第二章电路的基础知识与基本测量

1、第二章 电路的基础知识与 基本测量 主讲：孙超第二章 电路的基础知识与基本测量2.1 电路与电路图2.1.1电路及其工作状态 是电流的通路，是由一些电器元件按一定的方式连接而成。一个完整的电路至少包含、和三部分。图图1-1简单的直流电路简单的直流电路电路的三种状态电路的三种状态(1)：电源与负载接通，电路中有电流通过，电气设备或元器件获得一定的电压和电功率，进行能量转换。(2)：电路断开，电路中没有电流通过，又称为空载状态。(3)：电源两端或电路中某些部分被导线直接相连，输出电流过大对电源来说属于严重过载，如没有保护措施，电源或电器会被烧毁或发生火灾，所以通常要在电路或电气设备中安装熔断器、保

2、险丝等保险装置，以避免发生短路时出现不良后果。2.1.2 电路模型与电路图电路模型与电路图由理想元件构成的电路称为实际电路的，也称为实际电路的，简称为。例如手电筒的电路如图所示。 理想元件电路是由电特性相当复杂的器件组成的，为了便于使用电路是由电特性相当复杂的器件组成的，为了便于使用数学方法对电路进行分析，可将电路实体中的各种电器数学方法对电路进行分析，可将电路实体中的各种电器设备和元器件用一些能够设备和元器件用一些能够表征它们主要电磁特性的表征它们主要电磁特性的理想元件理想元件( (模型模型) )来代替来代替，而对它的实际结构、材料、，而对它的实际结构、材料、形状等非电磁特性不予考虑。形状等

3、非电磁特性不予考虑。常用元器件图形符号2.2 电流及其测量2.2.1 电流的概念及大小、方向电路中电荷沿着导体的定向运动即形成电路中电荷沿着导体的定向运动即形成，其方向规定为，其方向规定为( (或负电荷流动的反方向或负电荷流动的反方向) )，其大小等于在单位时间内通过导体横截面，其大小等于在单位时间内通过导体横截面的电荷量，电流用符号的电荷量，电流用符号 I I 或或 i i( (t t) )表示，讨论一般电流时可用符号表示，讨论一般电流时可用符号 i i 。设在设在 t = t2t = t2t1 t1 时间内，通过导体横截面的电荷量为时间内，通过导体横截面的电荷量为 q = q2q = q2

4、q1q1，则在，则在 t t 时间内的电流强度可用数学公式表示时间内的电流强度可用数学公式表示为为tqti )(式中，式中， t t 为很小的时间间隔，时间的国际单位制单位为为很小的时间间隔，时间的国际单位制单位为 s s ( (秒秒) )，电荷量，电荷量 q q 的国际单位制为库仑的国际单位制为库仑 (C)(C)。电流。电流 i i(t) (t) 的国的国际单位制为际单位制为A (A (安培安培) ) 。常用的电流单位还有常用的电流单位还有mA mA （毫安）、（毫安）、 A A（微安）、（微安）、 kAkA（千（千安）安） 等，它们与安培的换算关系为等，它们与安培的换算关系为1 mA =

5、1 mA = 10-3A A； 1 1 A = A = 10-6 A A； 1 kA = 1 kA = 103 A A直流电路如果电流的大小及方向都不随时间变化，即在单位时间内通过导体横截面的如果电流的大小及方向都不随时间变化，即在单位时间内通过导体横截面的电荷量相等，则称之为电荷量相等，则称之为或恒定电流，简称为或恒定电流，简称为 (Direct (Direct Current)Current)，记为，记为 DC DC 或或 dc dc ，直流电流要用大写字母，直流电流要用大写字母 I I 表示。表示。直流电流直流电流 I I 与时间与时间 t t 的关系在的关系在 I It t 坐标系中为

6、一条与时间轴平行的直线。坐标系中为一条与时间轴平行的直线。交流电路如果电流的大小及方向均随时间变化，则称为如果电流的大小及方向均随时间变化，则称为。对电路分析。对电路分析来说，一种最为重要的变动电流是来说，一种最为重要的变动电流是，其大小及方向均，其大小及方向均随时间按正弦规律作周期性变化，将之简称为交流随时间按正弦规律作周期性变化，将之简称为交流(Alternating (Alternating Current)Current)，记为，记为 AC AC 或或 ac ac ，交流电流的瞬时值要用小写字母，交流电流的瞬时值要用小写字母i i 或或 i i(t) (t) 表示。表示。电 压 电压是

7、测量电场力做功本领大小的物理量。电压是测量电场力做功本领大小的物理量。A A、B B两点间的电压两点间的电压U U在数值上等于电场力把正电荷由在数值上等于电场力把正电荷由A A点移动到点移动到B B点所做的点所做的功功W W与被移动电荷的电荷量的比值。与被移动电荷的电荷量的比值。 规定电压的方向为由高电位指向低电位，即电位规定电压的方向为由高电位指向低电位，即电位降低的方向。降低的方向。因此，电压也常被称为电压降。在电路计算时，若因此，电压也常被称为电压降。在电路计算时，若事前无法确定电压的真实方向，常事先选定电压的参考方向。如果事前无法确定电压的真实方向，常事先选定电压的参考方向。如果电压的

8、计算结果为正值，则电压的真实方向与参考方向一致；如果电压的计算结果为正值，则电压的真实方向与参考方向一致；如果电压的计算结果为负值，则电压的真实方向与参考方向相反。电压的计算结果为负值，则电压的真实方向与参考方向相反。电荷q 在电场中从A点移动到B点，电场力所做的功WAB与电荷量q 的比值，叫做AB两点间的电势差（AB两点间的电势之差，也称为电位差），用UAB表示，则有公式： 其中，WAB为电场力所做的功，q为电荷量。电 阻电阻元件是对电流呈现阻碍作用的耗能元件，例如灯泡、电热炉等电器电阻元件是对电流呈现阻碍作用的耗能元件，例如灯泡、电热炉等电器。 制成电阻元件的材料电阻率，国际单位制单位为制

9、成电阻元件的材料电阻率，国际单位制单位为 m( m(欧欧米米) ) ； l l 绕制成电阻的导线长度，国际单位制为绕制成电阻的导线长度，国际单位制为m (m (米米) ) ；S S 绕制成电阻的导线横截面积，国际单位制为绕制成电阻的导线横截面积，国际单位制为 m2 (m2 (平方米平方米) )；R R 电阻值，国际单位制为电阻值，国际单位制为 ( (欧欧) ) 。 经常经常用的电阻单位还有用的电阻单位还有k k ( (千欧千欧 ) ) 、 M M ( (兆欧兆欧) )部分电路欧姆定律 电阻元件的伏安关系服从欧姆定律，电阻元件的伏安关系服从欧姆定律，即即导体中的电流，与导体两端的电压成正导体中的

10、电流，与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比。比，与导体的电阻成反比。只只含有负载而不包含电源的一段电路称为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。 RUI 如果如果以电压为横坐标，电流为纵坐标，可画出电阻的以电压为横坐标，电流为纵坐标，可画出电阻的U/IU/I关系曲线，即伏安特性曲关系曲线，即伏安特性曲线线。 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数。如果如果不是直线，则称为非线性电阻。不是直线，则称为非线性电阻。 全电路欧姆定律全电路全电路是含有电源的闭合电路。电源内部的

11、电路称为是含有电源的闭合电路。电源内部的电路称为内电路内电路。电源内部的电。电源内部的电阻称为阻称为内电阻内电阻，简称内阻。电源外部的电路称，简称内阻。电源外部的电路称外电路外电路，外电路中的电阻称为，外电路中的电阻称为外电阻外电阻。内容：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。阻（内电路电阻与外电路电阻之和）成反比。rREI全电路欧姆定律又可表述为：全电路欧姆定律又可表述为： 电源电动势电源电动势等于等于U外和U内之之和。和。 电源电源端电压端电压U U与电源电动势与电源电动势E E的关

12、系为：的关系为： 可见，当电源电动势可见，当电源电动势E E和内阻和内阻r r一定时，电源端电压一定时，电源端电压U U将随负载将随负载电流电流I I的变化而变的变化而变化。化。电功和电功率电流所做的功，简称电流所做的功，简称电功电功（即电能），用字母（即电能），用字母W W表示。表示。 电流在一段电路上所作的功等于这段电路两端的电压电流在一段电路上所作的功等于这段电路两端的电压U U、电路、电路中的电流中的电流I I和通电时间和通电时间t t三者的乘积，即三者的乘积，即： 式中式中W W、U U、I I、t t的单位分别用的单位分别用J J、V V、A A、s s。电能的另一个常用单位是千瓦时（电能的另一个常用单位是千瓦时（kWhkWh）, ,即通常所说的即通常所说的1 1度电度电，它和，它和焦耳的换算关系为焦耳的换算关系为 电流