电路的基本概念

直流电路

任务1 电路的基本概念

活动1：电路的相关知识

一、电路的组成和功能

电路是电流的流通路径，它是由一些电气设备和元器件按一定方式连接而成的。 电路的作用 （1）电能的传输和转换

（2）信号的传递和处理

电路的组成

（1）电源 实际电路中，电能或电信号的发生器称为电源

电路中提供电能或信号的器件，把非电能转换为电能并向外提供电能的设备

（2）负载 用电设备；电路中吸收电能或输出信号的器件

（3）中间环节

开关：控制电器，用于控制电路的接通和断开

连接导线：将电源和负载连接起来，担负着电能的传输和分配

二、 电路中的主要物理量

1、电流

1）电流的形成 带电粒子（电子、离子等）的定向运动形成电流

2）电流形成的条件 导体内要有可作定向移动的电荷

导体内部存在电场

3）电流的大小

单位时间内通过导体横截面的电量 I （A ）= Q （C ）/ t （S ）

4）电流的单位

单位：A （SI ）、kA 、mA 、uA

换算关系：

5）电流的方向 A 、实际方向 正电荷移动的方向

B 、参考方向 人为设定，作为分析电路的依据，常用箭头或双下标表示 在分析与计算电路时,常可任意规定某一方向作为电流的参考方向或正方向

图 电流的参考方向

A

mA A μ6310101==(a )(b )

(c )(d )

参考方向

实际方向ab 参考方向

实际方向ba

C 、电流正负值的意义

i>0——电流值为正，表示实际方向与参考方向一致

i<0——电流值为负，表示实际方向与参考方向相反

注意：A 、分析电路前一定要选定电流的参考方向；

B 、参考方向一经选定就不能再改变，电流就有正负；

C 、没有参考方向，电流的正负就没有意义；

D 、一般电路中的电流的方向均是参考方向；

2、电压

1）电压的定义

电路中A 、 B 两点间的电压是单位正电荷在电场力的作用下由A 点移动到B 点所减少的电能, 即

式中 Δq 为由A 点移动到B 点的电荷量

ΔW AB 为移动过程中电荷所减少的电能

2）电压的单位：V （SI ）、kV 、mV

3）电压的方向

A 、实际方向 电压的实际方向是使正电荷电能减少的方向

B 、参考方向 人为设定作为分析电路的依据；用双下标、正负极性或箭头表示

图 电压的参考方向

C 、电压正负值的意义

u>0——电压值为正，表示实际方向与参考方向一致

u<0——电压值为负，表示实际方向与参考方向相反

注意：分析电路时，首先应该规定电流、电压的参考方向。

4）元件的电压参考方向与电流参考方向是一致的, 称为关联参考方向。

图 电流和电压的关联参考方向

dq

dW q W u AB AB q AB =∆∆=→∆0lim (a )(b

)

u ＋

－i

u

3、电功率

1）定义 电流在单位时间内所做的功，称为电功率，简称功率，用P 表示。

2）数学表达式

UI t W P ==

3）单位 KW 、W 、mW

4）常见计算公式 R U R I IU P 2

2

=== 说明: A 、当负载电阻一定时，电功率与电流的平方或电压的平方成正比

B 、当流过负载的电流一定时，电功率与电阻的阻值成正比

C 、当加在负载两端的电压一定时，电功率与电阻的阻值成反比

D 、串联电阻的功率与各电阻的阻值成正比；并联电阻的功率与各电阻的阻值

成反比

三、电路的基本元件

1、电阻

1）电阻 导体对电流的阻碍作用，用R 表示

2）电阻的单位 Ω（SI ）、k Ω、M Ω

3）电阻的大小（电阻定律）

S L

R ρ=

其中ρ：导体的电阻率（m ⋅Ω）与材料的性质和温度有关，反映了导

体导电性的好坏

R ：导体长度（m ）

L ：导体的横截面积（2

m ）

4）电阻与温度的关系

A 、温度升高，自由电子的移动受到的阻碍增加

B 、温度升高，使物质中带电质点数目增多，更容易导电

2、电感

3、电容

活动2电路的三种工作状态

一、电路的有载工作

1、有载状态 电源接一定负载时，将输出一定大小的电流和功率。

通常，负载并联在电源上。

因电源输出电压基本不变，所以负载端电压也基本不变，负载并接越多，电源输出的电流越大，输出功率越大。

2、额定值 电气设备产品规定的电压、电流和功率的限额。通常标在产品的铭牌或

说明书上。

额定值：是制造厂商为了使产品能在给定的条件下正常运行而规定的正常允许值。

实际值：电气设备或元件使用时的电压电流功率等。不一定等于它们的额定值。

负载都是并联运行，其两端电压基本不变。电源输出的功率和电流决定于负载的大小即负载要多少功率和电流，电源就给多少，故电源通常不一定处于额定工作状态但不能超过额定值。

当电流超过额定值过多时，发热，绝缘受损。

当电压超过额定值过多时，绝缘材料被击穿。

当电流、电压过低时，不能正常工作，不能充分设备利用能力。

额定值标在铭牌上，用U

N 、I

N

、P

N

表示。

3、满载额定工作状态电气设备在额定值的情况下工作

要尽可能使设备工作在额定状态下，这样既安全可靠又能充分发挥设备的作用。这种工作状态也称“满载”。

4、过载电气设备超过额定值工作

如果过载时间较长，则会大大缩短电气设备的使用寿命，在严重的情况下甚至会使电气设备损坏。

5、轻载或空载如果使用时的电压值、电流值比额定值小得多“

轻载或空载”状态下设备就不能正常合理地工作或者不能充分发挥其工作能力，这是应该避免的。

二、开路

特征：I＝0

U＝E

P＝0

开路也称断路状态，这时电源和负载未构成通路，负载上电流为零，电源空载，不输出功率。

三、短路

短路状态指电源两端因故而短接在一起，相当于负载电阻为零，电源端电压为零，不输出电功率。

特征：U＝0

I＝I S＝E／R0

P E＝P＝R0I2

P＝0

因短路电流很大，易造成设备损坏。故工作中，应防止短路事故发生。通常电路中接入熔断器等措施，以便在发生短路时能迅速切断电路。