直流電路基礎(chǔ)知識(shí)

1、直流電路基礎(chǔ)知識(shí),講師：xxx,xx（公司）-xx（部門）-xx（類別）,日期xx-xx-xx,前言,知識(shí)目標(biāo)： 了解電流、電壓、電動(dòng)勢(shì)的基本概念，掌握其單位及單位的換算； 了解電阻的概念和電阻與溫度的關(guān)系； 掌握歐姆定律，熟練應(yīng)用歐姆定律進(jìn)行計(jì)算； 理解電能和電功率的概念，掌握焦耳定律，掌握電能、電功率的計(jì)算。 會(huì)使用直流電壓表、電流表,基本物理量,歐姆定律,電路的連接,電功和電功率,電流的熱效應(yīng)、短路,直流電路,1.1電路的組成,1.直流電路,電路就是電流流過(guò)的路徑。它由電源、負(fù)載、連接導(dǎo)線和開(kāi)關(guān)等組成。 當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，電路中有電流通過(guò)，負(fù)載就可以工作，叫做接通電路，即合閘。當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，

2、電路中沒(méi)有電流通過(guò)，負(fù)載停止工作，叫做斷開(kāi)電路，即分閘。,（1）電源 電源是電路的源泉，它為電路提供電能?，F(xiàn)在應(yīng)用的電源有各種干電池電源、太陽(yáng)能電源、風(fēng)力發(fā)電電源、火力發(fā)電電源、水力發(fā)電電源、核能發(fā)電電源等。 （2）導(dǎo)線 導(dǎo)線構(gòu)成電路的通路。因?yàn)橛猛静煌?，?dǎo)線的種類繁多，主要用于電力系統(tǒng)作為輸電導(dǎo)線。 （3）開(kāi)關(guān) 開(kāi)關(guān)是控制電路通、斷的電器（設(shè)備），根據(jù)用途不同，其體積、形狀差別很大。用在電子儀器、設(shè)備上的有微型開(kāi)關(guān)；用在電力設(shè)備上的有耐高壓、大電流的高壓開(kāi)關(guān)，用在運(yùn)動(dòng)設(shè)備上有接近開(kāi)關(guān)，用在一般設(shè)備上的有刀開(kāi)關(guān)、空氣開(kāi)關(guān)等。,1.直流電路,（4）負(fù)載 負(fù)載是消耗電能的設(shè)備，電路通過(guò)負(fù)載，將電源

3、的電能轉(zhuǎn)化為熱能、機(jī)械能、光能等其他形式的能，為人們所用。電路的負(fù)載常用的有以電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的各種機(jī)械；以電阻加熱的電爐、電熱器、電吹風(fēng)、電烙鐵等；以發(fā)光為目的的各種電光源；在電子電路中的各種耗能器件，發(fā)射裝置等，都可以視為電源的負(fù)載。,1.直流電路,各類開(kāi)關(guān),電路負(fù)載,（a）低壓電路翹板開(kāi)關(guān),（b）低壓電器斷路器,電路符號(hào),（a）電動(dòng)機(jī),（b）節(jié)能燈,電路符號(hào),如圖所示為最簡(jiǎn)單的電路。負(fù)載、連接導(dǎo)線和開(kāi)關(guān)稱為外電路，電源內(nèi)部的一段電路稱內(nèi)電路,1.直流電路,（1）電流 導(dǎo)體中的自由電子在電場(chǎng)力的作用下，做有規(guī)則的定向移動(dòng)，就行成了電流。習(xí)慣上規(guī)定正電荷移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞣较颉Ｒ虼嗽诮饘賹?dǎo)體中，電流

4、的方向是和自由電子的實(shí)際移動(dòng)方向相反的。 （2）電流強(qiáng)度 電流的大小用電流強(qiáng)度(簡(jiǎn)稱電流)來(lái)表示，其數(shù)值等于單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體截面的電荷量，通常用符號(hào)I表示，即,2.基本物理量,式中：I-電流強(qiáng)度 Q-通過(guò)導(dǎo)體截面的電荷量 t-通過(guò)電荷量Q所用的時(shí)間,2.基本物理量,電流強(qiáng)度的單位可用千安(KA)、安(A)、毫安(mA)表示，即,直流電流的大小和方向都不隨時(shí)間變化，用大寫字母I表示。,（3）電位、電壓 電場(chǎng)中某點(diǎn)的電位，在數(shù)值上等于單位正電荷沿任意路徑從該點(diǎn)移至無(wú)限遠(yuǎn)處的過(guò)程中電場(chǎng)力所做的功。其單位為伏特，簡(jiǎn)稱伏(V)。 在電場(chǎng)中電位等于零的點(diǎn)叫做參考點(diǎn)，凡電位高于零電位的點(diǎn)，電位為正，凡電位

5、低于零電位的點(diǎn)，其電位為負(fù)。通常往往以大地作為參考點(diǎn)。 電場(chǎng)中兩點(diǎn)之間的電位差，稱為電壓，其表達(dá)式為：,2.基本物理量,式中：A-電場(chǎng)力所做的功 Q-電荷量 U-兩點(diǎn)之間的電位差，即電壓,2.基本物理量,電壓的單位可用千伏(kV)、伏(V)、毫伏(mV)表示，即,電場(chǎng)中各點(diǎn)的電位，隨著參考點(diǎn)的改變而不同，但是無(wú)論參考點(diǎn)如何改變，任意兩點(diǎn)間的電位差是不變的。電壓的正方向是從高電位點(diǎn)指向低電位點(diǎn)。,2.基本物理量,（4）電動(dòng)勢(shì) 在電場(chǎng)中，將單位正電荷由低電位移向高電位時(shí)外力所作的功稱為電動(dòng)勢(shì)，其表達(dá)式為：,式中：A-外力所作的功 Q-電荷量 t-電動(dòng)勢(shì) 電動(dòng)勢(shì)的正方向規(guī)定為由低電位指向高電位，即電

6、位升高的方向。,（5）電流、電動(dòng)勢(shì)和電壓的測(cè)量 電流的大小用電流表來(lái)測(cè)量，測(cè)量時(shí)將電流表串聯(lián)在被測(cè)的電路中。表的“”端為電流的流入端；表的“”端為電流的流出端。根據(jù)表針?biāo)甘镜目潭龋x出電流的大小。,2.基本物理量,電動(dòng)勢(shì)和電壓可用電壓表來(lái)測(cè)量，測(cè)量時(shí)將表的兩個(gè)接線端并聯(lián)在被測(cè)電壓的兩端 ，測(cè)量時(shí)表的“+”接線端接被測(cè)電壓的正極，“-”接線端接被測(cè)電壓的負(fù)極。根據(jù)表針?biāo)甘镜目潭龋x出電壓的大小。,2.基本物理量,（6）電阻 在電場(chǎng)力的作用下，電流在導(dǎo)體中流動(dòng)時(shí)，所受到的阻力，稱為電阻，用“R”或“r”表示。電阻常用的單位為：兆歐(M)、千歐(k)、歐（）,2.基本物理量,當(dāng)導(dǎo)體兩端的電壓是1

7、V，導(dǎo)體中的電流是1A時(shí)，這段導(dǎo)體的電阻為1 ,2.基本物理量,實(shí)驗(yàn)證明，在一定的溫度下，截面積均勻、材料相同的一段金屬導(dǎo)體電阻的大小，與其長(zhǎng)度成正比，與其截面積成反比，并與其材料有關(guān)，這種關(guān)系稱為電阻定律，可用公式表示為,式中：R-導(dǎo)體的電阻 L-導(dǎo)體長(zhǎng)度 S-導(dǎo)體截面及 -電阻率,2.基本物理量,導(dǎo)體的電阻率是指在溫度為20時(shí)，長(zhǎng)1m、截面為1mm2的導(dǎo)體的電阻值。 導(dǎo)體的電阻還與導(dǎo)體的溫度有關(guān)。一般金屬材料的電阻是隨溫度的升高而增加，但電解液導(dǎo)體是隨溫度的升高而降低考慮溫度影響時(shí)的電阻，應(yīng)為：,式中：-導(dǎo)體材料的電阻溫度系數(shù)，即溫度每增加1時(shí)，導(dǎo)體電阻的變化值與原電阻的比值 R1-溫度為

8、t1時(shí)的電阻值 R2-溫度升高到t2時(shí)的導(dǎo)體的電阻,能很好傳導(dǎo)電流的物體叫導(dǎo)體，基本不能傳導(dǎo)電流的物體叫絕緣體，導(dǎo)體能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)叫做半導(dǎo)體。 導(dǎo)體和絕緣體是相對(duì)的。若外界條件促使絕緣體內(nèi)部自由電荷增加(如灰塵、水分、溫度等)，就會(huì)使絕緣體向?qū)w方向轉(zhuǎn)化，失去絕緣體的作用，這種現(xiàn)象就是平常所說(shuō)的絕緣劣化。 導(dǎo)體的電阻可用歐姆表來(lái)測(cè)量，絕緣體的絕緣電阻可用絕緣搖表(兆歐表)來(lái)測(cè)量。,2.基本物理量,歐姆定律是表示電壓（或電勢(shì)）、電流和電阻三者關(guān)系的基本定律。 如圖所示為部分電路：,3.歐姆定律,部分電路,實(shí)驗(yàn)證明，通過(guò)電阻的電流與電阻兩端所加的電壓成正比、與電阻成反比，稱部分電路

9、的歐姆定律，即：,如果電路包括電源在內(nèi)，稱為全電路。,3.歐姆定律,全電路,在這樣的閉合電路中，電路中的電流與電源的電動(dòng)勢(shì)成正比，與電路中負(fù)載電阻及電源內(nèi)阻之和成反比，稱為全電路歐姆定律，即：,E-電源電動(dòng)勢(shì) R，r0 -分別為負(fù)載電阻和電源的內(nèi)阻 I-電路中流過(guò)的電流,如果要考慮連接導(dǎo)線的電阻時(shí)，則總電阻中還要加上導(dǎo)線的電阻值。,電路的連接，有串聯(lián)和并聯(lián)及混聯(lián)三種形式。 （1）串聯(lián)電路 1.電阻的串聯(lián) 凡是將電阻首尾依次相連，使電流只有一條通路的接法叫做電阻的串聯(lián)。 在電阻串聯(lián)電路中，具有下列特點(diǎn)： 串聯(lián)電路中各電阻流過(guò)的電流都相等，即I=I1=I2=I3 總電壓等于各電阻上電壓降之和，即U

10、=U1+U2+U3 總電阻R為各個(gè)負(fù)載電阻之和，即R=R1+R2+R3 各電阻上電壓降之比等于其電阻比，即U1/U2=R1/R2,4.電路的連接,2.電源的串聯(lián) 將前一個(gè)電源的負(fù)極和后一個(gè)電源的正極依次連接起來(lái)，即為電源的串聯(lián)。電源這樣連接可以獲得較大的電源電壓。 串聯(lián)電源的總電勢(shì)為 E=E1+E2+E3+En 總內(nèi)阻為r0=r01+r02+r03+r0n 串聯(lián)電源發(fā)出的總電流為：,4.電路的連接,（2）并聯(lián)電路 1.電阻的并聯(lián) 將電路中若干個(gè)電阻并排連接起來(lái)的接法，稱為電阻的并聯(lián)。,4.電路的連接,并聯(lián)電路,電阻的并聯(lián)電路具有以下特點(diǎn)： 各電阻兩端的電壓均相等，即U=U1=U2=U3 電路總

11、電流等于電路中各支路電流之總和，即I=I1=I2=I3，可起到分流作用 電路總電阻R的倒數(shù)等于各個(gè)支路電阻倒數(shù)之和，即1/R=1/R1+1/R2+1/R3，并聯(lián)負(fù)載愈多，電路的總電阻愈小，電源供給的電流愈大，即負(fù)荷愈重。 通過(guò)各支路的電流與各自電阻成反比，即I1/I2=R2/R1。,4.電路的連接,2.電源的并聯(lián) 把所有電源的正極連接在一起，作為電源的正極，把所有電源的負(fù)極也連接在一起，作為電源的負(fù)極，然后接到電路中，稱為電源的并聯(lián)。用蓄電池作電源時(shí)，其并聯(lián)必須具備兩個(gè)條件：一是每個(gè)電源的電勢(shì)必須相等，二是每個(gè)電源的內(nèi)電阻必須相同。這時(shí)，總電動(dòng)勢(shì)仍等于一個(gè)電源的電動(dòng)勢(shì)，而流過(guò)外電路的電流等于流

12、過(guò)各電源的電流總和。故在需要較大輸出電流時(shí)，常采用電源的并聯(lián)。,4.電路的連接,3.混聯(lián)電路 電路中既有元件的串聯(lián)又有元件的并聯(lián)，稱為混聯(lián)電路，也叫復(fù)聯(lián)電。對(duì)于混聯(lián)電路的計(jì)算，要根據(jù)電路的具體情況應(yīng)用有關(guān)串聯(lián)和并聯(lián)的特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行。一般步驟為： 求出各元件串聯(lián)和并聯(lián)的等效電阻值，再計(jì)算電路的總電阻值； 由電路總電阻值和電路的端電壓，根據(jù)歐姆定律計(jì)算出電路的總電流； 根據(jù)元件串聯(lián)的分壓關(guān)系和元件并聯(lián)的分流關(guān)系，逐步推算出各部分的電壓和電流。,4.電路的連接,（1）電功 電流所做的功叫做電功，用符號(hào)A表示。 電流的大小與電路中的電流、電壓以及通電時(shí)間成正比，用公式表示為A=UIt=I2Rt 式中 U-

13、電路兩端的電壓 I-電路電流 R-電路的電阻 t-通電時(shí)間 電功及電能量的單位名稱是焦耳，單位符號(hào)是J，另一單位名稱是千瓦時(shí)，單位符號(hào)為kWh。它們之間的關(guān)系是1kWh=3.6兆焦,5.電功和電功率,（2）電功率 電流在單位時(shí)間內(nèi)所做的功叫做電功率，用字母P表示。用公式表示為P=A/t=UI=I2R=U2/R 式中 A-電功 t-做功的時(shí)間 U-電壓 I-電流 R-電阻 電功率的單位名稱為瓦特，單位符號(hào)位W，功率較大時(shí)，用“千瓦”或“兆瓦”作單位，寫作“kW”、“MW”。,5.電功和電功率,（1）電流的熱效應(yīng) 電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，由于自由電子的碰撞，電能就不斷地轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，這種電流通過(guò)導(dǎo)體會(huì)產(chǎn)生熱

14、的現(xiàn)象，稱為電流的熱效應(yīng)。 電與熱的轉(zhuǎn)化關(guān)系為：Q=I2Rt=W 式中 I-導(dǎo)體中通過(guò)的電流 R-導(dǎo)體的電阻 t-電流通過(guò)導(dǎo)體的時(shí)間 W-消耗的電能 Q-導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量,6.電流的熱效應(yīng)、短路,（2）短路 如果電源通向負(fù)載的兩根導(dǎo)線不經(jīng)過(guò)負(fù)載而相互直接接通，就發(fā)生了電源被短路的情況。這時(shí)電路中的電流可能增大到遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)導(dǎo)線所允許的電流限度。 短路會(huì)造成電氣設(shè)備的過(guò)熱，甚至燒毀電氣設(shè)備，引起火災(zāi)。同時(shí)，短路電流還會(huì)產(chǎn)生很大的電動(dòng)力，造成電氣設(shè)備損壞。嚴(yán)重的短路事故甚至還會(huì)破壞系統(tǒng)穩(wěn)定。所以對(duì)運(yùn)行中的電氣設(shè)備應(yīng)采取一定的保護(hù)措施，例如安裝自動(dòng)開(kāi)關(guān)、熔斷器等，當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí)，這些裝置可將短路點(diǎn)及時(shí)切除，以限制短路造成的破壞。,6.電流的熱效應(yīng)、短路,1電阻兩端電壓為10V時(shí)，電阻為10，當(dāng)電壓升至20V時(shí)，電阻值將為20。 （ ） 2“110V，40W”的燈泡在220V的電源上能正常工作。（ ） 3若選擇不同的零點(diǎn)位點(diǎn)時(shí)，電路中各點(diǎn)的電位將發(fā)生變化，但電路中任意兩點(diǎn)的電壓卻不會(huì)改變。（ ） 4幾個(gè)電阻并聯(lián)后的總電阻值一定小于其中任一個(gè)電阻的阻值。（ ） 5電路中某兩點(diǎn)的電位都很高，則該兩點(diǎn)間電壓一定很大。（ ） 6當(dāng)電路處于通路狀態(tài)時(shí)，