第二章 电路的基础知识与基本测量

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2.2电流及其测量2.3电压及其测量2.4电阻及其测量2.5部分电路欧姆定律2.6全电路欧姆定律2.7电能与电功率2.1电路与电路图2.1.1电路及其工作状态

电路是电流的通路，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电源、负载（用电器）和传输环节三部分。1.电源：把其他形式的能转化为电能。2.负载：把电能转化为其他形式的能。3.传输环节：连接电源和负载，形成电流通路。图1-1

简单的直流电路电路的三种状态(1)通路(闭路)：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)开路(断路)：电路断开，电路中没有电流通过，又称为空载状态。(3)短路(捷路)：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电路模型与电路图由理想元件构成的电路称为实际电路的电路模型，也称为实际电路的电路原理图，简称为电路图。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表征它们主要电磁特性的理想元件(模型)来代替，而对它的实际结构、材料、形状等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流，其方向规定为正电荷流动的方向(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的电荷量，电流用符号I或i(t)表示，讨论一般电流时可用符号i

。

设在

t=t2－t1时间内，通过导体横截面的电荷量为

q=q2－q1，则在

t时间内的电流强度可用数学公式表示为式中，

t为很小的时间间隔，时间的国际单位制单位为s(秒)，电荷量

q的国际单位制为库仑(C)。电流i(t)的国际单位制为A(安培)。

常用的电流单位还有mA（毫安）、

A（微安）、kA（千安）等，它们与安培的换算关系为1mA=10-3A；1

A=10-6

A；

1kA=103A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电荷量相等，则称之为稳恒电流或恒定电流，简称为直流

(DirectCurrent)，记为DC或dc，直流电流要用大写字母I表示。直流电流I与时间t的关系在I－t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，则称为变动电流。对电路分析来说，一种最为重要的变动电流是正弦交流电流，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(AlternatingCurrent)，记为AC或ac，交流电流的瞬时值要用小写字母i或i(t)表示。电压1.大小

电压是测量电场力做功本领大小的物理量。A、B两点间的电压U在数值上等于电场力把正电荷由A点移动到B点所做的功W与被移动电荷的电荷量的比值。2.方向

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。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1.电阻原件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。2.电阻定律

——制成电阻元件的材料电阻率，国际单位制单位为

·m(欧·米)；

l——绕制成电阻的导线长度，国际单位制为m(米)；S——绕制成电阻的导线横截面积，国际单位制为m2(平方米)；R——电阻值，国际单位制为

(欧)。

经常用的电阻单位还有k

(千欧)、M

(兆欧)部分电路欧姆定律1.部分电路欧姆定律

电阻元件的伏安关系服从欧姆定律，即导体中的电流，与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比。只含有负载而不包含电源的一段电路称为部分电路。2.线性电阻与非线性电阻如果以电压为横坐标，电流为纵坐标，可画出电阻的U/I关系曲线，即伏安特性曲线。

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数。如果不是直线，则称为非线性电阻。全电路欧姆定律全电路是含有电源的闭合电路。电源内部的电路称为内电路。电源内部的电阻称为内电阻，简称内阻。电源外部的电路称外电路，外电路中的电阻称为外电阻。内容： 闭合电路中的电流与电源的电动势成正比，与电路的总电阻（内电路电阻与外电路电阻之和）成反比。全电路欧姆定律又可表述为：

电源电动势等于U外和U内之和。电源的外特性电源端电压U与电源电动势E的关系为：

U=E－Ir

可见，当电源电动势E和内阻r一定时，电源端电压U将随负载电流I的变化而变化。电功和电功率1.电功电流所做的功，简称电功（即电能），用字母W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U、电路中的电流I和通电时间t三者的乘积，即：W=UIt

式中W、U、I、t的单位分别用J、V、A、s。电能的另一个常用单位是千瓦时（kW·h）,即通常所说的1度电，它和焦耳的换算关系为

1kW·h=3.6×106J2.电功率