1、第 1 章电路的基本概念第1章电路的基本概念1.1电流电流1.2电动势、电动势、电压和电位电压和电位1.3电路电路1.4电阻和欧姆定律电阻和欧姆定律1.5电能和电功率电能和电功率本章小结本章小结习题习题实验一直流电流、电压的测量实验一直流电流、电压的测量第 1 章电路的基本概念 1.1 电电 流流我们知道生活中的白炽灯之所以会发光发热，是因为有电流流过电灯内部。那么到底什么是电流？电流是怎么形成的，又是怎样流动的，人们又是怎样来控制它的呢？1.1.1 电流的形成电流的形成如图1-1所示，有A、B两个带电体，A带正电，B带负电。我们用一根金属导线连接两个带电体，发现导线中有电荷的定向移动。这是为
2、什么呢？第 1 章电路的基本概念图1-1 电流的形成第 1 章电路的基本概念因为金属导线中存在着大量带负电的自由电子，在无外加电场时，这些自由电子做着无规则的热运动。当导线两端在A、B带电体的作用下产生电场时，根据同性相斥、异性相吸的原理，导体中的自由电荷不仅做无规则的热运动，还在电场力的作用下做定向移动，使导线中的自由电子由物体B流向物体A，和A中的正电荷中和。导线中自由电子中和完后，物体B上的负电荷不断补充，这样，导线中一直存在着电子流，直到A、B两带电体上的电荷完全中和为止。这种电荷沿一定方向有规律的定向移动称为电流。第 1 章电路的基本概念不同的导电材料中，可以自由移动的电荷不同。在金
3、属导体中是带负电荷的自由电子在外电场的作用下，逆着电场方向运动形成电流，如图1-1所示。在某些电解液或气体中，电流是正离子或负离子在外电场作用下规则运动形成的。因此，产生电流必须具备两个基本条件：内部条件，要有可做定向移动的带电粒子；外部条件，要有使带电粒子做定向移动的电场，二者缺一不可。第 1 章电路的基本概念1.1.2 电流的类型电流的类型电流的类型一般有四种，其波形如图1-2所示。1.稳恒直流电流直流电流的方向是单向的，用I表示。电池的电流即属于这种类型。图1-2(a)所示的波形是一种大小和方向都不随时间而改变的电流，称为稳恒直流电流。直流电通常用DC(Direct Current)或d
4、c表示。2.脉动直流电流脉动直流电流的特点是电流的方向不变，电流的大小随时间做周期性变化，也记作DC。图1-2(b)所示的波形是一种脉动直流电流。某些蓄电池的充电电流即属于这种类型。第 1 章电路的基本概念图1-2 电流的类型(a)稳恒直流电流；(b)脉动直流电流；(c)正弦交流电流；(d)非正弦周期交流电流第 1 章电路的基本概念3.正弦交流电流交流电流的大小和方向都随时间做周期性的变化。交流电流的瞬时值要用小写字母i表示。图1-2(c)所示的波形是一种按正弦函数规律变化的交流电，即正弦交流电流。交流电通常用AC(Alternating Current)或ac表示。多数企业用电以及日常生活中
5、家用电器和照明使用的电流即属于这种类型。4.非正弦周期交流电流电子技术中还有不按正弦规律做周期性变化的交流电流，叫做非正弦周期交流电流。图1-2(d)所示的波形是矩形波。第 1 章电路的基本概念1.1.3 电流的大小电流的大小电流的大小常用电流强度(简称电流)来表示，用单位时间内通过导体横截面的电荷量来定义。对于直流电流，在任一瞬间t通过电路的电荷量q都不变，其电流为tqI 式中：I电流强度，单位为安(A)。q电荷量，单位为库(C)。t时间，单位为秒(s)。第 1 章电路的基本概念对于交流电流，由于通过电路的电荷量一直在变化，只能取一个非常小的时间间隔t，若在此时间间隔内通过导体横截面的电荷量
6、为q，则此时电流为tqi在国际单位制中，电流的单位是安培，符号为A(安)。如果在1 s内通过导体横截面的电荷量是1 C，则电流为1 A。工程上还常用kA(千安)、mA(毫安)或A（微安）作单位，其关系如下：第 1 章电路的基本概念1 kA=103 A,1 A=103 mA,1 mA=103 A电流的大小可以用电流表（安培表）或万用表的电流挡进行测量。先选择好电流表的量程，使其大于实际电流的数值，否则可能烧坏电流表。测量时必须把电流表串联在电路中，使电流从表的正端流入，负端流出，如图1-3所示。图1-3 电流的测量第 1 章电路的基本概念1.1.4 电流的方向电流的方向电流不仅有大小，而且有方向
7、。正、负电荷有规则的运动都能形成电流，以哪个为准呢？习惯上规定正电荷定向移动的方向为电流方向。因此，在金属导体中电流方向与自由电子定向移动的方向相反，在电解液中电流方向与正离子的移动方向相同，与负离子的移动方向相反。电路中的电流方向是客观存在的，不借助仪表很难知道。这就给具体分析电路，尤其是分析复杂电路带来了困难。为解决这一问题，引入电流参考方向的概念。参考方向一经选定，电流就成为一个代数量，有正负之分。第 1 章电路的基本概念分析电路前,先任意假设一个电流的参考方向。分析电路时，计算结果为正值，表明电流的实际方向与参考方向相同，如图1-4（a）所示；若计算结果为负值，则表明电流的参考方向与实
8、际方向相反，如图1-4（b）所示。图1-4 电流参考方向与实际方向 (a)I0；(b)I0，说明A点电位VA高于B点电位VB。（2）当UAB0，说明A点电位VA低于B点电位VB。（3）当UAB=0，说明A点电位VA等于B点电位VB。第 1 章电路的基本概念【例例1.3】分别说出图1-16中A点的电位、B点的电位和AB两点间的电压。图1-16 电位与参考点的关系(a)C点为参考点；(b)B点为参考点第 1 章电路的基本概念解：（1）图（a）中，C 点为零电位点，因此VC=0。B点相对于零电位的电位为VB=E2=5 V，A点相对于零电位的电位为VA=E1+E2=8 V，AB两点间的电压为UAB=V
9、AVB=85=3 V。（2）图（b）中，B 点为零电位点，VB=0，A点相对于零电位的电位为VA=E1=3 V，AB两点间的电压为UAB=VAVB=30=3 V。因此，电路中选择不同的参考点，各点的电位也将随之改变。但任意两点间的电压不变。就和某人的身高不随基准点而变化的道理一样。第 1 章电路的基本概念1.3 电电 路路前面我们分别讲解了电流、电动势、电压和电位，现在我们来研究一个闭合回路电路。图1-17（a）所示是一个实际的门铃电路，门铃的开关按钮装在门外，电源装在墙里，电铃装在室内。有客人按下按钮，电路闭合，有电流流过喇叭，电铃响。这就是电路。生活中的电视机、洗衣机、电冰箱都要和电源、导
10、线构成闭合电路，电视机才出画面，洗衣机才转动，电冰箱才制冷。第 1 章电路的基本概念图1-17 门铃电路(a)门铃的实际电路；(b)电路原理图第 1 章电路的基本概念1.3.1 电路的组成电路的组成电路就是电流通过的路径，由电源、负载、导线、开关组成。初学者往往不能一目了然各元件间是怎样连接的,但是，用符号把电路连接情况表示出来，那就很容易看出电路中各元件的连接情况了。如图1-17（b）所示是门铃电路的原理图，其电路的组成如图1-18所示。第 1 章电路的基本概念图1-18 电路的组成第 1 章电路的基本概念1.电源电源是提供电能的设备，即能够将其他形式的能转变成电能的装置。例如：干电池将化学
11、能转换成电能，发电机将机械能转换成电能等。2.负载负载是指电路中的用电设备，能够将电能转换成其他形式能的装置。通常所说的用电器就是电源的负载。例如：电灯将电能转换成光能和热能，电炉将电能转换成热能，电动机将电能转换成机械能等。第 1 章电路的基本概念3.导线导线起连接作用，用来传输和分配电能。导线常用铜、铝等金属材料制成。4.开关开关起控制作用，控制电源与负载的接通或断开。图1-18所示电路的作用是实现电能的传输与转换，常用于电力及一般用电系统中，称为电力电路。电路的另一个作用是实现电信号的传递、处理和存储，这类电路称为信号电路，例如：计算机中的逻辑电路，收音机、电视机中的调谐电路和放大电路等
12、。第 1 章电路的基本概念1.3.2 电路的状态电路的状态电路的状态有通路、开路和短路。1.通路通路指整个电路是闭合回路，电路中有电流流过。我们来看一下通路状态下电路中电荷的运动。如图1-19所示，a端为电源正极，b端为电源负极，电源在导线中施加从a指向b的电场，因此在外电路中，由于电场力的作用，正电荷从 a经过外电路运动到b，形成电流。第 1 章电路的基本概念图1-19 电路中电荷的运动第 1 章电路的基本概念在电源内部，由于电源力的作用，正电荷从b经过内电路运动到a，形成闭合回路。因此，在图中电源内外电流方向都是顺时针的，在电源外部电流是从电源正极流向负极，在电源内部电流是从负极流向正极。
13、2.开路（断路）开路指电路断开，电路中没有电流，只有电源电动势，此时用电压表测得的电源端电压即电源电动势，如图1-20所示。第 1 章电路的基本概念图1-20 电源电动势的测量第 1 章电路的基本概念3.短路当电源两端被导线直接相连，电流从电源正极流出，经连接导线直接流回电源负极，并未流经负载，这种状态称为短路状态。当负载部分被短接时，即为部分短路。一般情况下，短路时电流很大，会损坏电源和导线，在电力电路中，应尽量避免。但在电子设备调试过程中，为避免各部分的干扰，有时要将电路某一部分短路，使与调试无关的部分电路无电流而不工作，仅需要调试的部分电路正常工作。第 1 章电路的基本概念1.3.3 电
14、路图电路图用规定的图形符号表示电路连接情况的图，称为电路图。各种电气元件都可以用图形符号来表示，根据国家标准规定，常用的部分电气元件符号如表1-1所示。第 1 章电路的基本概念第 1 章电路的基本概念 1.4 电阻和欧姆定律电阻和欧姆定律1.4.1 电阻导体中的电荷在定向移动时，常与其他原子或电子碰撞而受到阻碍，这种导体对电流的阻碍作用称为电阻。例如灯泡、电热炉等电器中都存在这种阻碍作用。不仅金属导体有电阻，其他物体都有电阻。电阻用符号R表示，单位为欧姆（）。常用的单位还有千欧（k）、兆欧（M）等，它们之间的关系如下：1 k103 1 M106 第 1 章电路的基本概念导体的电阻由它本身的物理
15、条件所决定。实验证明，当温度一定时，金属导体的电阻与导体的长度成正比，与横截面积成反比，还与材料的导电性能有关，即符合电阻定律：SlR式中：导体的电阻率，单位为欧米(m)。l导体的长度，单位为米(m)。S导体的横截面积，单位为平方米(m2)。R导体的电阻值，单位为欧()。第 1 章电路的基本概念电阻率是反映材料导电性能的参数，与材料的几何形状无关，而与导体材料的性质和导体所处的条件有关。在一定温度下，对同一种材料，是常数。表1-2列出了20时几种常用材料的电阻率。不同的物质有不同的电阻率，电阻率的大小反映了各种材料导电性能的好坏，电阻率越大，表示导电性能越差；反之，表示导电性能越好。通常根据材
16、料电阻率的大小，将材料分为导体(107 m，如石英、塑料)和半导体（的大小介于导体与绝缘体之间,如锗、硅）。起连接作用的导线，电阻要尽可能小，故常用铜、铝等电阻率小的纯金属制成。有些场合需使用电阻率较大的材料，如灯泡的灯丝用钨丝制作；镍铬合金及铁铬合金常用来制作电热元件，它们在高温时有足够的机械和抗氧化性，且加工性能好。电工用具上的手柄起保护作用，故用橡胶、木头等电阻率很大的绝缘材料制作。第 1 章电路的基本概念第 1 章电路的基本概念第 1 章电路的基本概念1.4.2 电阻与温度的关系电阻与温度的关系导体的电阻随温度变化的情况如图1-21所示。可见，导体的电阻随温度的变化而改变。图1-21
17、导体电阻与温度的关系曲线第 1 章电路的基本概念温度每升高1时电阻值所变动的数值与原来电阻值的比值，称为电阻的温度系数，以字母表示，单位为1/。如果设任一电阻元件在温度t1时的电阻值为R1，当温度升高到t2时的电阻值为R2，则电阻的温度系数：)(12112ttRRR即)(1 1212ttRR（1-1）电阻的温度系数反映了材料的电阻受温度影响的程度，显然的绝对值越大，表明电阻受温度的影响也越大。第 1 章电路的基本概念导体的温度上升时，即t2t1：如果R2R1，则0，即电阻值随着温度的升高而增大，称此电阻为正温度系数电阻，一般金属导体都是正温度系数电阻；如果R2R1，则0，即电阻值随着温度的升高
18、而减小，称此电阻为负温度系数电阻，如碳、石墨、电解液等材料，许多热敏电阻元件就具有负温度特征，在一些电气设备中可以起到补偿和调节作用。研究表1-2，可以发现有的金属材料(如康铜、锰铜)的电阻温度系数极小，表明温度变化时，其电阻几乎不变。它们通常被用于制造标准电阻、电阻箱以及电工仪表中的分流电阻和附加电阻等。第 1 章电路的基本概念还有一类物质，在较高温度时是半导体或导体，甚至是绝缘体，可是当温度降到某一接近绝对零度的特定值TC时，它的直流电阻突然下降为零，即处于=0的导电状态。这种现象称为零电阻效应，这类物质称为超导体,这种失去电阻的性质称为超导电性，出现零电阻时的温度TC称为临界温度。超导体
19、的应用在电子通信、电力输送、发电、数字电子技术、医疗、交通运输等领域发挥巨大作用。随着较高临界温度的超导材料的发现，超导技术将会不断引起新的技术革命。第 1 章电路的基本概念【例1.4】某电动机的绕组用铜漆包线绕成，在运行前测得其电阻为8,运行达到稳态时测得电阻为10。已知室温为20，求该电动机稳态运行时绕组的温度和温升。解：已知t1=20，R1=8,R2=10。由表1-2可知铜的电阻温度系数=0.0041 1/，由式(1-1)得98.802098.602080041.081011122tRRRt 绕组温升:t=t2t1=80.9820=60.98第 1 章电路的基本概念1.4.3 电阻元件和
20、部分电路欧姆定律电阻元件和部分电路欧姆定律在电路理论中，电灯、电热器、电阻器等的主要特征是消耗一定的电能（不可逆），而不是储能，因此，凡在电路中消耗一定电能的元件都可以用一个等效电阻来代替，电阻元件是它们的理想化模型。电阻符号如图1-22所示，是一个二端元件。通过实验得到结论：导体中的电流与它两端的电压成正比，与它的电阻成反比,即RUI（1-2）第 1 章电路的基本概念式中：I电流，单位为安（I）。U电压，单位为伏（V）。R电阻，单位为欧（）。式（1-2）为部分电路欧姆定律，是德国科学家欧姆在1827年通过实验总结出来的，在电路理论中具有重要的地位，并被广泛应用。在国际单位制中，电阻的单位为欧
21、姆（）。当电路两端的电压为1 V时，通过的电流为1 A，则该段电路的电阻为1。第 1 章电路的基本概念图1-22 电阻元件欧姆定律表达了电路中电压、电流和电阻的关系，它说明：（1）如果电阻保持不变，当电压增加时，电流与电压成正比例地增加；当电压减小时，电流与电压成正比例地减小。（2）如果电压保持不变，当电阻增加时，电流与电阻成反比例地减小；当电阻减小时，电流与电阻成反比例地增加。第 1 章电路的基本概念根据欧姆定律所表示的电压、电流与电阻三者之间的相互关系，可以从两个已知的数量中求解出另一个未知量。因此欧姆定律可以有三种不同的表示形式。（1）已知电压、电阻求电流：RUI（2）已知电流、电阻求电
22、压:RIU（3）已知电压、电流求电阻:IUR 第 1 章电路的基本概念从图1-22 中可以看出，电阻两端的电压方向由高电位指向低电位，并且电位是逐点降低的，因而，通常把电阻两端的电压称为“电压降”或“压降”。欧姆定律同样适合交流电路，有Rui Riu iuR 第 1 章电路的基本概念不管是直流还是交流电路，欧姆定律只适用于线性电路,即负载是线性电阻元件的电路。【例1.5】工程上常采用“伏安法”测电阻，即利用电流电压表和直流电流表分别测量电阻上的电压和电流，由欧姆定律求解电阻的阻值。如图1-23所示，在一电阻炉两端加上110 V的直流电压，测得电流为4.55 A，问电阻炉的电阻为多大？解：由部分
23、电路欧姆定律可知电阻炉的电阻为IUR 55.4110=24.18 第 1 章电路的基本概念图1-23 伏安法测电阻第 1 章电路的基本概念【例1.6】设人体电阻最小值为800，当通过人体电流为45 mA时就会对人体造成伤害，试求安全工作电压。解：由部分电路欧姆定律得U=RI8004510336 V即安全工作电压U36 V。针对不同的工作环境，国家标准规定了三个安全电压级别，分别是12 V、24 V和36 V。第 1 章电路的基本概念1.4.4 电阻的伏安特性电阻的伏安特性在温度一定的条件下，在一个电阻元件上加不同的电压时可测得不同的电流值，将这些数据描绘在U-I平面上，得到一条反映电压和电流之
24、间关系的曲线，简称伏安特性曲线。一般金属电阻值不随所加电压和通过的电流而改变，即在一定温度下电阻值是常数。其伏安特性曲线是一条通过原点的直线，这种电阻称为线性电阻，如图1-24所示。线性电阻的阻值只与元件本身的材料和尺寸有关。广义地说，凡遵守欧姆定律的元件都称为线性元件。第 1 章电路的基本概念由电源和线性元件组成的电路称为线性电路。另一类电阻，其阻值随电压或电流的变化而改变，即电压与电流的比值不是常数，故称为非线性电阻。例如图1-25是非线性元件二极管的正向伏安特性曲线，很明显它不是一根直线。对于具有非线性元件的电路，欧姆定律已不再适用。第 1 章电路的基本概念图1-24 线性电阻的伏安特性
25、曲线第 1 章电路的基本概念图1-25 二极管的正向伏安特性曲线第 1 章电路的基本概念1.4.5 全电路欧姆定律全电路欧姆定律电动势为E、内阻为R0的电源与外电路形成的闭合电路称为全电路,如图1-26所示。图中,E和R0构成电源内电路,R为外电路的等效电阻。全电路欧姆定律的内容是：全电路中的电流与电源的电动势E成正比，与电路的总电阻（外电路电阻R和内电路电阻R0之和）成反比，即0RREI第 1 章电路的基本概念式中：I电路中的电流，单位为安（A）。E电源电动势，单位为伏（V）。R外电路电阻，单位为欧（）。R0电源内阻，单位为欧（）。全电路欧姆定律也可写成 E=I(R+R0)=U+U0 式中，
26、U=RI是外电路上的电压降，也是电源的端电压；U0=R0I是内电路上的电压降。电源电动势等于内电路压降与外电路压降之和。也可写成U=EIR0，即电源端电压U等于电源电动势E和内电路压降R0I之差。第 1 章电路的基本概念【例1.7】在图1-26所示电路中，已知电源电动势E=24 V，内阻R0=4，R=8。求：电路中的电流、电源的端电压、负载上的电压和电源内阻上的电压降。解：由欧姆定律得电路中的电流为0RREI28424A电源端的电压为 U=EIR0=2424=16 V负载R上的电压为 U=RI=28=16 V第 1 章电路的基本概念电源内阻R0上的电压降为 U0=R0I=24=8 V【例1.8
27、】图1-27中，当单刀双掷开关S打向1时，外电路的电阻R1=29，测得电流I1=0.1 A；当开关S打向2时，外电路的电阻R2=9，测得电流I2=0.3 A，求电源的电动势和内阻。解：根据全电路欧姆定律，得联立方程1011IRIRE2022IRIRE第 1 章电路的基本概念消去E，得R1I1+R0I1=R2I2+R0I211.03.03.091.0291222110IIIRIRR 将R0=1 代入得E=R1I1+R0I1=3 V 这道例题介绍了一种测量电源电动势和内阻的方法。第 1 章电路的基本概念图1-27 例1.8图第 1 章电路的基本概念1.4.6 端电压端电压 端电压即外电路两端的电压
28、，也是电源两端的电压。端电压与电源电动势不同，电源电动势不随外电路的电阻而改变；由于实际电源内阻的存在，端电压U随着外电路电阻R而变化。如图1-28 所示，变阻器R增大，U也增大；R减小，U也减小。这个现象可以用全电路欧姆定律来分析。当外电路电阻R增加时，由于，故电流I减小，又因为U=EIR0，电流减小时，端电压就增大了；反之,当外电路电阻R减小时，电流I增大，端电压U就减小了。0RREI第 1 章电路的基本概念图1-28 端电压与负载的关系第 1 章电路的基本概念电源端电压随负载电流变化的规律叫电源的外特性。讨论如下两种特殊情况：（1）当外电路开路时，R，I0，R0I0，于是U=E。这说明外
29、电路断路时端电压等于电源电动势。利用这个道理，用电压表测得的电源开路电压即为电源电动势。前提是电压表的内阻足够大，这样电路中的电流就小，结果就越正确。第 1 章电路的基本概念（2）当外电路短路时，R0，U0，此时IE/R0，由于电源内阻R0一般都很小，因此，短路时电流很大。电流太大不仅会烧坏电源，还可能引起火灾，应当避免这种情况。因此在电力电路中必须安装保险装置；在实验中绝不可将导线或电流表（电流表内阻很小）直接接到电源上，以防短路现象发生。第 1 章电路的基本概念【例1.9】图1-29所示为测量电源电动势和内阻的电路。当开关S打向2时，电压表读数为6.3 V；当开关S打向1时，电流表读数为3
30、 A，R=2，求电源电动势和内阻。解:开关S打向2时，未接通外电路，测得的是电源开路电压，因此得E=6.3 V。又由E=IR+IR0得6.332+3R0R00.1 因此，该电源的电动势为6.3 V，内阻为0.1。第 1 章电路的基本概念图1-29 例1.9 图第 1 章电路的基本概念1.4.7 电位的计算电位的计算要计算电路中某点的电位，只要从这一点通过一定的路径绕到零电位点，该点的电位等于此路径上全部电压降的代数和。具体计算电路中某点电位的步骤如下：(1)根据题意选择恰当的零电位点。(2)确定电路中的电流方向，标出各元件两端电压的极性。电压分为电源电压和电阻上的电压。电源电压的正负极由图示直
31、接得到，电阻上电压的极性根据电路中的电流方向来确定，电流流入端为正极，流出端为负极。第 1 章电路的基本概念（3）从被求点出发，沿一定路径绕到零电位点，则该点的电位等于此路径上全部电压降的代数和。注意每一项电压的正、负值。如果绕行方向与电压方向一致，此电压取正；反之，此电压则取负。【例1.10】图1-30中，已知各电流方向如图所示，R1=3，R2=5，R3=3，I1=3 A，I2=2 A，I3=1 A，E1=12 V，E2=7 V，求A、B、C、D四点电位。第 1 章电路的基本概念图1-30 例1.10 图第 1 章电路的基本概念解：D点设为零电位点，因此VD=0。根据各电流方向，确定R1、R
32、2上电压极性左正右负，R3上电压上正下负，E1上电压上正下负，E2上电压上负下正。计算A点电位可从AD：VA=E1=12 V计算A点电位也可从ABD：VA=I1R1+I3R3=33+13=12 V 第 1 章电路的基本概念计算A点电位也可从ABCD：VA=I1R1+I2R2E2=33+257=12 V 可见，参考点选定后，电路中各点电位就有了确定值，而与计算电位时选择的路径无关。一般以最短的路径求解，故VA=E1=12 V。B点电位：VB=I3R3=13=3 V C点电位：VC=E2=7 V第 1 章电路的基本概念1.5 电能和电功率电能和电功率1.5.1 电能（电功）电能（电功）电流流过负载
33、时会消耗电能，转化成其他形式的能。例如：电流流过灯泡时，使灯泡发光，电能转变为光能；电流流过电动机时，电动机转动，将电能转变为机械能；电流通过电炉时，电能转化为热能；电流通过电解槽时，电能转化为化学能。能量转化的过程是电流做功的过程，消耗的电能用电功来度量。直流电路中电流所做电功的表达式为W=UIt第 1 章电路的基本概念式中：W电功或电能，单位为焦（J）。U负载两端的电压，单位为伏（V）。I流过负载的电流，单位为安（A）。t电流做功的时间，单位为秒（s）。在实际应用中常以kW h（千瓦时，俗称度）作为电能（电功）的单位，它表示1 kW的负载通电1小时所消耗的电能。1度=1 kW h=3.61
34、06 J 对于线性电阻负载，根据欧姆定律U=RI和I=U/R，有 W=I2RttRUW2第 1 章电路的基本概念1.5.2 电功率电功率 电功率是指电流在单位时间内所做的电功。直流电路中电功率用字母P表示为UItWP式中：P功率，单位为瓦（W）。当W、t、U、I、R的单位分别取J、s、V、A、时，电功率的单位为瓦特（W）。常用的单位还有千瓦（kW）、毫瓦（mW）等，它们之间的关系为 1 kW103 W，1 mW 103 W 第 1 章电路的基本概念即一段电路上的电功率跟这段电路两端的电压和电路中的电流成正比。显然电路中电压越高，电流越大，功率也就越大。功率的测量可使用功率表。对于线性电阻负载，
35、根据欧姆定律U=RI，有RURIUIP22【例1.11】教室中有额定功率40 W的日光灯8盏，每只日光灯耗电46 W（包括镇流器耗电）。若每天用4小时，一月按30天计算，问一月耗电多少？若每度电费0.55元，一月应付电费多少？第 1 章电路的基本概念解：8盏灯的总功率为P=4683680.368 kW一月用电时数:t=430=120 h一月共耗电W=Pt=0.368 kW120 h=44.16 kW h=44.16(度)应付电费:0.55元/度44.16度=24.29元第 1 章电路的基本概念1.5.3 电流的热效应电流的热效应电流通过导体时，导体发热的现象称为电流的热效应。实验结果表明，电流
36、通过导体产生的热量与电流的平方、导体的电阻以及通电时间成正比，这就是焦耳定律，即Q=I2Rt Q的单位焦耳（J），I、R、t的单位分别是A、s。电流的热效应常用于制造电热器，如电炉、电饭煲、电烙铁、熔断器等。但电流的热效应也会使一些电气设备发热，导致绝缘材料老化变质，缩短使用寿命，甚至烧坏设备。第 1 章电路的基本概念1.5.4 电气设备的额定值电气设备的额定值电气设备工作时，都规定有最高容许温度，若超过此温度，就有可能造成设备事故。额定电流：电气设备长时间连续工作的最大容许电流。电气设备长时间连续工作的电流超过此额定值时，电气设备将因过度发热而缩短寿命或烧毁。额定电压：为了使电气设备中的电流
37、不至过大，并保证绝缘材料的安全使用，加在设备上的电压的最大容许值。第 1 章电路的基本概念额定功率：额定电压与额定电流的乘积。通常用电器的铭牌上都标明了额定电流、额定电压、额定功率，它表明电器设备所允许的最大电流、电压和功率。例如：一只灯泡上标明“220 V、100 W”，说明正常使用时，这只灯泡应接220 V电压，消耗功率为100 W。由P=U2/R，可以计算出灯泡在正常工作时的电阻为484。若所接电压超过220 V，灯泡消耗功率大于100 W，则有可能将灯泡烧坏。如灯泡接在380 V电源上，则实际消耗功率P=U2/R3802/484298 W100 W，钨丝将很快烧断。第 1 章电路的基本
38、概念若所接电压低于220 V，灯泡消耗的功率小于100 W（较暗），则使用不正常。如接110 V 电源上，则实际消耗功率P=U2/R1102/48425 W100 W，灯泡灯光微弱。根据额定功率和额定电压，可算出用电器的额定电流。例如“220 V、40 W的白炽灯”的额定电流是40/2200.18 A。加在用电器上的电压改变，它的功率也随着改变。第 1 章电路的基本概念电气设备在额定电压、额定电流和额定功率下的工作状态称为额定工作状态，又称满载，高于额定值称为过载，低于额定值称为轻载。电气设备应尽可能工作在额定状态，才能保证其运行安全、可靠、经济、合理，并延长使用寿命。我们在选择电阻时，不但要
39、考虑电阻值的大小，还应根据电阻实际消耗功率来选择。在实际使用中,有可能出现短时间过载的现象，一般取电阻的额定功率应是实际消耗功率的1.52倍,以保证元器件的可靠、耐用。第 1 章电路的基本概念 本本 章章 小小 结结1.电荷的定向移动形成电流。电路中有持续电流的条件是：电路为闭合回路；电路两端存在电压。2.电流分为直流电流和交流电流。电流的大小等于单位时间内通过导体横截面的电荷量，即tqI 或 tqi习惯上规定正电荷的定向移动方向为电流方向。第 1 章电路的基本概念3.电压是电路中任意两点间的电位差。电压分为直流电压和交流电压。习惯上规定电压方向从高电位端指向低电位端。电动势是电源的开路电压。
40、电路中某点的电位就是该点与零电位之间的电压。4.电路是由电源、负载、导线和开关等组成的闭合回路。电路的作用是实现电能的传输和转换。电路的状态有通路、开路和短路三种。第 1 章电路的基本概念5.电阻是表示元件对电流呈现阻碍作用大小的物理量。其大小符合电阻定律：当温度一定时，金属导体的电阻与导体的长度成正比，与其横截面积成反比，即SlR式中，电阻率是反映材料导电性能的参数。此外，导体的电阻还与温度有关。6.部分电路欧姆定律反映了电流、电压和电阻三者之间的关系，即RUI 第 1 章电路的基本概念考虑了电源内阻的欧姆定律称为全电路欧姆定律，即0RREI式中，R0为电源内阻。不管是直流还是交流电路，欧姆
41、定律只适用于线性电阻电路。7.电流通过负载时，将电能转化为其他形式的能。电能的计算公式：W=UIt，单位为焦耳(J)。电功率的计算公式：，单位为瓦(W)。电热的计算公式：Q=I2Rt，单位为焦耳(J)。UItWP第 1 章电路的基本概念 习习 题题一、填空题1.电荷的_移动形成电流。电流的大小用_表示，其符号是_，国际单位是_，表示小电流的单位有_、_。2.电流的方向为_的移动方向，在金属导体中电流方向与自由电子移动方向相_。3.电压的符号为_，国际单位制中，电压的单位是。_表示小电压的单位有_、_。第 1 章电路的基本概念4.电动势的符号为_，其国际单位是_，其方向为在电源内部自_极指向_极
42、。电源电动势在数值上等于电源两端的_电压。5.电路是由_、_、_和_等组成的闭合回路。电路的作用是实现电能的_和_。6.电路通常有_、_和_三种状态。7.在一定_下，导体的电阻和它的长度成_，而和它的横截面成_。第 1 章电路的基本概念8.一根铜导线，它的横截面为2 mm2，长度为1 m。20时，它的阻值为_；50时，电阻为。9.部分电路欧姆定律表述为，在某段纯电阻电路中，电路中的电流I与电阻两端的电压U成_，与电阻R成_，其表达式为_。10.全电路欧姆定律表述为，闭合电路中的电流与成正比，与电路的_成反比，其表达式为_。11.如图1-31所示，当S闭合时，Va=_，Uab=_；当S断开时，U
43、ab_。第 1 章电路的基本概念图1-31 填空题11图第 1 章电路的基本概念12.电流在一秒内所做的功叫做_。电源电动势所提供的功率，等于_和所消耗的功率之和。二、选择题1.有一段导线的电阻为R，把它对折起来作为一条导线使用，其电阻是（）。A.R/4 B.R/2 C.R D.2R2.电源电动势是2 V，内阻是0.2，当外电路断路时，电路中的电流强度和路端电压分别是（）。A.0，2 V B.20 A，2 V C.20 A，0 D.0，0第 1 章电路的基本概念3.在上题中，当外电路短路时，电路中的电流强度和路端电压分别是（）。A.10 A，2 V B.10 A，0 C.0，0 D.0，2 V
44、4.有两根同种材料的电阻丝，长度值比为1 2；横截面积之比为2 3，则它们的电阻之比是（）。A.1 2 B.2 3 C.4 5 D.3 45.电源电动势为1.5 V，内阻为0.12，外电路的电阻为1.38，电路中的电流和端电压分别为（）。A.I=1.5 A，U=0.28 V B.I=1 A，U=1.38 VC.I=1.5 A，U=1 V D.I=1 A，U=0.12 V第 1 章电路的基本概念6.一电阻元件，当其电流减为原来的一半时，其功率为原来的（）。A.1/2 B.2倍 C.1/4 D.4倍7.灯泡A为“110 V，40 W”、灯泡B为“220 V，60 W”，它们都在各自的额定电压下工作
45、，以下说法正确的是（）。A.两个一样亮 B.灯泡A亮 C.灯泡D.亮8.有一干电池，其端电压U=1.5 V，内阻R0=0.2，输出电流I=0.5 A，该电池的电动势为（）。A.1.47 V B.1.5 V C.1.6 V D.2 V第 1 章电路的基本概念三、问答与计算题1.如果3 s内通过A导体横截面的电量是1.8 C，30 ms内通过B导体横截面的电量是0.012 C，问导体A和B上的电流哪一个大？在1 min内通过A和B截面的电量各为多少？2.什么是电路？电路由哪几个基本部分组成？试画出一个最简单的电路图。3.试求阻值为8.2 k、额定功率为0.5 W的电阻器允许的工作电流和电压。4.有
46、一条康铜丝，横截面积为0.1 mm2，长度为1.22 m，在它的两端加0.6 V的电压时，通过它的电流正好是0.1 A，求这种康铜丝的电阻率。第 1 章电路的基本概念5.室温20时，用长100 m、横截面积为0.6 mm2的铜导线绕制成一个线圈，这个线圈允许通过的最大电流是5 A，问线圈两端最高加多高的电压？当温度升至50时，求该线圈的电阻值？6.伏安特性是一条经过坐标原点的曲线时，该元件是否为线性元件？非线性电阻元件的电压和电流之间是否符合欧姆定律？第 1 章电路的基本概念7.已知某电源的电动势E=1.65 V，在电源两端接上一个R=5 的电阻，实测得电阻中的电流I=300 mA，求电阻两端
47、的电压和电源的内阻。8.如图1-32所示电路，已知R114，R29，当开关处于位置1时，安培表读数为0.2 A，当开关处于位置2时，安培表读数为0.3 A，求电源的电动势和内电阻。第 1 章电路的基本概念图1-32 计算题8图第 1 章电路的基本概念9.电路如图1-33所示，求B点的电位VB。图1-33 计算题9图10.会议室有20盏电灯，每盏灯的功率为100 W，问全部点亮3小时消耗电能多少千瓦时？11.通常用电器的铭牌上都标明了额定电流、额定电压、额定功率，它们的含义是什么？电气设备的工作状态有满载、过载、轻载，它们的含义又是什么第 1 章电路的基本概念实验一实验一 直流电流、直流电流、电
48、压的测量电压的测量一、实验目的(1)学会直流电流、电压的测量方法。(2)正确使用直流电流表和直流电压表。二、仪表使用要点(1)电流表即安培表，用来测量电路中的电流,使用时注意以下几点：选择合适的量程。电流表量程的选用一般为被测电流值的1.52倍。电流表使用时应串联在电路里，见图1-34。第 1 章电路的基本概念图 1-34 电流表的连接第 1 章电路的基本概念 注意电流的极性。电流从直流电流表的“+”接线端流入，从电流表的“”接线端流出。切勿短路。电流表不能直接接电源，一定要与用电器相串联后接到电源两端。(2)电压表即伏特表，用来测量电路中的电压，使用时注意以下几点：选择合适的量程。电压表使用
49、时应并联在待测电路两端，见图1-35。注意电压的极性。直流电压表的“+”接线柱接待测电路的高电位端，“”接线柱接待测电路的低电位端。第 1 章电路的基本概念图1-35 电压表的连接第 1 章电路的基本概念三、实验器材将所用元器件的型号、规格、数量填入表格1-3中。第 1 章电路的基本概念四、实验步骤（1）测量直流电流：调节直流电源为6 V，关闭电源。按图1-34连线，检查无误后开启电源，将直流电流表测量的电流值填入表1-4。（2）再调节直流电源为16 V，重复上述步骤，将结果填入表1-4。（3）测量直流电压：调节直流电源为6 V，关闭电源。按图1-35连线，检查无误后开启电源，将直流电压表测量的电流值填入表1-4。（4）再调节直流电源为16 V，重复上述步骤，将结果填入表1-4。第 1 章电路的基本概念
