第一章 电路基础知识

第一章

电路基础知识

§1-1 电流和电压 一、电路

1.电路及其组成

电路：电流流通的路径

电路的组成：电源、开关、负载和导线。 2.电路图

用电气符号描述电路连接情况的图， 称电路原理图，简称电路图。 3.电路的功能

进行能量的转换、传输和分配 输电线 降压用电升压发电机变压器设备变压器

电能的传输示意图

实现信息的传递和处理

放大器放大器放大器 321 话筒

扩音机电路示意图

二、电流 1．电流的形成

电荷的定向移动形成电流，移动的电荷又称载流子。

2．电流的方向

习惯上规定正电荷移动的方向为电流的方向，因此电流的方向实际上与电子移动的方向相反。

在分析和计算较为复杂的直流电路时，经常会遇到某一电流的实际方向难以确定的问题，这时可先任意假定电流的参考方向，然后根据电流的参考方向列方程求解。 如果计算结果I > 0，表明电流的实际方向与参考方向相同； 如果计算结果I < 0，表明电流的实际方向与参考方向相反。 3．电流的大小

Q 在单位时间内，通过导体横截面的电荷量越多，就表示流过该导体的电流越强。若I?t在t时间内通过导体横截面的电荷量是Q ，则电流I可用下式表示：

式中，I、Q 、t的单位分别为A（安培）、C（库仑）、s（秒）。 4．电流的测量

（1）对交、直流电流应分别使用交流电流表和直流电流表测量。 （2） 电流表必串接到被测量的电路中。 （3） 直流电流表表壳接线柱上标明的“+”、“－”记号，应和电路的极性相一致，不能接错，否则指针要反转，既影响正常测量，也容易损坏电流表。 （4）要合理选择电流表的量程。

每个电流表都有一定的测量范围，称为电流表的量程。

一般被测电流的数值在电流表量程的一半以上，读数较为准确。因此在测量之前应先估计被测电流大小，以便选择适当量程的电流表。 若无法估计，可先用电流表的最大量程挡测量，当指针偏转不到1/3刻度时，再改用较小挡去测量，直到测得正确数值为止。 三、电压、电位和电动势

1．电压 电场力将单位正电荷从a点移到b点所做的功，称为a、b两点间的电压，用Uab表示。电压单位的名称是伏特，简称伏，用V表示。

2 ．电位 电路中某一点与参考点之间的电压即为该点的电位。

电路中任意两点之间的电位差就等于这两点之间的电压，即Uab = Ua－Ub，故电压又称电位差。 电路中某点的电位与参考点的选择有关，但两点间的电位差与参考点的选择无关。 3．电动势 电源将正电荷从电源负极经电源内部移到正极的能力用电动势表示，电动势的符号为E，单位为V。 电动势的方向规定为在电源内部由负极指向正极。 E

对于一个电源来说，既有电动势，又有端电压。电动势只存在于电源内部；而端电压则是电源加在外电两端的电压，其方向由正极指向负极。

4. 电压的测量

（1）对交、直流电压应分别采用交流电压表和直流电压表测量。 （2）电压表必须并联在被测电路的两端。 （3）直流电压表表壳接线柱上标明的“+”“－”记号，应和被测两点的电位相一致，即“+”端接高电位，“－”端接低电位，不能接错，否则指针要反转，并会损坏电压表。

（4）合理选择电压表的量程，其方法和电流表相同。

§1-2 电阻 一、电阻与电阻率 电阻：导体在通过电流的同时也对电流起着阻碍作用，这种对电流的阻碍作用称为电阻。

单位为欧姆，简称欧，用Ω表示。 导体的电阻是导体本身的一种性质。它的大小决定于导体的材料、长度和横截面积，可按下

l式计算： R??s

式中ρ称为材料的电阻率，电阻率的大小反映了物体的导电能力。

电阻率小、容易导电的物体称为导体，电阻率大，不容易导电的物体称为绝缘体，导电能力介于导体和绝缘体之间的物体称为半导体 。

二、电阻与温度的关系

各种材料的电阻率都随温度而变化。

一般来说，金属的电阻率随温度升高而增大，电解质、半导体和绝缘体的电阻率随温度升高而减小；而有些合金如锰铜合金和镍铜合金的电阻率几乎不受温度变化的影响，常用来制作标准电阻。 利用某些材料对温度的敏感特性，可以制成热敏电阻。 电阻值随温度升高而减小的热敏电阻称为负温度系数的热敏电阻； 电阻值随温度升高而增大的热敏电阻称为正温度系数的热敏电阻。

三、用万用表测量电阻

测量时注意以下几点： 1. 准备测量电路中的电阻时应先切断电源，切不可带电测量。 2.首先估计被测电阻的大小，选择适当的倍率挡，然后调零，即将两支表笔相触，旋动调零电位器，使指针指在零位。 3. 测量时双手不可碰到电阻引脚及表笔金属部分，以免接入人体电阻，引起测量误差。 4．测量电路中某一电阻时，应将电阻的一端断开。 §1-3 欧姆定律 一、部分电路欧姆定律

只含有负载而不包含电源的一段电路称为部分电路。

部分电路欧姆定律内容：

导体中的电流，与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比。

公式： UI? 当电压与电流的参考方向关联时， R U 当电压与电流的参考方向非关联时， I??R

如果以电压为横坐标，电流为纵坐标，可画出电阻的U/I关系曲线，即伏安特性曲线。 电阻元件的伏安特性曲线是直线时，称为线性电阻，其电阻值可认为是不变的常数。 如果不是直线，则称为非线性电阻。

二、 全电路欧姆定律

全电路是含有电源的闭合电路。电源内部的电路称为内电路。电源内部的电阻

称为内电阻，简称内阻。电源外部的电路称外电路，外电路中的电阻称为外电阻。

全电路欧姆定律内容：

闭合电路中的电流与电源的电动势成正比，与电路的总电阻（内电路电阻与外电路电阻之和）成反比。

公式：I=E/(R+r)

由上式得： E=IR+Ir=U外+U内

全电路欧姆定律又可表述为： 电源电动势等于U外和U内之和。 三、电源的外特性

电源端电压U与电源电动势E的关系为：U = E－Ir

可见，当电源电动势E和内阻r一定时，电源端电压U将随负载电流I的变化而变化。

电源端电压随负载电流变化的关系特性称为电源的外特性，其关系特性曲线称为电源的外特性曲线。

电源端电压U随着电流I的增大而减小。 电源内阻越大，直线越倾斜，I=0时，U=E。

电路的三种不同状态

1. 通路

开关SA接到位置“3”时，电路处于通路状态。 电路中电流为 I=E/(R+r)

端电压与输出电流的关系为

U外 = E－U内 = E－Ir

2. 开路（断路） 开关SA接到位置“2”时，电路处于开路状态。

I=0 U内=Ir=0 U外=E-Ir=E

即：电源的开路电压等于电源电动势。 3. 短路

开关SA接到位置“1”时，相当于电源两极被导线直接相连。 电路中短路电流为 I

短

=E/r U=E-I短r=0

由于电源内阻一般都很小，所以短路电流极大。 此时电源对外输出电压

§1-4 电功和电功率 一、电功

电流做功的过程，实质上就是将电能转换成其他形式的能的过程。 电流所做的功，简称电功（即电能），用字母W表示。单位为焦耳。

电流在一段电路上所作的功等于这段电路两端的电压U电路中的电流I和通电时间t三者的乘积，即：W = UIt

式中W、U、I、t的单位分别用J、V、A、s。

电能的另一个常用单位是千瓦时（kW·h）,即通常所说的1度电，它和焦耳的换算关系为 1 kW·h = 3.6×106 J

二、电功率（表征电流做功快慢程度的物理量）

电流在单位时间内所作的功称为电功率，用字母P表示，单位为W。 P=W/t=UI

对于纯电阻电路，上式还可以写为 P=I

2

R或 P=U2/R

在闭合回路中，电源电动势发出的功率，等于负载电阻消耗的功率和电源内阻消耗的功率之和。

即：P电源=P负载+P内阻 这种关系称为电路中的功率平衡。 三、电流的热效应

电流通过导体时使导体发热的现象叫电流的热效应。 电流与它流过导体时所产生的热量之间的关系可用下式表示： Q = I2Rt Q的单位是J，这种热也称焦耳热。。 四、负载的额定值

电气设备安全工作时所允许的最大电流、最大电压和最大功率分别称为它们的额定电流、额定电压和额定功率。

电气设备在额定功率下的工作状态称为额定工作状态，也称满载； 低于额定功率的工作状态称为轻载； 高于额定功率的工作状态称为过载或超载。 由于过载很容易烧坏用电器，所以一般不允许出现过载。