方向选取一致，称为关联参考方向，见图1.1.8。
图1.1.7 图1.1.8
当电流的方向与电压方向选取一致，称为关联参考方向，见图1.1.8。
图1.1.7 图1.1.8
3. 电动势
非电场力即局外力把单位正电荷在电源内部由低电位b端移到高电位a端所做的功，称为电动势，用字母e（E）表示。
e(t)? (1.4) 电动势的实际方向在电源内部从低电位指向高电位，单位与电压相同用V表示。
在图1.1.9中，电压uab 是电场力把单位正电荷由外电路从a点移到b点所作的功，由高电位指向低电位。电动势是非电场力在电源内部把单位正电荷克服电场阻力，从b点移到a点所做的功。图1.1.10所示的直流电源在没有与外电路连接的情况下，电动势与两端电压大
小相等方向相反。 i
dWdq
＋
es(t) us ＋ U
E －
－ －
图1.1.9 图1.1.10
＋
R uab
4. 电位
在电路中任选一点为参考点，则某点到参考点的电压就称为该点（相对于参考点）的电位。电位用符号V表示。
参考点的选择是任意的。参考的电位点规定为零。所以，参考点又叫零电位点。
在图1.1.11（a）中，根据需要，如果选d点为参考点，即Vd＝0V,则b、c点的电位为 Vd＝E1＝120V，Vc＝E2＝72V
(a)
(b) (c)
图1.1.11参考点与电位
利用电位的概念，可将图1.1.11（b）所示电路，不画电源，图中各端只标以电压值即可。
如果选c点为参考点，即Vc＝0V，如图1.1.11（c）所示，此时d、b点的电位为
Vd＝- E2＝-72V，Vb＝- E2+ E1＝72+120＝48V
当然，根据需要也可以选取a点或b点作为参考点。
显然，参考点选得不同，电路中各点相应的电位也不同。但是参考点一经选定，则电路中各点的电位就被唯一地确定了。所以，电路中某点电位的高低是相对的。
电路中任意两点电位之差称为电位差，又叫电压。在图1.1.11（a）中，b、c两点间的电压为 Ubc=Vb-Vc＝120-72＝48V （d点为参考点） 在图1.1.11（c）中，b、c两点间的电压为 Ubc=Vb-Vc＝48-0＝48V （c点为参考点）
由此可见，电路中两点间的电压值不会因选取不同的参考点而改变，电压是一个绝对量。 电位虽是对某一点而言，但实质上还是指两点间的电位差，只是其中一点（参考点）的电位预先指定为零而已。 5 功率
电能量对时间的变化率，称为功率，也就是电场力在单位时间内所做的功
(1.5)
在国际单位制中，功率的单位是瓦特（W）。
在图1.1.12中电阻两端的电压是U，流过的电流是I，是关联参考方向，则电阻吸收的功率为 P＝UI
电阻在t时间内消耗的电能为 W＝Pt
p?dWdt
图1.1.12
我们平时所说消耗1度电就是当一段电路功率为1kw时在1个小时内消耗的电能，即
直流电路及其应用分析
