第二章電路的基礎(chǔ)知識(shí)與基本測(cè)量

1、第二章 電路的基礎(chǔ)知識(shí)與 基本測(cè)量 主講：孫超第二章 電路的基礎(chǔ)知識(shí)與基本測(cè)量2.1 電路與電路圖2.1.1電路及其工作狀態(tài) 是電流的通路，是由一些電器元件按一定的方式連接而成。一個(gè)完整的電路至少包含、和三部分。圖圖1-1簡(jiǎn)單的直流電路簡(jiǎn)單的直流電路電路的三種狀態(tài)電路的三種狀態(tài)(1)：電源與負(fù)載接通，電路中有電流通過，電氣設(shè)備或元器件獲得一定的電壓和電功率，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。(2)：電路斷開，電路中沒有電流通過，又稱為空載狀態(tài)。(3)：電源兩端或電路中某些部分被導(dǎo)線直接相連，輸出電流過大對(duì)電源來說屬于嚴(yán)重過載，如沒有保護(hù)措施，電源或電器會(huì)被燒毀或發(fā)生火災(zāi)，所以通常要在電路或電氣設(shè)備中安裝熔斷器、保

2、險(xiǎn)絲等保險(xiǎn)裝置，以避免發(fā)生短路時(shí)出現(xiàn)不良后果。2.1.2 電路模型與電路圖電路模型與電路圖由理想元件構(gòu)成的電路稱為實(shí)際電路的，也稱為實(shí)際電路的，簡(jiǎn)稱為。例如手電筒的電路如圖所示。 理想元件電路是由電特性相當(dāng)復(fù)雜的器件組成的，為了便于使用電路是由電特性相當(dāng)復(fù)雜的器件組成的，為了便于使用數(shù)學(xué)方法對(duì)電路進(jìn)行分析，可將電路實(shí)體中的各種電器數(shù)學(xué)方法對(duì)電路進(jìn)行分析，可將電路實(shí)體中的各種電器設(shè)備和元器件用一些能夠設(shè)備和元器件用一些能夠表征它們主要電磁特性的表征它們主要電磁特性的理想元件理想元件( (模型模型) )來代替來代替，而對(duì)它的實(shí)際結(jié)構(gòu)、材料、，而對(duì)它的實(shí)際結(jié)構(gòu)、材料、形狀等非電磁特性不予考慮。形狀等

3、非電磁特性不予考慮。常用元器件圖形符號(hào)2.2 電流及其測(cè)量2.2.1 電流的概念及大小、方向電路中電荷沿著導(dǎo)體的定向運(yùn)動(dòng)即形成電路中電荷沿著導(dǎo)體的定向運(yùn)動(dòng)即形成，其方向規(guī)定為，其方向規(guī)定為( (或負(fù)電荷流動(dòng)的反方向或負(fù)電荷流動(dòng)的反方向) )，其大小等于在單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面，其大小等于在單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量，電流用符號(hào)的電荷量，電流用符號(hào) I I 或或 i i( (t t) )表示，討論一般電流時(shí)可用符號(hào)表示，討論一般電流時(shí)可用符號(hào) i i 。設(shè)在設(shè)在 t = t2t = t2t1 t1 時(shí)間內(nèi)，通過導(dǎo)體橫截面的電荷量為時(shí)間內(nèi)，通過導(dǎo)體橫截面的電荷量為 q = q2q = q2

4、q1q1，則在，則在 t t 時(shí)間內(nèi)的電流強(qiáng)度可用數(shù)學(xué)公式表示時(shí)間內(nèi)的電流強(qiáng)度可用數(shù)學(xué)公式表示為為tqti )(式中，式中， t t 為很小的時(shí)間間隔，時(shí)間的國(guó)際單位制單位為為很小的時(shí)間間隔，時(shí)間的國(guó)際單位制單位為 s s ( (秒秒) )，電荷量，電荷量 q q 的國(guó)際單位制為庫侖的國(guó)際單位制為庫侖 (C)(C)。電流。電流 i i(t) (t) 的國(guó)的國(guó)際單位制為際單位制為A (A (安培安培) ) 。常用的電流單位還有常用的電流單位還有mA mA （毫安）、（毫安）、 A A（微安）、（微安）、 kAkA（千（千安）安） 等，它們與安培的換算關(guān)系為等，它們與安培的換算關(guān)系為1 mA =

5、1 mA = 10-3A A； 1 1 A = A = 10-6 A A； 1 kA = 1 kA = 103 A A直流電路如果電流的大小及方向都不隨時(shí)間變化，即在單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的如果電流的大小及方向都不隨時(shí)間變化，即在單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量相等，則稱之為電荷量相等，則稱之為或恒定電流，簡(jiǎn)稱為或恒定電流，簡(jiǎn)稱為 (Direct (Direct Current)Current)，記為，記為 DC DC 或或 dc dc ，直流電流要用大寫字母，直流電流要用大寫字母 I I 表示。表示。直流電流直流電流 I I 與時(shí)間與時(shí)間 t t 的關(guān)系在的關(guān)系在 I It t 坐標(biāo)系中為

6、一條與時(shí)間軸平行的直線。坐標(biāo)系中為一條與時(shí)間軸平行的直線。交流電路如果電流的大小及方向均隨時(shí)間變化，則稱為如果電流的大小及方向均隨時(shí)間變化，則稱為。對(duì)電路分析。對(duì)電路分析來說，一種最為重要的變動(dòng)電流是來說，一種最為重要的變動(dòng)電流是，其大小及方向均，其大小及方向均隨時(shí)間按正弦規(guī)律作周期性變化，將之簡(jiǎn)稱為交流隨時(shí)間按正弦規(guī)律作周期性變化，將之簡(jiǎn)稱為交流(Alternating (Alternating Current)Current)，記為，記為 AC AC 或或 ac ac ，交流電流的瞬時(shí)值要用小寫字母，交流電流的瞬時(shí)值要用小寫字母i i 或或 i i(t) (t) 表示。表示。電 壓 電壓是

7、測(cè)量電場(chǎng)力做功本領(lǐng)大小的物理量。電壓是測(cè)量電場(chǎng)力做功本領(lǐng)大小的物理量。A A、B B兩點(diǎn)間的電壓兩點(diǎn)間的電壓U U在數(shù)值上等于電場(chǎng)力把正電荷由在數(shù)值上等于電場(chǎng)力把正電荷由A A點(diǎn)移動(dòng)到點(diǎn)移動(dòng)到B B點(diǎn)所做的點(diǎn)所做的功功W W與被移動(dòng)電荷的電荷量的比值。與被移動(dòng)電荷的電荷量的比值。 規(guī)定電壓的方向?yàn)橛筛唠娢恢赶虻碗娢?，即電位?guī)定電壓的方向?yàn)橛筛唠娢恢赶虻碗娢?，即電位降低的方向。降低的方向。因此，電壓也常被稱為電壓降。在電路計(jì)算時(shí)，若因此，電壓也常被稱為電壓降。在電路計(jì)算時(shí)，若事前無法確定電壓的真實(shí)方向，常事先選定電壓的參考方向。如果事前無法確定電壓的真實(shí)方向，常事先選定電壓的參考方向。如果電壓的

8、計(jì)算結(jié)果為正值，則電壓的真實(shí)方向與參考方向一致；如果電壓的計(jì)算結(jié)果為正值，則電壓的真實(shí)方向與參考方向一致；如果電壓的計(jì)算結(jié)果為負(fù)值，則電壓的真實(shí)方向與參考方向相反。電壓的計(jì)算結(jié)果為負(fù)值，則電壓的真實(shí)方向與參考方向相反。電荷q 在電場(chǎng)中從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)，電場(chǎng)力所做的功WAB與電荷量q 的比值，叫做AB兩點(diǎn)間的電勢(shì)差（AB兩點(diǎn)間的電勢(shì)之差，也稱為電位差），用UAB表示，則有公式： 其中，WAB為電場(chǎng)力所做的功，q為電荷量。電 阻電阻元件是對(duì)電流呈現(xiàn)阻礙作用的耗能元件，例如燈泡、電熱爐等電器電阻元件是對(duì)電流呈現(xiàn)阻礙作用的耗能元件，例如燈泡、電熱爐等電器。 制成電阻元件的材料電阻率，國(guó)際單位制單位為制

9、成電阻元件的材料電阻率，國(guó)際單位制單位為 m( m(歐歐米米) ) ； l l 繞制成電阻的導(dǎo)線長(zhǎng)度，國(guó)際單位制為繞制成電阻的導(dǎo)線長(zhǎng)度，國(guó)際單位制為m (m (米米) ) ；S S 繞制成電阻的導(dǎo)線橫截面積，國(guó)際單位制為繞制成電阻的導(dǎo)線橫截面積，國(guó)際單位制為 m2 (m2 (平方米平方米) )；R R 電阻值，國(guó)際單位制為電阻值，國(guó)際單位制為 ( (歐歐) ) 。 經(jīng)常經(jīng)常用的電阻單位還有用的電阻單位還有k k ( (千歐千歐 ) ) 、 M M ( (兆歐兆歐) )部分電路歐姆定律 電阻元件的伏安關(guān)系服從歐姆定律，電阻元件的伏安關(guān)系服從歐姆定律，即即導(dǎo)體中的電流，與導(dǎo)體兩端的電壓成正導(dǎo)體中的

10、電流，與導(dǎo)體兩端的電壓成正比，與導(dǎo)體的電阻成反比。比，與導(dǎo)體的電阻成反比。只只含有負(fù)載而不包含電源的一段電路稱為含有負(fù)載而不包含電源的一段電路稱為部分電路部分電路。 RUI 如果如果以電壓為橫坐標(biāo)，電流為縱坐標(biāo)，可畫出電阻的以電壓為橫坐標(biāo)，電流為縱坐標(biāo)，可畫出電阻的U/IU/I關(guān)系曲線，即伏安特性曲關(guān)系曲線，即伏安特性曲線線。 電阻元件的伏安特性曲線是直線時(shí)，稱為線性電阻，其電阻值可認(rèn)為是不變的常電阻元件的伏安特性曲線是直線時(shí)，稱為線性電阻，其電阻值可認(rèn)為是不變的常數(shù)數(shù)。如果如果不是直線，則稱為非線性電阻。不是直線，則稱為非線性電阻。 全電路歐姆定律全電路全電路是含有電源的閉合電路。電源內(nèi)部的

11、電路稱為是含有電源的閉合電路。電源內(nèi)部的電路稱為內(nèi)電路內(nèi)電路。電源內(nèi)部的電。電源內(nèi)部的電阻稱為阻稱為內(nèi)電阻內(nèi)電阻，簡(jiǎn)稱內(nèi)阻。電源外部的電路稱，簡(jiǎn)稱內(nèi)阻。電源外部的電路稱外電路外電路，外電路中的電阻稱為，外電路中的電阻稱為外電阻外電阻。內(nèi)容：內(nèi)容：閉合電路中的電流與電源的電動(dòng)勢(shì)成正比，與電路的總電閉合電路中的電流與電源的電動(dòng)勢(shì)成正比，與電路的總電阻（內(nèi)電路電阻與外電路電阻之和）成反比。阻（內(nèi)電路電阻與外電路電阻之和）成反比。rREI全電路歐姆定律又可表述為：全電路歐姆定律又可表述為： 電源電動(dòng)勢(shì)電源電動(dòng)勢(shì)等于等于U外和U內(nèi)之之和。和。 電源電源端電壓端電壓U U與電源電動(dòng)勢(shì)與電源電動(dòng)勢(shì)E E的關(guān)

12、系為：的關(guān)系為： 可見，當(dāng)電源電動(dòng)勢(shì)可見，當(dāng)電源電動(dòng)勢(shì)E E和內(nèi)阻和內(nèi)阻r r一定時(shí)，電源端電壓一定時(shí)，電源端電壓U U將隨負(fù)載將隨負(fù)載電流電流I I的變化而變的變化而變化?；ｋ姽碗姽β孰娏魉龅墓?，簡(jiǎn)稱電流所做的功，簡(jiǎn)稱電功電功（即電能），用字母（即電能），用字母W W表示。表示。 電流在一段電路上所作的功等于這段電路兩端的電壓電流在一段電路上所作的功等于這段電路兩端的電壓U U、電路、電路中的電流中的電流I I和通電時(shí)間和通電時(shí)間t t三者的乘積，即三者的乘積，即： 式中式中W W、U U、I I、t t的單位分別用的單位分別用J J、V V、A A、s s。電能的另一個(gè)常用單位是千瓦時(shí)（電能的另一個(gè)常用單位是千瓦時(shí)（kWhkWh）, ,即通常所說的即通常所說的1 1度電度電，它和，它和焦耳的換算關(guān)系為焦耳的換算關(guān)系為 電流