1－項(xiàng)目一 認(rèn)識電路（簡單直流電路）

1電工技術(shù)應(yīng)用廣泛，是高職高專電類各專業(yè)重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，其任務(wù)是使學(xué)生具備從事電類專業(yè)職業(yè)工種必需的電工技術(shù)的基本知識、基本方法和基本技能，并為學(xué)習(xí)后續(xù)課程，提高全面素質(zhì)，形成綜合職業(yè)能力打下基礎(chǔ)。本教材是根據(jù)高職高專培養(yǎng)人才的特點(diǎn)及目標(biāo)，以新的教學(xué)理念和教學(xué)模式對傳統(tǒng)電工技術(shù)知識體系進(jìn)行了合理取舍和優(yōu)化重組后編寫而成的。本教材以就業(yè)為導(dǎo)向，以應(yīng)用為目的，以基礎(chǔ)知識、基本技能為引導(dǎo)，采用項(xiàng)目導(dǎo)向、模塊組合、任務(wù)驅(qū)動的模式，將“教、學(xué)、做”有機(jī)地融為一體，強(qiáng)化了對學(xué)生興趣和能力的培養(yǎng)。本書可作為高職高專工科電類專業(yè)的教材，也可供相關(guān)專業(yè)選用及工程技術(shù)人員參考。

2任務(wù)一電路的基本概念和主要物理量任務(wù)二電路的基本規(guī)律任務(wù)三電路的工作狀態(tài)任務(wù)四簡單電路分析方法模塊一學(xué)習(xí)性任務(wù)知識目標(biāo)技能目標(biāo)3項(xiàng)目一認(rèn)識電路（簡單直流電路）知識目標(biāo)1．了解電路的概念、作用、組成等基本概念；理解電路的基本物理量含義；理解參考方向的含義及其與實(shí)際方向的關(guān)系；了解電路的三種基本狀態(tài)的特點(diǎn)。2．理解基本電路元件的特征和模型；掌握電路模型的概念和應(yīng)用。3．掌握實(shí)際電源的兩種電路模型及其等效變換方法。4．熟練掌握電路的串、并聯(lián)特點(diǎn)及其相關(guān)計(jì)算。5．熟練掌握部分電路和閉合電路的歐姆定律計(jì)算。6．掌握簡單電路的分析計(jì)算方法。4技能目標(biāo)1．懂得電工實(shí)驗(yàn)的基本要求，掌握電工實(shí)驗(yàn)的基本程序。2．學(xué)會正確使用萬用表。3．熟悉直流儀表、直流電源的使用方法。4．學(xué)會電路中電壓、電流的測量方法及誤差分析方法。項(xiàng)目一認(rèn)識電路（簡單直流電路）5模塊一學(xué)習(xí)性任務(wù)電路理論是電工技術(shù)的基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)電工技術(shù)要從電路開始。故我們先從電路的基本概念入手，來認(rèn)識和學(xué)習(xí)電路的特點(diǎn)和規(guī)律。1.1任務(wù)一電路的基本概念和主要物理量1.1.1電路的基本概念一．電路的概念電路理論是電工技術(shù)的基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)電工技術(shù)要從電路開始。故我們先從電路的基本概念入手，來認(rèn)識和學(xué)習(xí)電路的特點(diǎn)和規(guī)律。電路理論是電工技術(shù)的基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)電工技術(shù)要從電路開始。故我們先從電路的基本概念入手，來認(rèn)識和學(xué)習(xí)電路的特點(diǎn)和規(guī)律。6所謂電路，簡單地說就是電流流通的路徑。在日常的生產(chǎn)、生活中廣泛應(yīng)用著各種各樣的電路，它們都是根據(jù)某種需要將實(shí)際器件按一定方式連接起來，以形成電流的通路。如圖所示是常見的手電筒結(jié)構(gòu)，它主要由電池、燈泡、開關(guān)和金屬連片組成。（a）手電筒結(jié)構(gòu)7將手電筒的開關(guān)接通時(shí)，金屬片把電池和燈泡連接成通路，就有電流通過燈泡，使燈泡發(fā)光。手電筒的電路和電路圖如下圖所示（a）手電筒結(jié)構(gòu)8（b）手電筒電路（c）手電筒電路圖（c）手電筒電路圖9二、電路的作用電路的種類很多，用途各異，但其基本作用可以概括為以下兩大類。（1）實(shí)現(xiàn)電能的傳輸、分配和轉(zhuǎn)換例如電廠的發(fā)電機(jī)把機(jī)械能、熱能、原子能等非電能形式的能量轉(zhuǎn)換為電能，通過變壓器、輸電線等送給用戶，并通過白熾燈、電動機(jī)、電爐等負(fù)載把電能轉(zhuǎn)換成光能、機(jī)械能、熱能等其他形式的能量。如圖1-1-2中（a）所示。(a)電力系統(tǒng)電路10這類電路稱為電力電路或電工電路，對這類電路的主要要求是在傳送和轉(zhuǎn)換的過程中消耗的能量要少，效率要高。由于這類電路的功率一般較大，俗稱強(qiáng)電電路。(a)電力系統(tǒng)電路11（2）實(shí)現(xiàn)信號的傳遞、存儲和處理例如電視機(jī)、電腦、電話機(jī)、手機(jī)等將接收到的信號經(jīng)過處理，轉(zhuǎn)換成聲音或圖像等，這類電路稱為信號電路或電子電路。(b)擴(kuò)音機(jī)放大電路如圖（b）所示，話筒將語音信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)放大器進(jìn)行放大處理傳遞給揚(yáng)聲器，以驅(qū)動揚(yáng)聲器發(fā)音。12（2）實(shí)現(xiàn)信號的傳遞、存儲和處理例如電視機(jī)、電腦、電話機(jī)、手機(jī)等將接收到的信號經(jīng)過處理，轉(zhuǎn)換成聲音或圖像等，這類電路稱為信號電路或電子電路。如圖（b）所示，話筒將語音信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)放大器進(jìn)行放大處理傳遞給揚(yáng)聲器，以驅(qū)動揚(yáng)聲器發(fā)音。信號電路中雖然也伴隨著能量的傳輸和轉(zhuǎn)換，但損耗和效率一般不是主要考慮的問題。對信號電路的主要要求是信號傳遞的質(zhì)量，如不失真、抗干擾能力強(qiáng)等。由于這類電路的功率一般較小，俗稱弱電電路。(b)擴(kuò)音機(jī)放大電路13三．電路的組成實(shí)際電路的種類很多，但是不論電路的具體形式和復(fù)雜程度如何不同，每一個(gè)完整的電路都是由電源、負(fù)載、控制和保護(hù)裝置、連接導(dǎo)線四個(gè)部分按照一定方式連接起來的閉合回路，如下圖所示的手電筒照明電路。手電筒電路圖14（1）電源產(chǎn)生電能或電信號的裝置，如各種發(fā)電機(jī)、電池、傳感器、穩(wěn)壓電源、信號源等。電工電路中的電源是提供電能的設(shè)備，它將其他形式的能轉(zhuǎn)換為電能。如干電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能等。電子電路中的信號源也是一種電源，但它與發(fā)電機(jī)和蓄電池等一般電源不同，其主要作用是產(chǎn)生電壓信號和電流信號。各種非電的信息和參量（如語言、音樂、圖像、溫度、壓力、位移、速度與流量等）均可通過相應(yīng)的變換成為電信號，從而進(jìn)行傳遞和轉(zhuǎn)換。電路的這一作用廣泛應(yīng)用于電子技術(shù)、測量技術(shù)、無線電技術(shù)和自動控制技術(shù)等許多領(lǐng)域。15（2）負(fù)載負(fù)載是取用電能的設(shè)備，它將電能轉(zhuǎn)換為其他形式的能。例如白熾燈將電能轉(zhuǎn)換為熱能和光能，電動機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能、熱能，揚(yáng)聲器將電能轉(zhuǎn)換為聲能等。（3）控制和保護(hù)裝置控制和保護(hù)裝置是用來控制電路的通斷，保證電路的正常工作的。如電路中的開關(guān)等。（4）導(dǎo)線導(dǎo)體是用來連接電路、輸送和分配電能或傳遞信號的。16四、理想電路元件與電路模型（1）理想電路元件各種實(shí)際電路都是由電阻器、電容器、線圈、半導(dǎo)體管、變壓器等實(shí)際元件、器件或部件組成。通常，元件指成分簡單的基本初級產(chǎn)品，如電阻、電容、電感、按鍵開關(guān)等。器件指較復(fù)雜的基本產(chǎn)品，如二極管、三極管、集成電路等。部件則指由元件、器件組成的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的中間產(chǎn)品，如顯卡、聲卡、鼠標(biāo)、變壓器、電動機(jī)等。部件具備較復(fù)雜的功能，但是不能獨(dú)立完成工作。為敘述方便，以下統(tǒng)稱為元件。17四、理想電路元件與電路模型（1）理想電路元件實(shí)際電路元件在工作時(shí)往往同時(shí)發(fā)生著較為復(fù)雜的多種物理現(xiàn)象，譬如說一個(gè)實(shí)際的滑動電阻器有電流流過時(shí)還會產(chǎn)生磁場，因而還兼有電感的性質(zhì)；一個(gè)實(shí)際電源總有內(nèi)阻，因而在使用時(shí)不可能總保持定值的端電壓；連接導(dǎo)體總有一點(diǎn)電阻，高頻時(shí)甚至還有電感。也就是說，單一電磁性質(zhì)的元件很難找到，事實(shí)上不可能制造出理想的電路元件。因此，人們在設(shè)計(jì)制作某種電路元件時(shí)是利用它的主要物理性質(zhì)，忽略它的次要物理性質(zhì)而實(shí)現(xiàn)的。如電阻器是利用它的電阻性質(zhì)，電源是利用它正負(fù)極間能保持有一定電壓的性質(zhì)，導(dǎo)體是利用它能使電流順利流過的性質(zhì)。18四、理想電路元件與電路模型（1）理想電路元件實(shí)際電路元件難以用數(shù)學(xué)模型描述，往往給分析電路帶來困難。因此，必須在一定的條件下對實(shí)際元件加以近似化，忽略它的次要性質(zhì)，用一個(gè)足以表征其主要性能的“元件模型”來表示（稱作理想電路元件）?！霸Ｐ汀笔菑膶?shí)物中經(jīng)過合理簡化抽象出來的理想化產(chǎn)物，它表征或近似地表征實(shí)際元件的性質(zhì)和其中發(fā)生的物理現(xiàn)象，對研究分析實(shí)際問題十分方便。19四、理想電路元件與電路模型（1）理想電路元件各種實(shí)際元件在一定條件下都可以求得它的模型。在電工技術(shù)中，常用的基本理想電路元件有五種：①電阻元件：表示消耗電能、轉(zhuǎn)換為其他形式能的元件，如電阻器、燈泡、電爐等。可用理想電阻來反映其在電路中消耗電能的這一主要特征。②電容元件：表示產(chǎn)生電場、儲存電場能量的元件，如各種電容器?？捎美硐腚娙輥矸从称鋬Υ骐娔艿奶卣鳌?0四、理想電路元件與電路模型（1）理想電路元件③電感元件：表示產(chǎn)生磁場、儲存磁場能量的元件，如各種電感線圈。可用理想電感來反映其儲存磁能的特征。④電源元件：表示能將其他形式的能量轉(zhuǎn)換為電能的元件。有兩種類型，即理想電壓源和理想電流源。這些理想元件可以用來表示千萬種實(shí)際部件，通常用國家統(tǒng)一規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)圖形符號和文字符號表示，如下圖所示。21（a）電阻（b）電感（c）電容（d）理想電壓源（e）理想電流源理想電路元件另外，它們都具有兩個(gè)端鈕，稱為二端元件。除二端元件外，還有多端元件，如三端元件三極管，四端元件變壓器、受控源、互感器等。后面我們將討論這些理想元件的性能和如何來表示實(shí)際部件的問題。22需注意的是：同一實(shí)際電路部件在不同的應(yīng)用條件下，其電路模型可以有不同的形式，如新電池可用一個(gè)理想電壓源表示，舊電池要用理想電壓源與電阻串聯(lián)來表示。不同的實(shí)際器件只要有相同的主要電氣特性，在一定的條件下可用相同的模型表示，如燈泡、電爐等在低頻電路中都可用理想電阻表示。23四、理想電路元件與電路模型（2）電路模型實(shí)際電路不僅不便于對電路進(jìn)行分析和計(jì)算，同時(shí)也不便于畫圖，即便畫出來也很難看清各個(gè)元器件是如何連接的。為了在電路分析中簡化分析和計(jì)算，可用理想電路元件（或其某種組合）來代替實(shí)際的電路元件。這樣由理想電路元件構(gòu)成的電路稱為電路模型。用國家統(tǒng)一規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)圖形符號和文字符號表示的電路模型稱為電路原理圖，簡稱電路圖。圖1.1-4是手電筒的實(shí)際電路與電路模型。今后我們研究的電路都是這種由理想元件構(gòu)成的電路。24四、理想電路元件與電路模型（2）電路模型實(shí)際電路不僅不便于對電路進(jìn)行分析和計(jì)算，同時(shí)也不便于畫圖，即便畫出來也很難看清各個(gè)元器件是如何連接的。為了在電路分析中簡化分析和計(jì)算，可用理想電路元件（或其某種組合）來代替實(shí)際的電路元件。這樣由理想電路元件構(gòu)成的電路稱為電路模型。用國家統(tǒng)一規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)圖形符號和文字符號表示的電路模型稱為電路原理圖，簡稱電路圖。下圖是手電筒的實(shí)際電路與電路模型。今后我們研究的電路都是這種由理想元件構(gòu)成的電路。25（a）手電筒實(shí)際電路（b）手電筒電路模型手電筒實(shí)際電路與電路模型261.1任務(wù)一電路的基本概念和主要物理量1.1.2電路的主要物理量電路的工作狀態(tài)往往由電路的一些物理量來反映，下面來介紹電路的一些主要物理量。一、電流（1）電流的概念電荷在電場力（外電路）或其他力（內(nèi)電路中化學(xué)力、電磁力等）作用下，在電路中有規(guī)則地定向運(yùn)動，就形成了電流。或簡單地說電荷的定向運(yùn)動形成電流。只有運(yùn)動的電荷才能使電器工作，才能發(fā)生能量轉(zhuǎn)換。271.1任務(wù)一電路的基本概念和主要物理量（2）電流的大小電流的大?。磸?qiáng)弱）用電流強(qiáng)度來表示，簡稱為電流，用符號i表示。是用單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體某一截面的電荷量來量度的。設(shè)在dt時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體某一橫截面的電荷量為dq，則通過該橫截面的電流為281.1.2電路的主要物理量一、電流（2）電流的大小電流的大小（即強(qiáng)弱）用電流強(qiáng)度來表示，簡稱為電流，用符號i表示。是用單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體某一截面的電荷量來量度的。設(shè)在dt時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體某一橫截面的電荷量為dq，則通過該橫截面的電流為29我國法定計(jì)量單位是以國際單位制（SI）為基礎(chǔ)的。它規(guī)定電流的單位是A（安[培]）。當(dāng)每1s（秒）內(nèi)通過導(dǎo)體截面的電荷量為1C（庫[侖]）時(shí)，電流為1A。故1A=1C／s。計(jì)量微小電流時(shí)，以mA（毫安）或μA（微安）為單位。它們之間的換算關(guān)系為

1A=103

mA=106

μA301.1.2電路的主要物理量一、電流（3）電流的方向1）電流的實(shí)際方向習(xí)慣上，人們規(guī)定正電荷移動的方向或負(fù)電荷移動的反方向?yàn)殡娏鞯膶?shí)際方向，如圖所示。31在一般情況下電流是隨時(shí)間而變的，如果電流不隨時(shí)間而變，dq/dt=常數(shù)，即大小和方向都不隨時(shí)間而變化，則這種電流稱為直流電流，用符號I表示，它所通過的路徑就是直流電路。在直流時(shí)322）電流的參考方向電流的方向是客觀存在的。在簡單電路情況下，人們很容易判斷出電流的實(shí)際方向，如下圖（a）中所示的I1、I2

。332）電流的參考方向倘若在圖中A、B點(diǎn)之間再接入一個(gè)電阻R，如下圖（b）所示，那么該電阻中電流的實(shí)際方向就很難直觀判定了。另外，在交流電路中，電流是隨時(shí)間變化的，在圖上也無法表示其實(shí)際方向。為了解決這一問題，需引入電流的參考方向這一概念。342）電流的參考方向?qū)τ陔娏鬟@種具有兩種可能方向的物理量，可以任意選定一個(gè)方向作為某支路電流的參考方向，用箭頭表示在電路圖上，以此參考方向作為計(jì)算的依據(jù)。計(jì)算完畢后，對于某一條支路，若在設(shè)定的參考方向下算出I

>0，表明電流的實(shí)際方向與設(shè)定的參考方向一致；反之，若算出I<0，則表明電流的實(shí)際方向與所選的參考方向相反。353）電流實(shí)際方向與參考方向的關(guān)系采用了電流的參考方向以后，電流就變?yōu)榇鷶?shù)量了（有正、有負(fù)）。在選定的參考方向下，根據(jù)電流的正、負(fù)，就可以確定電流的實(shí)際方向，如下圖所示。此后，本書電路圖上所標(biāo)出的電流方向都是參考方向。電流的參考方向與實(shí)際方向361.1任務(wù)一電路的基本概念和主要物理量1.1.2電路的主要物理量一、電流二、電壓（1）電壓的概念電壓就像水壓，水壓能使靜止的水按一定的方向流動，那么電壓就是能使導(dǎo)體中電荷按一定方向運(yùn)動的一個(gè)物理量。帶電粒子在電場中運(yùn)動必然要做功。電壓就是衡量電場力推動電荷運(yùn)動，對電荷做功能力大小的物理量。37（1）電壓的概念設(shè)某電源有A、B兩個(gè)極板，如圖所示，A極板帶正電，B極板帶負(fù)電，因而兩極板間形成電場。當(dāng)用導(dǎo)線將電源的正、負(fù)極與負(fù)載連接成一個(gè)閉合電路時(shí)，正電荷將在電場力的作用下由正極A經(jīng)導(dǎo)線和負(fù)載流向負(fù)極B（實(shí)際上在金屬導(dǎo)體中是自由電子由負(fù)極流向正極），從而形成電流，這時(shí)電場力對電荷做功。不同的電場對電荷做功的本領(lǐng)不同，電場力做功的本領(lǐng)用電壓來度量。38（2）電壓的大小A、B兩點(diǎn)之間的電壓UAB在數(shù)值上等于單位正電荷在電場力作用下，由A點(diǎn)經(jīng)外電路移動到B點(diǎn)電場力所做的功。若電場力移動電荷q所做的功為W，則移動單位電荷所做39在國際單位制中，電壓的單位是V（伏[特]）。當(dāng)電場力把1C（庫[侖]）的電荷從一點(diǎn)移到另一點(diǎn)所做的功為1J（焦[耳]）時(shí)，該兩點(diǎn)間的電壓為1V。計(jì)量微小電壓時(shí)，則以mV（毫伏）或μV（微伏）為單位。計(jì)量高電壓時(shí)，則以kV（千伏）為單位。它們之間的換算關(guān)系為

1V=103mV=106

μV40（3）電壓的方向1）電壓的實(shí)際方向電壓的實(shí)際方向習(xí)慣上規(guī)定從高電位點(diǎn)指向低電位點(diǎn)，即電位降低的方向。電壓的方向有3種表示方法，如圖所示。(a)用箭頭的指向表示，箭頭由高電立指向低電位端；(b)則用“+”、“-”標(biāo)號分別表示高電位端和低電位端；(c)用雙下標(biāo)來表示，Uab表示ab兩點(diǎn)間電壓方向是從a指向b的。

3種表示方法其意義是相同的，只需任選一種標(biāo)出即可。41在一般情況下電壓是隨時(shí)間而變的，如果電壓不隨時(shí)間而變，即大小和方向都不隨時(shí)間而變化，則這種電流稱為直流電壓，用符號U表示，在直流時(shí)422）電壓的參考方向在電路分析時(shí)，電壓的實(shí)際方向有時(shí)很難確定，因此同樣可以任意選定電路電壓的參考方向。在標(biāo)定了電壓的參考方向之后，電壓的數(shù)值就有了正、負(fù)之分。當(dāng)電壓為正（U>0）時(shí)，電壓的實(shí)際方向與參考方向一致；電壓為負(fù)（U<0）時(shí)，電壓的實(shí)際方向與參考方向相反，如圖所示。433）電壓實(shí)際方向與參考方向的關(guān)系采用了電壓的參考方向以后，電壓就變?yōu)榇鷶?shù)量了（有正、有負(fù)）。在選定的參考方向下，根據(jù)電壓的正、負(fù)，就可以確定電壓的實(shí)際方向，如圖所示。此后，本書電路圖上所標(biāo)出的電壓方向都是參考方向。444）電壓、電流的關(guān)聯(lián)參考方向在分析和計(jì)算電路時(shí)，電壓和電流參考方向的假定，原則上是任意的。但為了方便起見，元件上的電壓和電流常取一致的參考方向，即電流從正極性端流入該元件，從負(fù)極性端流出。這樣選擇的某一段電路的電流與電壓的參考方向稱為關(guān)聯(lián)的參考方向。否則，為非關(guān)聯(lián)參考方向。在右圖中，圖（a）所示的U與I參考方向一致，為關(guān)聯(lián)參考方向，圖（b）所示為非關(guān)聯(lián)參考方向。45圖（a）所示的U與I關(guān)聯(lián)參考方向情況下圖（b）所示的U與I非關(guān)聯(lián)參考方向情況下46可見，在列寫電壓與電流的關(guān)系式時(shí)，式中的正、負(fù)號由它們的參考方向是否一致來決定。今后計(jì)算電路，一般要先標(biāo)出電流和電壓的參考方向再進(jìn)行計(jì)算。參考方向可以任意選定，但一經(jīng)選定，在電路的分析計(jì)算過程中不應(yīng)改變。47三、電位（1）電位與電壓的關(guān)系在電氣設(shè)備的調(diào)試和檢修中，經(jīng)常要選擇電路中的某一點(diǎn)作為參考點(diǎn)，然后測量各點(diǎn)的電位，看其是否符合設(shè)計(jì)數(shù)值。在分析電子電路時(shí)，通常也要用電位的概念來討論問題。在電路中任選一點(diǎn)作為參考點(diǎn)（記作O），則該電路中a點(diǎn)到參考點(diǎn)O的電壓就叫做a點(diǎn)的電位，也就是電場力把單位正電荷從a點(diǎn)移到參考點(diǎn)O所做的功。電位的符號用字母V加單下標(biāo)的方法來表示，如Va，Vb分別表示a點(diǎn)和b點(diǎn)的電位。48三、電位（1）電位與電壓的關(guān)系對照電位與電壓的定義，不難理解電路中任意一點(diǎn)的電位，實(shí)質(zhì)就是該點(diǎn)與參考點(diǎn)之間的電壓，而電路中任意兩點(diǎn)之間的電壓，則等于這兩點(diǎn)電位之差，即49三、電位電位單位與電壓相同，也是伏（特）。參考點(diǎn)選得不同，電路中各點(diǎn)的電位也不同，因?yàn)楦鼽c(diǎn)的電位高低是相對于參考點(diǎn)而言的，但任意兩點(diǎn)間的電位差不變，即兩點(diǎn)間的電壓值與參考點(diǎn)的選擇無關(guān)。因此，計(jì)算電路中各點(diǎn)電位時(shí)，必須先選定電路中某一點(diǎn)作為電位參考點(diǎn)，它的電位稱為參考電位，并設(shè)參考電位為零。其他各點(diǎn)的電位，比參考點(diǎn)電位高的電位為正，比參考點(diǎn)電位低的為負(fù)。50三、電位電位參考點(diǎn)的選取原則上是任意的，但實(shí)用中常選大地為參考點(diǎn)，在電路圖中用圖形符號“”表示。有些設(shè)備的外殼是接地的，凡與機(jī)殼相連的各點(diǎn)，均是零電位點(diǎn)。有些設(shè)備的機(jī)殼不接地，則選擇許多導(dǎo)線的公共點(diǎn)（通常是機(jī)殼或底板）作參考點(diǎn)，電路中用圖形符號“”或“”表示。51（2）電位的計(jì)算既然電路中任一點(diǎn)的電位就是該點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓，那么電路中電位的計(jì)算實(shí)質(zhì)上就是電壓的計(jì)算。簡單地說，要計(jì)算電路中某一點(diǎn)的電位，就是從參考點(diǎn)出發(fā)，沿著任選的一條路徑“走”到該點(diǎn)，遇到電位升高取正值，遇到電位降低取負(fù)值，累計(jì)其代數(shù)和就是該點(diǎn)的電位。52【例1.1-1】在圖1.1-12中，若分別以a點(diǎn)、b點(diǎn)為參考點(diǎn)，求a、b、c、d各點(diǎn)電位和、之值。解（1）以a點(diǎn)為參考點(diǎn)時(shí)，有Va=0，則53【例1.1-1】在圖1.1-12中，若分別以a點(diǎn)、b點(diǎn)為參考點(diǎn)，求a、b、c、d各點(diǎn)電位和、之值。解（2）以b點(diǎn)為參考點(diǎn)時(shí)，有Vb=0，則54由以上討論結(jié)果可見：電路中各點(diǎn)電位值的大小是相對的，隨參考點(diǎn)的改變而改變；而兩點(diǎn)間的電壓值是絕對的，與參考點(diǎn)的選取無關(guān)。分析電子電路時(shí)用電位來討論問題，會給電路分析帶來方便。如某電路有4個(gè)結(jié)點(diǎn)（三條或三條以上支路的匯合點(diǎn)稱為結(jié)點(diǎn)），任意兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間都有電壓，當(dāng)用電壓來討論問題時(shí)，就會涉及6個(gè)不同的電壓值。然而改用電位來討論時(shí)，選取其中1個(gè)結(jié)點(diǎn)為參考點(diǎn)，設(shè)其電位為零，則只需討論其余3結(jié)點(diǎn)的電位就可以了。因此，在電子線路中，往往不再把電源畫出，而改用電位標(biāo)出，即把電源的一端作為參考點(diǎn)，另一端用等于電源電壓的電位來表示。55下圖是電路的一般畫法與用電位表示的習(xí)慣畫法對照，后者各點(diǎn)的電位一目了然，有利于對電路的電位分析。56（3）等電位的概念如果電路中某兩點(diǎn)間電壓的計(jì)算結(jié)果為零，則表示該兩點(diǎn)等電位。若兩等電位點(diǎn)之間原無導(dǎo)線連接，則用導(dǎo)線連接這兩點(diǎn)后，此導(dǎo)線中不會有電流通過。高壓帶電作業(yè)時(shí)，要求人體與高壓電線等電位，這樣人體即使碰到高壓電線也不會有電流通過，可以保證人身安全。注意：電路中用短線連接的兩點(diǎn)，對于同一參考點(diǎn)的電位應(yīng)該相等。兩點(diǎn)間連接有正常工作的元器件，就應(yīng)該有一定的電壓。57四、電動勢（1）電動勢的概念在圖示的電路中，正電荷在電場力作用下不斷從A極板經(jīng)負(fù)載流向B極板，如果沒有一種外力作用，A極板因正電荷的減少電位逐漸降低，而B極板則因正電荷的增多電位逐漸升高，這樣A、B兩點(diǎn)之間的電位差就會減小，最后減為零。連接導(dǎo)線上的電流也會減小，最后為零。58四、電動勢（1）電動勢的概念為了維持導(dǎo)線中的電流，必須使A、B兩極板間保持一定的電壓，這就要借助外力使移動到B極板的正電荷經(jīng)過另一路徑回到A極板，在這過程中外力要克服電場力做功，這種外力是非電場力，稱為電源力。為了衡量電源力對電荷做功的能力，引出電動勢這個(gè)物理量。59四、電動勢（1）電動勢的概念（2）電動勢的大小電動勢在數(shù)值上等于電源力將單位正電荷從電源負(fù)極（B點(diǎn)）移到電源正極（A點(diǎn)）所做的功，電動勢用E或US表示，即60電動勢的單位與電壓相同，也是V（伏[特]）。（3）電動勢的方向電動勢的實(shí)際方向規(guī)定為在電源內(nèi)部由低電位（負(fù)極）指向高電位（正極），即電位升高的方向，與電源電壓的實(shí)際方向相反，標(biāo)注如圖所示，參考方向也可用箭頭、雙下標(biāo)或“+”、“-”極性表示。61（4）電源端電壓與電動勢關(guān)系1）電源端電壓US反映的是電場力在外電路將正電荷由高電位點(diǎn)（正極）移向低電位點(diǎn)（負(fù)極）做功的能力。電動勢E反映的是電源力將電源內(nèi)部的正電荷從低電位點(diǎn)（負(fù)極）移向高電位點(diǎn)（正極）做功的能力。2）若不考慮電源內(nèi)損耗，則電源電動勢在數(shù)值上與它的端電壓相等，但實(shí)際方向相反，即E=-US。3）電源對電路的作用效果可以用電動勢來表示，也可以用電壓來表示，電動勢E和電壓US反映的是同一件事，所以，在很多情況下，常常不是用電動勢E而是用電源正負(fù)極之間的電壓來表示電源的作用效果。62（5）電動勢與電壓的區(qū)別1）電動勢與電壓具有不同的物理意義。電動勢表示的是非電場力（外力）做功的本領(lǐng)，而電壓則表示電場力做功的本領(lǐng)，電動勢使電源兩端產(chǎn)生電壓。2）對于一個(gè)電源來說，既有電動勢又有電壓。但電動勢僅存在于電源內(nèi)部，而電壓不僅存在于電源內(nèi)部，也存在于電源外部。3）電動勢與電壓的方向相反。電動勢是從低電位指向高電位，即電位升的方向：而電壓是從高電位指向低電位，即電位降的方向。63五、電功和電功率（1）電功電功，簡單地說就是電流所做的功（本質(zhì)上是電場所做的功）。電流在經(jīng)過電器設(shè)備時(shí)會發(fā)生能量的轉(zhuǎn)換，能量轉(zhuǎn)換的大小就是電流所做功的大小，用符號W表示，國際單位為焦耳(J)，常用單位為千瓦時(shí)（kWh），1kWh=3.6×106J。64五、電功和電功率（1）電功在圖示的電路中a、b兩點(diǎn)間的電壓為U，流過的電流為I，根據(jù)電壓的定義可知，當(dāng)正電荷q在電場的作用下通過電阻R從a點(diǎn)移到b點(diǎn)，電場所做的功為這個(gè)功也就是電阻R在t時(shí)間內(nèi)所吸收的電能，對于電阻來說吸收的電能全部轉(zhuǎn)換成熱能，其大小為65五、電功和電功率（2）電功率電功率就是能量轉(zhuǎn)換的速率，即單位時(shí)間內(nèi)電器設(shè)備能量轉(zhuǎn)換的大小，簡稱為功率。電功率的符號用P表示，在電流、電壓關(guān)聯(lián)參考方向下，電功率的計(jì)算公式為在直流電路中，電功率的計(jì)算公式為66這說明，當(dāng)電流、電壓取相關(guān)聯(lián)的參考方向時(shí)，某電路消耗的功率等于I與U兩者的乘積。由于電壓和電流都是代數(shù)量，故功率也是代數(shù)量，有正、有負(fù)。當(dāng)I與U參考方向一致時(shí)，若求得P>0，則電路實(shí)際消耗功率；若P<0，則電路消耗負(fù)功率，即實(shí)際提供功率。當(dāng)I與U參考方向不一致時(shí)，則電路消耗的功率為67在國際單位制中，功率的單位是W（瓦特）。此外，功率的單位還有kW（千瓦）和mW（毫瓦）。它們之間的關(guān)系為

1kW=103W=106

mW當(dāng)電路接通后，電路中就有了電能和非電能的轉(zhuǎn)換。根據(jù)能量轉(zhuǎn)換和守恒定律，電路中電源供出的電能應(yīng)等于負(fù)載消耗或吸收的電能的總和。（3）電功與電功率的區(qū)別1）電功是指一段時(shí)間內(nèi)電流所做的功，或者說一段時(shí)間內(nèi)負(fù)載消耗的能量；電功率是指單位時(shí)間內(nèi)電流所做的功，或者說是指單位時(shí)間內(nèi)負(fù)載消耗的電能。2）電功用電能表來計(jì)量，電功率用瓦特表測量。3）電功和電功率常用的單位分別是千瓦時(shí)和瓦（千瓦），這是兩個(gè)不同的概念，不能混淆。68（4）電流的熱效應(yīng)當(dāng)電流通過金屬導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體會發(fā)熱。這是因?yàn)殡娏魍ㄟ^導(dǎo)體時(shí)，要克服導(dǎo)體電阻的阻礙作用而做功，促使導(dǎo)體分子的熱運(yùn)動加劇，就有部分電能轉(zhuǎn)換為內(nèi)能，使導(dǎo)體的溫度升高，導(dǎo)體發(fā)出熱量。這種由電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能而放出熱量的現(xiàn)象，叫做電流的熱效應(yīng)。在導(dǎo)體中，若電能全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，則在一段時(shí)間內(nèi)，導(dǎo)體所發(fā)出的熱量就等于同一時(shí)間內(nèi)所耗用的電能。因此有691841年英國物理學(xué)家焦耳通過實(shí)驗(yàn)得出同樣結(jié)論：電流通過導(dǎo)體時(shí)所產(chǎn)生的熱量Q與電流I的平方、導(dǎo)體本身的電阻R以及通電時(shí)間t成正比，這個(gè)關(guān)系稱為焦耳定律。當(dāng)電流單位為A、電阻單位為Ω、時(shí)間單位為s時(shí)，熱量的單位為J（焦[耳]）。單位時(shí)間內(nèi)電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量，通常稱為電熱功率，其表示為70電流的熱效應(yīng)在日常生活和現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中都有很廣泛的應(yīng)用。例如，電飯煲、電熱水器、電焊、電烙鐵等，都是利用電流的熱效應(yīng)來為生產(chǎn)和生活服務(wù)的。同樣，電流的熱效應(yīng)也有不利的一面，因?yàn)楦鞣N電氣設(shè)備中的導(dǎo)線等都有一定的電阻，通電時(shí)，電氣設(shè)備的溫度會井高，如變壓器、電動機(jī)等電氣設(shè)備中，電流通過線圈時(shí)產(chǎn)生的熱量會使這些設(shè)備的溫度升高，如果散熱條件不好，嚴(yán)重時(shí)可能燒壞設(shè)備。71例1.1-2

在圖中，電流、電壓的參考方向已標(biāo)出。I1=4A，I1=10A，I3=-6A，U1=-60V，U2=60V，U3=-60V。求各元件的功率，并判斷是發(fā)出功率還是取用功率，驗(yàn)證功率是否平衡。解元件1：I與U參考方向一致P1<0，故元件1發(fā)出功率，是電源。P2>0，故元件2消耗功率，是負(fù)載。元件2：I與U參考方向一致72例1.1-2

在圖中，電流、電壓的參考方向已標(biāo)出。I1=4A，I1=10A，I3=-6A，U1=-60V，U2=60V，U3=-60V。求各元件的功率，并判斷是發(fā)出功率還是取用功率，驗(yàn)證功率是否平衡。解元件3：I與U參考方向不一致P3<0，故元件3發(fā)出功率，也是電源。功率平衡，說明計(jì)算正確。73任務(wù)二電路的基本規(guī)律1.2.1理想元件的特性一、電阻元件（1）電阻的基本概念對電流呈現(xiàn)的阻礙作用稱為電阻，用字母R表示。電路中各元件的電阻是客觀存在的，不是說有了電流才會有電阻。電路圖中常用的電阻符號如圖所示。74在國際單位制中，電阻的單位是Ω（歐[姆]），當(dāng)電路兩端的電壓為1V，通過的電流為1A時(shí)，則該段電路的電阻就為1Ω。較大的計(jì)量單位有kΩ（千歐）、MΩ（兆歐）。它們之間的換算關(guān)系

1Ω=10-3

kΩ=10-6MΩ習(xí)慣上人們常稱電阻元件為電阻，故“電阻”這個(gè)名詞以及它的符號R具有雙重含義，它既表示電路元件，又表示元件的參數(shù)。75（2）電阻定律導(dǎo)體的電阻不僅和導(dǎo)體的材料種類有關(guān)，而且還和導(dǎo)體的幾何尺寸有關(guān)。實(shí)驗(yàn)證明，同一材料的導(dǎo)體電阻和導(dǎo)體長度L成正比，和導(dǎo)體的截面積S成反比，這個(gè)結(jié)論稱為電阻定律。公式表達(dá)式為式中，L的單位為m；S的單位為mm2；R的單位為Ω；ρ叫做導(dǎo)體的電阻率，單位是Ωmm2／m。不同的材料電阻率不同。76需要指出，導(dǎo)體的電阻與溫度也有關(guān)系。通常金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度的升高而增大。一般金屬導(dǎo)體的電阻在溫度變化不大時(shí)其值變化很小，可以近似地認(rèn)為不變。有些半導(dǎo)體材料的電阻隨溫度升高而明顯減小，如熱敏電阻。有些金屬和某些合成材料，在溫度降到一定的值時(shí)，電阻突然變?yōu)榱?，這種現(xiàn)象稱為超導(dǎo)電性。超導(dǎo)電性的實(shí)用價(jià)值很大，已經(jīng)顯示出良好的前景。有關(guān)內(nèi)容可參閱相關(guān)資料。77（3）電阻的伏安特性表征電阻兩端電壓與電流之間關(guān)系的圖形曲線稱為電阻的伏安特性曲線。電阻可分為線性電阻和非線性電阻。如果伏安特性曲線是一條過原點(diǎn)的直線，如圖所示，這樣的電阻元件稱為線性電阻元件。線性電阻的阻值不變，與其工作電壓或電流無關(guān)。78（3）電阻的伏安特性還有許多電阻元件的伏安特性曲線是一條通過原點(diǎn)的曲線，這樣的電阻元件稱為非線性電阻元件，如二極管等。下圖所示為二極管伏安特性曲線。非線性電阻元件的阻值不是常數(shù)，而是隨著通過它的電流或電壓的變化而變化。79（4）電阻消耗的功率電阻元件總是在消耗功率，所以電阻元件是耗能元件。線性電阻元件的功率為一般式直流式一般式直流式一般式直流式一般式80理想電阻元件是從實(shí)際電阻器抽象出來的理想模型。像白熾燈、電爐、電烙鐵等這類實(shí)際耗電器件，當(dāng)忽略其電感、電容作用時(shí)，可將它們抽象為只具有消耗電能性質(zhì)的電阻元件。由于制作材料的電阻率與溫度有關(guān)，實(shí)際電阻元件通過電流后的發(fā)熱會使溫度升高而影響電阻阻值，例如40W白熾燈的燈絲電阻在不發(fā)光時(shí)阻值約為100Ω，正常發(fā)光時(shí)，燈絲溫度可達(dá)2000℃以上，這時(shí)的電阻超過1000Ω?？梢?，白熾燈不是線性電阻。但是在正常工作條件下，一般電阻器的伏安特性近似為一條直線，可以視為線性電阻。81二、電容元件（1）電容元件的基本概念電容器(簡稱電容)是一種存放電荷的容器，是電氣設(shè)備和電子產(chǎn)品中常用的電路元件，它的品種、規(guī)格很多，但就電容器的基本結(jié)構(gòu)而言，它都是由兩塊金屬極板中間充滿介質(zhì)（如空氣、云母、絕緣紙、塑料薄膜、陶瓷等）構(gòu)成，如圖（a）所示。82二、電容元件當(dāng)忽略電容器的漏電阻和電感時(shí)，可將其抽象為只具有儲存電場能量性質(zhì)的電容元件，如圖（b）所示。83研究表明，電容器極板上儲存的電荷q，與外加電壓u成正比，即式中，比例系數(shù)C稱為電容，是表征電容元件特性的參數(shù)。當(dāng)C是常數(shù)時(shí)，其庫伏特性是通過原點(diǎn)的一條直線，如圖（c）所示。庫伏特性為直線的電容稱為線性電容。一般電容器都可認(rèn)為是線性電容。84在國際單位制中，電容的單位是F（法[拉]）。當(dāng)將電容器充上1V的電壓時(shí)，極板上若儲存了1C（庫[侖]）的電荷，則該電容器的電容就是1F。工程上一般采用μF（微法）或pF（皮法）為單位。它們之間的關(guān)系為

1F=103mF=106

μF=109nF=1012

pF習(xí)慣上稱電容元件為電容，故電容這個(gè)名詞以及它的符號C有雙重含義，它既表示電容元件，又表示電容元件的參數(shù)。當(dāng)電容器的電容只與電容器的結(jié)構(gòu)、介質(zhì)、形狀有關(guān)，與電容兩端的電壓大小無關(guān)，是一個(gè)常數(shù)時(shí)，該電容器是一個(gè)線性電容元件。85（2）電容元件的電壓、電流關(guān)系當(dāng)電壓和電流的參考方向一致時(shí)，如圖所示，則有上式表明，電容元件中通過的電流是由于電容元件上儲存的電荷發(fā)生變化引起的，電流的大小與元件兩端的電壓對時(shí)間的變化率成正比，其比例常數(shù)為C。即只有電容上的電壓變化時(shí)，電容上才有電流流動。電壓變化越快，電流越大。當(dāng)電容元件兩端加恒定電壓時(shí)，因（du/dt）=0，故i=0，電容元件相當(dāng)于開路，可見電容元件有隔直流的作用。86（3）電容元件的電場能量電容器有時(shí)將電荷儲存在電容器中，有時(shí)將儲存在電容器中的電荷釋放出來。其儲存和釋放電荷的過程實(shí)質(zhì)上是電能與電場能相互轉(zhuǎn)換的過程。電容元件極板間儲存的電場能量為87該式表明，電容元件在某時(shí)刻儲存的電場能量只與該時(shí)刻電容元件的端電壓有關(guān)。電壓增加時(shí)，電容元件從電源吸收能量，儲存在電場中的能量增加，這個(gè)過程稱為電容的充電過程。當(dāng)電壓減小時(shí)，電容元件向外釋放電場能量，這個(gè)過程稱為電容的放電過程。電容在充放電過程中并不消耗能量。因此，電容元件是一種儲能元件，儲存的是電場能量。88實(shí)際的電容器除了具有上述的存儲電荷的主要性質(zhì)外，還有一些漏電現(xiàn)象。這是由于電容中的介質(zhì)不是理想的，多少有點(diǎn)導(dǎo)電能力的緣故。在這種情況下，電容器的模型中除了上述的電容元件外，還應(yīng)附加電阻元件。每一個(gè)電容器允許承受的電壓是有限的，電壓過高，介質(zhì)就會被擊穿。所以使用電容器時(shí)不應(yīng)超過它的額定工作電壓。89三、電感元件（1）電感元件的基本概念由導(dǎo)線繞成的線圈稱為電感線圈。當(dāng)電流通過線圈時(shí)，線圈周圍就建立了磁場，儲存能量，有磁力線(用磁通Φ表示)穿過線圈。磁力線的方向與電流方向有關(guān)，由右手螺旋定則確定。電感線圈及其電流與磁通的方向如圖(a)所示。若線圈有n匝，那么穿過線圈的總磁通(也稱磁鏈Ψ)為nΦ，，即Ψ=NΦ。磁通鏈的單位和磁通的單位相同，是Wb（韋[伯]）。90一個(gè)線圈的磁鏈Ψ與所通電流i的比值叫做電感線圈的自感系數(shù)，簡稱自感或電感，用符號L表示，其值決定于線圈的形狀、尺寸和媒質(zhì)。如電感元件的自感系數(shù)為常量，其韋安特性是通過原點(diǎn)的一條直線，如圖所示。這種電感元件就稱為線性電感。在同際單位制中，電感的單位為亨[利](H)，mH（毫亨）或μH（微亨）。它們之間的換算關(guān)系為

1H=103mH=106μH91習(xí)慣上人們常把電感元件稱為電感，故電感這個(gè)名詞以及它的符號L，既表示電路元件，又表示元件的參數(shù)，同樣有雙重含義。由于實(shí)際的電感線圈是用導(dǎo)線繞制而成的，因此實(shí)際線圈應(yīng)包含電感和損耗電阻兩部分。如果線圈的損耗電阻很小可以忽略不計(jì)時(shí)，則線圈可以等效為一個(gè)理想電感元件。理想電感元件的圖形符號如圖所示。92（2）電感元件的電壓、電流關(guān)系根據(jù)電磁感應(yīng)定律，當(dāng)電感元件中的電流i變化時(shí)，磁場也隨之變化，并在線圈中產(chǎn)生自感電動勢eL。當(dāng)電壓、電流、電動勢的參考方向一致時(shí)，如圖所示，則有93上式表明，電感元件兩端的電壓是與電感線圈中因電流變化而產(chǎn)生的自感電動勢相平衡的，電壓的大小與線圈電流對時(shí)間的變化率成正比，比率系數(shù)就是電感L。L是表征電感元件特性的參數(shù)。電流變化越快，電感元件產(chǎn)生的自感電動勢越大，與其平衡的電壓也越大。當(dāng)電感元件中流過穩(wěn)定的直流電流時(shí)，因（dq/dt）=0，eL=0，故u=0，這時(shí)電感元件相當(dāng)于短路，即電感對直流相當(dāng)于短路。94（3）電感元件的磁場能量當(dāng)電流通過電感線圈時(shí)，周圍會產(chǎn)生磁場，說明電路供給電感的電能此時(shí)轉(zhuǎn)化成了磁場能量，存儲在線圈中?？梢宰C明，在t時(shí)刻，電感元件儲存的磁場能量為式中，若L的單位為亨(H)，i的單位為安(A)，則WL的單位為焦[耳](J)。該式表明，電感元件在某時(shí)刻儲存的磁場能量，與該時(shí)刻流過的電流的二次方成正比。95當(dāng)電流增加時(shí)，電感元件從電路吸收電能，轉(zhuǎn)換為磁場能量儲存起來；當(dāng)電流減小時(shí)，它釋放磁場能量轉(zhuǎn)換為電能還給電路。電感與電阻不同，電感并不消耗能量，是一種儲能元件。實(shí)際的電感除了具有上述的存儲磁場能量的主要性質(zhì)外，還有一些能量損耗，模型中除了上述的電感元件外，還應(yīng)附加電阻元件。96四、理想電壓源若電源兩端的電壓恒定，與流過它的電流無關(guān)（即與外部負(fù)載的大小無關(guān)）時(shí)，該電源稱為理想電壓源，又稱為恒壓源。它相當(dāng)于一個(gè)只產(chǎn)生電動勢而沒有內(nèi)部能量損耗的電源。下圖是理想電壓源電路圖及其伏安特性曲線，圖中點(diǎn)畫線框內(nèi)是理想電壓源的符號。US為理想電壓源的電壓。理想電壓源的端電壓為97理想電壓源的電流I取決于外電路。理想電壓源實(shí)際上是不存在的，但如果一個(gè)實(shí)際電源的內(nèi)阻遠(yuǎn)小于負(fù)載電阻，則端電壓基本恒定，就可以忽略內(nèi)阻的影響，近似地認(rèn)為它是一個(gè)理想電壓源。通常，穩(wěn)壓電源（或稱為穩(wěn)壓器）和新的干電池都可近似地認(rèn)為是理想電壓源。98五、理想電流源若電源輸出的電流恒定，與外電路負(fù)載的大小無關(guān)時(shí)，該電源稱為理想電流源，又稱為恒流源。它相當(dāng)于一個(gè)只產(chǎn)生電流而沒有內(nèi)部能量損耗的電源。下圖是理想電流源電路圖及其伏安特性，圖中點(diǎn)畫線框內(nèi)是理想電流源的符號，IS為理想電流源的電流。理想電流源的輸出電流為99理想電流源的端電壓U取決于外電路。同樣，理想電流源實(shí)際上也是不存在的，但如果一個(gè)實(shí)際電源的內(nèi)阻遠(yuǎn)大于負(fù)載電阻，則電流基本恒定，也可近似地認(rèn)為是理想電流源。通常，恒流電源（或稱恒流器）、光電池和在一定條件工作的晶體管都可近似地認(rèn)為是理想電流源。一般來說，理想電壓源和理想電流源在電路中都是用來提供（產(chǎn)生）電能的，但有時(shí)也可能從電路中吸?。ㄏ模╇娔?，例如蓄電池工作時(shí)向外電路提供電能，而處于充電狀態(tài)時(shí)則從外電路吸取電能。如何判斷電源是提供電能還是吸取電能，可根據(jù)電壓、電流參考方向結(jié)合電功率值的正、負(fù)來確定。100例1.2-1電路如圖所示，求：（1）理想電壓源的電流和功率；（2）理想電流源的端電壓和功率。（3）電阻的端電壓和功率。解（1）電路為單回路，電路中各處的電流都相等，故（2）按圖中所示極性，可知理想電流源的端電壓理想電流源的電流方向與端電壓方向不一致，故（3）按圖中所示I的極性，可知電阻的端電壓（2）按圖中所示極性，可知理想電流源的端電壓（2）按圖中所示極性，可知理想電流源的端電壓理想電流源的電流方向與端電壓方向不一致，故（2）按圖中所示極性，可知理想電流源的端電壓理想電流源的電流方向與端電壓方向不一致，故（2）按圖中所示極性，可知理想電流源的端電壓（3）按圖中所示I的極性，可知電阻的端電壓理想電流源的電流方向與端電壓方向不一致，故（2）按圖中所示極性，可知理想電流源的端電壓（3）按圖中所示I的極性，可知電阻的端電壓理想電流源的電流方向與端電壓方向不一致，故（2）按圖中所示極性，可知理想電流源的端電壓101例1.2-1電路如圖所示，求：（1）理想電壓源的電流和功率；（2）理想電流源的端電壓和功率。（3）電阻的端電壓和功率。解電阻消耗的功率為理想電流源的功率為負(fù)值，表示它是提供功率的，是電路中的電源；理想電壓源的功率為正值，表示它是吸取功率的，是電路中的負(fù)載。計(jì)算結(jié)果說明電路中電源提供的功率等于負(fù)載消耗或吸收的功率總和。1021.2.2歐姆定律歐姆定律與基爾霍夫定律是分析電路的最基本也是最重要的定律。歐姆定律反映了線性元件上電流與電壓的約束關(guān)系，基爾霍夫定律反映了電路中電流之間或電壓之間的約束關(guān)系。本節(jié)先介紹歐姆定律。103一、部分電路的歐姆定律部分電路（一段電路）歐姆定律如圖所示。當(dāng)電阻兩端加上電壓時(shí)，電阻中就會有電流通過。德國物理學(xué)家歐姆用實(shí)驗(yàn)的方法研究并得出結(jié)論：在一段沒有電動勢而只有電阻的電路中，電流I與電阻兩端的電壓U成正比，與電阻R成反比，這個(gè)結(jié)論叫做歐姆定律。電流、電壓取關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)，歐姆定律可表示為104一、部分電路的歐姆定律部分電路（一段電路）歐姆定律如圖所示。當(dāng)電阻兩端加上電壓時(shí)，電阻中就會有電流通過。德國物理學(xué)家歐姆用實(shí)驗(yàn)的方法研究并得出結(jié)論：在一段沒有電動勢而只有電阻的電路中，電流I與電阻兩端的電壓U成正比，與電阻R成反比，這個(gè)結(jié)論叫做歐姆定律。電流、電壓取關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)，歐姆定律可表示為105由上式還可得出或或或需要指出的是，電流、電壓取非關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)，歐姆定律公式右邊應(yīng)加一負(fù)號。或106二、閉合電路的歐姆定律全電路歐姆定律如圖所示。圖中電源的電動勢E和電源的內(nèi)阻Ro構(gòu)成了電源的內(nèi)電路；負(fù)載電阻只是電源的外電路，外電路和內(nèi)電路共同組成了閉合電路。閉合電路的歐姆定律內(nèi)容為：閉合電路的電流跟電源的電動勢成正比，跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比。在圖示參考方向時(shí)，閉合電路的歐姆定律可表示為107由上式還可得出108式中IRo稱為電源的內(nèi)部壓降，U稱為電源的端電壓。當(dāng)電路閉合時(shí)，電源的端電壓U等于電源的電動勢E減去內(nèi)部壓降IRo。電流愈大，則電源的端電壓下降得愈多。注意：歐姆定律與電阻定律不同，不要混淆。1091.2.3電阻的串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)在電路中元件的連接形式是多種多樣的，其中最基本的是串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)。一、電阻的串聯(lián)如果在電路中有若干個(gè)電阻按照順序首尾相連，各電阻通過同一電流，這樣的連接稱為電阻的串聯(lián)。為了方便起見，下面以兩個(gè)電阻為例討論問題，所得結(jié)論同樣適合多個(gè)電阻情況。110一、電阻的串聯(lián)圖（a）所示是兩個(gè)電阻串聯(lián)的電路，它可以用一個(gè)等效電阻（有時(shí)稱為這兩個(gè)電阻的總電阻）來代替，如圖（b）所示。等效的條件是在同一電壓U的作用下電流I保持不變。111串聯(lián)電阻電路的特點(diǎn)：①各串聯(lián)電阻中流過的電流相同，即②兩端總電壓等于各個(gè)電阻上的電壓之和，即③總電阻等于各個(gè)串聯(lián)電阻之和，等效電阻比每個(gè)電阻都大，即④串聯(lián)電阻上電壓的分配與其阻值成正比，電阻越大，分得的電壓越高，即②兩端總電壓等于各個(gè)電阻上的電壓之和，即③總電阻等于各個(gè)串聯(lián)電阻之和，等效電阻比每個(gè)電阻都大，即②兩端總電壓等于各個(gè)電阻上的電壓之和，即③總電阻等于各個(gè)串聯(lián)電阻之和，等效電阻比每個(gè)電阻都大，即②兩端總電壓等于各個(gè)電阻上的電壓之和，即④串聯(lián)電阻上電壓的分配與其阻值成正比，電阻越大，分得的電壓越高，即③總電阻等于各個(gè)串聯(lián)電阻之和，等效電阻比每個(gè)電阻都大，即②兩端總電壓等于各個(gè)電阻上的電壓之和，即④串聯(lián)電阻上電壓的分配與其阻值成正比，電阻越大，分得的電壓越高，即③總電阻等于各個(gè)串聯(lián)電阻之和，等效電阻比每個(gè)電阻都大，即②兩端總電壓等于各個(gè)電阻上的電壓之和，即112⑤串聯(lián)電路消耗的總功率等于并聯(lián)各電阻消耗的功率之和，即二、電阻的并聯(lián)如果在電路中有若干個(gè)電阻的首、尾分別相連，并承受同一電壓，這樣的連接稱為電阻的并聯(lián)。圖（a）所示是兩個(gè)電阻并聯(lián)的電路，它也可以用一個(gè)等效電阻（有時(shí)稱為這兩個(gè)電阻的總電阻）來代替，如圖（b）所示。113并聯(lián)電阻電路的特點(diǎn)：①各并聯(lián)電阻兩端的電壓相等。即④并聯(lián)各電阻上電流的分配與電阻的大小成反比，電阻越大，電流越小，即并聯(lián)電路的等效電阻比每個(gè)電阻都小。③并聯(lián)電阻的總電阻（等效電阻）的倒數(shù)等于各個(gè)并聯(lián)電阻的倒數(shù)之和。即②電路總電流等于各個(gè)并聯(lián)電阻上的電流之和。即114⑤并聯(lián)電路消耗的總功率等于并聯(lián)各電阻消耗的功率之和，即三、電阻的混聯(lián)實(shí)際應(yīng)用的電路大多包含串聯(lián)電路和并聯(lián)電路，既有電阻的串聯(lián)又有電阻的并聯(lián)的電路叫電阻的混聯(lián)，如圖所示。115混聯(lián)電路的串聯(lián)部分具有串聯(lián)的性質(zhì)，并聯(lián)部分具有并聯(lián)的性質(zhì)。計(jì)算混聯(lián)電路的等效電阻時(shí)，一般采用電阻逐步合并的方法，關(guān)鍵在于認(rèn)清總電流的輸入端與輸出端以及公共連接端點(diǎn)，由此來分清各電阻的連接關(guān)系；再根據(jù)串、并聯(lián)電路的基本性質(zhì)，對電路進(jìn)行等效簡化，畫出等效電路圖；最后計(jì)算出電路的總電阻。116計(jì)算混聯(lián)電路的等效電阻的步驟大致如下：1）先要把電路整理和化簡成容易看清的串聯(lián)或并聯(lián)關(guān)系。2）根據(jù)簡化的電路進(jìn)行計(jì)算。

(a)中電阻R2和R3并聯(lián)后與電阻R1串聯(lián)，圖(b)為電阻R2和R3并聯(lián)后的等效電路，圖(c)為混聯(lián)電路的等效電路，其等效電阻為1171.2.4實(shí)際電源的兩種模型在電路中，一個(gè)實(shí)際電源在提供電能的同時(shí)，必然還要消耗一部分電能。因此，實(shí)際電源的電路模型應(yīng)由兩部分組成：一是用來表征產(chǎn)生電能的理想電源元件，另一部分是表征消耗電能的理想電阻元件。由于理想電源元件有理想電壓源和理想電流源兩種，故實(shí)際電源的電路模型也有兩種，即電壓源模型和電流源模型。118一、電壓源模型一個(gè)實(shí)際的電源（無論是發(fā)電機(jī)、電池還是各種信號源）可以用一個(gè)理想電壓源和一個(gè)內(nèi)阻相串聯(lián)的理想電路元件的組合來代替。這種電源的電路模型稱為實(shí)際電源的電壓源模型。圖（a）所示的電路是電壓源模型與外電路的連接。119使用電源時(shí)，人們最關(guān)心的問題是當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，電路中的電流I與電源的端電壓U將如何變化。U與I之間的關(guān)系，稱為電源的外特性。直流電壓源模型的外特性方程為式中US和R0是常數(shù)U與I之間的關(guān)系是線性關(guān)系，I=0時(shí)，U=US；U=0時(shí)，I=US

/R0。由這兩個(gè)特殊點(diǎn)即可做出外特性曲線，如圖（b）所示。120當(dāng)電壓源模型接負(fù)載工作時(shí)，輸出電壓U在數(shù)值上小于電源的電壓US，兩者之差是內(nèi)阻上的電壓降△U=IR0。當(dāng)外電路的電阻RL減小時(shí)，輸出電流I增加，輸出電壓U隨之下降?？梢姡妷涸茨Ｐ偷亩穗妷篣和輸出電流I都不是定值，都與外電路的情況有關(guān)。從電壓源模型的外特性可以看出，內(nèi)阻越小，輸出電流變化時(shí)輸出電壓的變化就越小，即輸出電壓越穩(wěn)定，外特性曲線越平。在理想情況下，內(nèi)阻R0=0，U為定值，即成為理想電壓源，它的外特性曲線是一條平行于I軸的直線，如圖所示。121二、電流源模型直流電壓源模型的外特性方程可改寫為式中IS

是電源的短路電流，IS=US

/R0；I是電源的輸出電流；U是電源的端電壓；R0為電源內(nèi)阻。122上式表明，一個(gè)實(shí)際電源也可以用一個(gè)理想電流源，IS和電阻R0相并聯(lián)的電路模型來表示，如圖（a）所示，這種電源的電路模型稱為電流源模型。123上式是直流電流源模型的外特性方程。式中，IS和R0是常數(shù)，I和U之間的關(guān)系是線性關(guān)系，U=0時(shí)，I=IS；I=0時(shí)，U=ISR0。由這兩點(diǎn)可作外特性曲線，如圖（b）所示。124電流源模型接負(fù)載工作時(shí)，IS不能全部輸送出去，有一部分在內(nèi)阻上通過，故I小于IS，兩者之差△I=U/R0。當(dāng)外電路的電阻增加時(shí)，由分流公式可知，在內(nèi)阻上通過的電流增大，內(nèi)阻上的壓降也增大，即電流源模型的輸出電壓U增加，這時(shí)輸出電流減小。可見，電流源模型的輸出電流I和端電壓U也不是定值，也與外電路的情況有關(guān)。從電流源模型的外特性可以看出，內(nèi)阻越大，輸出電壓變化時(shí)輸出電流的變化就越小，即輸出電流越穩(wěn)定，直線越平。在理想情況下，內(nèi)阻無窮大，I為定值，即成為理想電流源，它的外特性曲線是一條平行于U軸的直線，如圖所示。125三、電壓源模型和電流源模型的等效變換電壓源模型和電流源模型都可作為同一個(gè)實(shí)際電源的電路模型，可以有相同的外特性，因此，相互之間可以進(jìn)行等效變換。如已知US與R0串聯(lián)的電壓源模型，則與其等效的電流源模型為IS與R0并聯(lián)，IS=US/R0；如已知IS與R0并聯(lián)的電流源模型，則與之等效的電壓源模型為US與R0串聯(lián)，US=ISR0。126三、電壓源模型和電流源模型的等效變換實(shí)際上，凡是理想電壓源US與電阻串聯(lián)的電路都可與理想電流源IS與電阻并聯(lián)的電路等效變換，如圖所示。電路的等效變換有時(shí)能使復(fù)雜的電路變得簡單，便于分析計(jì)算。127在進(jìn)行電壓源模型和電流源模型的等效變換時(shí)還需注意：①等效變換是對外電路等效，對電源內(nèi)部并不等效。如當(dāng)外電路開路時(shí)，電壓源模型中無電流，內(nèi)電阻不消耗功率；而電流源模型中仍有內(nèi)部電流，內(nèi)電阻要消耗一定的功率。②等效變換時(shí)兩種電路模型的極性必須一致，即電流源模型流出電流的一端與電壓源模型的正極性端相對應(yīng)。③理想電壓源和理想電流源不能進(jìn)行這種等效變換。因?yàn)槔硐腚妷涸吹膬?nèi)阻R0=0，而理想電流源的內(nèi)阻R0=∞，兩者不滿足等效變換條件。再者，理想電壓源的電壓恒定不變，電流隨外電路而變；而理想電流源的電流恒定，電壓隨外電路而變。故兩者不能等效。128例1.2-2設(shè)有兩臺直流發(fā)電機(jī)并聯(lián)工作，共同供電給R=24Ω的負(fù)載電阻。其中一臺發(fā)電機(jī)的電動勢為130V，內(nèi)阻為1Ω；另一臺發(fā)電機(jī)的電動勢為117V，內(nèi)阻為0.6Ω。試求負(fù)載電流。解：先將兩臺直流發(fā)電機(jī)用電壓源模型代替并畫出電路如圖（a）所示。圖中US1=130V，R1=1Ω；US2=117V，R2=0.6Ω；129例1.2-2設(shè)有兩臺直流發(fā)電機(jī)并聯(lián)工作，共同供電給R=24Ω的負(fù)載電阻。其中一臺發(fā)電機(jī)的電動勢為130V，內(nèi)阻為1Ω；另一臺發(fā)電機(jī)的電動勢為117V，內(nèi)阻為0.6Ω。試求負(fù)載電流。解：再利用電壓源模型與電流源模型的等效變換關(guān)系，將電壓源模型變換成電流源模型，如圖（b）所示。圖中IS1=US1/R1=（130/1）A=130AIS2=US2

/R2=（117/0.6）A=195A130例1.2-2設(shè)有兩臺直流發(fā)電機(jī)并聯(lián)工作，共同供電給R=24Ω的負(fù)載電阻。其中一臺發(fā)電機(jī)的電動勢為130V，內(nèi)阻為1Ω；另一臺發(fā)電機(jī)的電動勢為117V，內(nèi)阻為0.6Ω。試求負(fù)載電流。解：然后將兩個(gè)并聯(lián)的電流源模型合并成一個(gè)等效電流源模型，如圖（c）所示。圖中再利用電壓源模型與電流源模型的等效變換關(guān)系，131例1.2-2設(shè)有兩臺直流發(fā)電機(jī)并聯(lián)工作，共同供電給R=24Ω的負(fù)載電阻。其中一臺發(fā)電機(jī)的電動勢為130V，內(nèi)阻為1Ω；另一臺發(fā)電機(jī)的電動勢為117V，內(nèi)阻為0.6Ω。試求負(fù)載電流。解：所以負(fù)載電流132任務(wù)三電路的工作狀態(tài)實(shí)際電路在使用過程中，可能處于有載、空載或短路三種不同的基本狀態(tài)。如圖所示。用U1表示電源的端電壓（UAB），用U2表示負(fù)載的端電壓（UCD），下面來討論電路的狀態(tài)。（a）有載狀態(tài)（b）開路狀態(tài)（c）短路狀態(tài)1331.3.1有載狀態(tài)電路的有載狀態(tài)是電路的一般工作狀態(tài)，如圖所示。此時(shí)電路有下列特征：①電路中的電流為當(dāng)電源的US、R0一定時(shí)，電流由負(fù)載電阻R的大小來決定。②電源的端電壓為電源的端電壓總是小于電源的電壓。這是因?yàn)殡娫吹碾妷篣S減去內(nèi)阻電壓降IR0后，才是電源的輸出電壓U1。若忽略線路上的壓降，則負(fù)載的端電壓U2等于電源的端電壓U1。134③電源的輸出功率為上式表明，電源電壓發(fā)出的功率USI減去內(nèi)阻上的消耗才是供給外電路的功率P1。即電源發(fā)出的功率等于電路各部分所消耗的功率和。由此可見，整個(gè)電路中功率是平衡的。135在恒壓供電的系統(tǒng)中，一般用電設(shè)備都是并聯(lián)于供電線路上的，因此，接入的負(fù)載越多，總電阻越小，電路中電流便越大，輸出功率也越大。在電工技術(shù)上把這種情況稱為負(fù)載增大。顯然，所謂負(fù)載大小指的是負(fù)載電流或功率的大小，而不是電阻的大小。在實(shí)際電路中，所有電氣設(shè)備和元器件，其工作電流、電壓和功率等，都有一定的使用限額，這種限額稱為額定值。136額定值是制造廠綜合考慮產(chǎn)品的可靠性、經(jīng)濟(jì)性和使用壽命等因素而制定的，它是使用者使用電氣設(shè)備和元器件的依據(jù)。例如某白熾燈標(biāo)明220V、100W，這就是它的額定值，即額定電壓為220V，額定功率為100W。它告訴使用者，該白熾燈在220V電壓下才能正常工作，這時(shí)消耗功率為100W。通過計(jì)算還可求得該白熾燈在220V電壓下流過的電流為I=P／U=（100／220）A=0.5A，這便是該白熾燈的額定電流。如果使用值超過額定值較多，會使電氣設(shè)備和元器件損傷，影響壽命，甚至燒毀；如果使用值低于額定值較多，則不能正常工作，有時(shí)也會造成設(shè)備的損壞。137例如電壓過低時(shí)，白熾燈發(fā)光不足，電動機(jī)因拖不動生產(chǎn)機(jī)械而發(fā)熱。因此，電氣設(shè)備和元器件在使用值等于額定值時(shí)工作是最合理的，既保證能可靠工作，充分發(fā)揮其效能，又保證有足夠的使用壽命。額定值用帶有下標(biāo)“N”的字母來表示。如額定電壓和額定電流分別用UN和IN表示，額定功率用PN表示，這些額定值常標(biāo)記在設(shè)備的銘牌上。通常，當(dāng)實(shí)際使用值等于額定值時(shí)，電氣設(shè)備的工作狀態(tài)稱為額定狀態(tài)（或滿載）；當(dāng)實(shí)際功率或電流大于額定值時(shí)，電氣設(shè)備工作在過載（或超載）狀態(tài)；當(dāng)實(shí)際功率和電流小于額定值時(shí)，電氣設(shè)備工作在輕載（或欠載）狀態(tài)。1381.3.2開路狀態(tài)開路狀態(tài)又稱為斷路（或空載）狀態(tài)，如圖所示，當(dāng)開關(guān)斷開（控制性斷路）或連接導(dǎo)線松脫（故障性斷路），都會發(fā)生這種狀態(tài)。電路空載時(shí)，外電路所呈現(xiàn)的電阻可視為無窮大，故電路具有下列特征：①電路中的電流為零，即②電源的端電壓等于電源的電壓，即此電壓稱為空載電壓或開路電壓，用UOC表示，其值等于電源電動勢。由此可以得出測量電源電動勢的方法。③電源的輸出功率P1和負(fù)載所吸收的功率P2均為零。這是因?yàn)?，電源對外不輸出電流，?391.3.3短路狀態(tài)當(dāng)電源的兩個(gè)輸出端鈕（A、