電工理論篇
目錄第一章
電路的基本概念1
第二章電路基礎知識7
第三章電路工作狀態8
第四章基爾霍夫定律10
第五章電壓源、電流源及其等效變換13
第六章電路的分析方法16
第七章電路中電位的計算18
第一章電路的基本概念
電路是電流的通路，是為了某種需要由電工裝置或電路元件按一定方式組合而成。
一、電路的作用與組成
1、實現電能的傳輸、分配與轉換
2、實現訊號的傳遞與處理
電源或訊號源的電壓或電流稱為激勵，它推動電路工
作；由激勵所產生的電壓和電流稱為響應。
二、電路的模型
電路的模型如圖1
電池是電源元件，其引數為電動勢 e 和內阻ro；
燈泡主要具有消耗電能的性質，是電阻元件，其引數為電阻r；
導體用來連線電池和燈泡，其電阻忽略不計，認為是無電阻的理想導體。
開關用來控制電路的通斷。
三、電路的主要物理量
圖11、電流：電荷在電場力作用下有規則的運動形成電流。
把單位時間內通過某一導體橫截面的電荷量定義為電流強度（簡稱電流），用i表示。它是衡量電流強弱的基本物理量。
電流的單位是：安培（a）、還有毫安（ma）或微安（μa）。
它們的關係是：1a=103ma=106μa
習慣上，把正電荷的運動方向作為電流的實際方向，並在電路中用箭頭標註。
在實際分析時，常任意假定某個方向作為電流的流向。這個假定的方向稱為參考方向。
電流的參考方向可能與實際方向不一致。當電流的實際方向與參考方向一致時，其值為正；當實際方向與參考方向相反時，其值為負。
2、電壓：為了表示電場力對電荷做功的本領，引入了「電壓」這個物理量，用u表示。在數值上電壓就是電場力把單位正電荷從一點移到另一點所做的功。
電壓的單位是伏特（v）、還有千伏（kv）、毫伏（mv）和微伏（μa）。
在進行電路分析時，如果電壓的實際方向難以確定，也可任意假定某個方向作為電壓的參考方向。這個參考方向可能與電壓的實際方向不一致，當電壓的實際方向與參考方向一致時，其值為正；當電壓的實際方向與參考方向相反時，其值為負 。
電壓的參考方向可以用三種方法來表示：
（1）用「＋」、「－」符號分別表示電壓參考方向的高電位端和低電位端。
（2）用箭頭的指向表示，它由電壓參考方向的高電位端指向低電位端。
（3）用雙下標字母表示。如用uab表示電壓的參考方向，則第乙個字母表示高電位端，第二個字母表示低電位端。參考方向是從a指向b。
電位的概念：它是表示電場中某一點性質的物理量，而且是相對於確定的參考點來說的。電場中某點的電位在數值上等於電場力將單位正電荷自該點沿任意路徑移到參考點所做的功。
a點電位用ｕa表示。將電位與電壓進行比較，可以得出電場中某點的電位就是該點到參考點之間的電壓。電位的單位也是伏特（v）。
且規定參考點的電位為零伏，所以參考點也叫零電位點。
3、電動勢：電動勢是表示電源性質的物理量。電動勢常用e表示，其單位也是伏特（v）。
電源的e在數值上等於電源力把單位正電荷從低電位端經電源內部移到高電位端所做的功。
在電路中，電源的電動勢的參考方向的標註同電壓一樣，有極性標註、箭頭標註和雙下標標註。
如參考方向與其實際方向一致，其數值為正，否則為負值。通常情況下電源的電動勢常用端電壓來表示。
4、電功率與電能：
1）電能又叫做電功：w=uit 單位：焦耳（j）大的單位：kwh（度）
2）電功率：p=ui 電功率的單位：瓦特（w） 千瓦（kw） 毫瓦（mw）
電功率因電壓和電流方向可以任意選取，故電功率會出現正負：
1）根據u、i的實際方向判斷：
電源：u、i實際方向相反，即電流從「＋」端流出時，是發出功率；
負載：u、i實際方向相同，即電流從「－」端流出時，是吸收功率。
2）根據u、i的參考方向判斷：
u、i參考方向相同，當p=ui＞0時，是負載u、i參考方向不同，當p=ui＞0時，是電源；
u、i參考方向相同，當p=ui＜0時，是電源u、i參考方向不同，當p=ui＜0時，是負載。
5、標註參考方向時應注意的問題：
1）電壓和電流的方向是客觀存在的。參考方向是人為規定的方向，在分析電路時需要先規定參考方向，然後根據這個規定的參考方向列寫方程式。
2）參考方向一經確定，在整個分析計算過程中必須以此為準，不能再改變。
3）不標明參考方向，說某個電壓或電流的值為正、為負沒有意義。
4）參考方向可以任意選取而不影響結果。
5）電壓和電流的參考方向可以分別單獨選取。但為了分析方便，同一段電路的電流和電壓的參考方向要盡量一致（電流的方向從電壓的「+」極性端流入，從電壓的「–」極性端流出）。
四、電路的基本元件
為了便於用數學方法分析電路,一般要將實際電路模型化，用足以反映其電磁性質的理想電路元件或其組合來模擬實際電路中的器件，從而構成與實際電路相對應的電路模型。模型如圖1。
理想電路元件主要有電阻元件、電感元件、電容元件和電源元件等。
1、 電阻元件：描述消耗電能的性質。如圖2
根據歐姆定律：
這裡的電阻是線性電阻，即電阻元件上的電壓與通過的電流成線性關係。
金屬導體的電阻與導體的尺寸及導體材料的導電性能有關，表示式為圖2
電阻的能量：
表明電能全部消耗在電阻上，並轉換為熱能散發。
線性電阻的概念：遵循歐姆定律的電阻稱為線性電阻，它表示該段電路電壓與電流的比值為常數。
即： 電路端電壓與電流的關係稱為伏安特性圖3
線性電阻的伏安特性是一條過原點的直線。如圖3。
2、電感元件：描述線圈通有電流時產生磁場、儲存磁場能量的性質。
如圖4。
1）物理意義：
電流通過一匝線圈產生→（磁通）
電流通過n匝線圈產生→（磁鏈）
電感：（h、mh）單位：亨、毫亨
線性電感：l為常數；非線性電感：l不為常數。
線圈的電感與線圈的尺寸、匝數及附近的介質的導磁性能等有關。
（h圖4
式中： ---介質的導磁率（hm）
---線圈橫截面積（m2）
---線圈匝數
線圈的長度（m圖5
電感元件的符號如圖5。
2）自感電動勢方向的判定：
（1）自感電動勢的正方向規定：自感電動勢的正方向與電流正方向相同，或與磁通的正方向符合右手螺旋定則。
（2）自感電動勢瞬時極性的判斷：
具有阻礙電流變化的性質
（3）電感元件儲能
據基爾霍夫定律可知： 將式中兩邊同乘上i ，並積分，則：
得磁場能：
即電感將電能轉換為磁場能儲存**圈中，當電流增大時，磁場能增大，電感元件從電源取用電能；當電流減小時，磁場能減小，電感元件向電源放還能量。
現在看一例子：
現有一電感元件，l=0.2h，電流i如圖6所示。問電感元件中產生的自感電動勢是多少？並畫出和其兩端電壓的波形。
解：當時，
則： 所以：
當時圖6
則： 所以：
波形如圖7所示。
由圖可知三點圖7
其一，電流正值增大時，為負，電流正值減小時，為正；
其二，電流的變化率大，則大；反映電感阻礙電流變化的性質。
其三，電感兩端電壓和通過它的電流的波形是不一樣的。
3、電容元件：描述電容兩端加電源後，其兩個極板上分別聚集起等量異號的電荷，在介質中建立起電場，並儲存電場能量的性質。電容元件的符號如圖8。
1）電容量：（f）
電容器的電容量與極板的尺寸和介質的介電常數有關。
（f）式中： 是介電常數（f/m）
是極板面積（m2）
是極板間距離（m）
當電壓變化時，在電路中產生電流圖8
2）電容元件的儲能
據： 將式中兩邊同乘上，並積分，則：
得電場能：
即電容將電能轉換為電場能儲存在電容中，當電壓增大時，電場能增大，電容元件從電源取用電能；當電壓減小時，電場能減小，電容元件向電源放還能量。
第二章電路基礎知識
一、歐姆定律
、參考方向相同時參考方向相反時，
表示式中有兩套正負號：
1） 式前的正負呈是由、正方向的關係確定；
2） 、值本身的正負則說明實際方向與正方向之間的關係。
通常取、正方向相同。
二、電阻的串並聯
1、電阻的串聯
特點：1） 各電阻乙個接乙個地順序相聯；
2） 各電阻中通過同一電流圖9
3） 等效電阻等於各電阻之和；
4） 串聯電阻上電壓的分配與電阻成正比。
兩電阻串聯時的分壓公式：
應用：降壓、限流、調節電壓等。電路如圖9
2、 電阻的併聯
特點：1） 各電阻聯接在兩個公共的結點之間；
2） 各電阻兩端的電壓相同；
3） 等效電阻的倒數等於各電阻倒數之和；
4） 併聯電阻上電流的分配與電阻成反比。
兩電阻併聯時的分流公式：
圖10應用：分流、調節電流等。電路如圖10
第三章電路的工作狀態
一、開路狀態
電路如圖11。
開關斷開
特徵：圖11
電源端電壓（開路電壓）
負載功率
電路中某處斷開時的特徵： 電路如圖12
1）開路處的電流等於零；
2）開路處的電壓要視電路情況而定圖12
動態直流電路的分析方法
第 卷第 期 年 月 技術物理教學 動態直流電路的分析方法 張永超 鄭州測繪學校，河南鄭州 動態直流電路分析是普通物理電學的乙個重難 點，有不少作者對此問題做過分析，但大多是根據經驗來討論，鮮有對此問題從數學本質上進行理論分析。本文將用初等數學函式的單調性原理來分析動態直流電路問題。目的有三 一是加...
2直流電路
2.1 歐姆定律 預習案 編寫人 黃文松 預習目標 1.知道形成電流的條件，記住電流的定義式 了解電流的微觀表示式的含義 2.理解歐姆定律的內容及表示式並能靈活運用 重點 3.了解伏安特性曲線，了解線性元件與非線性元件的伏安特性曲線的區別 難點 預習自測 一 電流 1 形成電流的條件 2 電流 1 ...
直流電路及其分析方法選擇題
選擇題1.如圖2 1所示電路中，當電阻 2增加時，電流 將 a.增加 b.減小 c.不變 2.二只白熾燈的額定電壓為220v,額定功率分別為100w和25w，下面結論正確的是 a.25 白熾燈的燈絲電阻較大 b.100 白熾燈的燈絲電阻較大 c.25 白熾燈的燈絲電阻較小 3.常用電容器的兩項主要資...