第一章--电工基础知识

UAB V
R
R0
R0

E
I
IR

132 110 11

2
B
第二章 直流电路 第二节 电阻的联接
第三节 电阻的串接、并联和混联
一、电阻串联电路 二、电阻并联电路 三、电阻混联电路
（三）电压
1、定义：电场中不同两点间的电位的差值叫这 两点间的电压。用字母“U”表示。
推导：
Uab = Ua-Ub = Wa/q-Wb/q =
电压的单位：
Wab/q
电压的单位同电位的单位一样为“伏特” 用字母 “V”表示。
2、电压在电路中的标注方法
电路
IU
有向线段标注法
电路
a
I
Uab
b
注脚标注法
A (a,b两点) a能量比b点大 电位值说明 电场在a点能量大小 (就a点而言) 正电荷一定由a点向参考点 移动
B 参考点的改变只影响电位值,不影响电压值
电源工作原理图
Fg q F
U
三、电源与电动势
（一）电源 1、定义：电源是产生电能的设备，它的作用
是产生和维持电路两端电位差。
2、分类：电压源、电流源。（常用电源）
电路
IU
电位标注法
3、电压的测量 用来测量电压的电表称为电压表。
电压表
直流电压表：接线柱有正负之分 交流电压表：接线柱无正负之分
无论直流还是交流，都须并联在电路中。
4、电压表的表示符号
直流电压表
（DC）
V
mV
μV
交流电压表 （AC）
V
mV
μV
5、电压的参考方向
电压是标量，其只能表示电位的高低。电压 的方向规定为从高电位（正极）指向低电位（负 极）的方向。
保险丝）
2、电路和种类 直流电路
电路
简单电路 复杂电路
单相电路 交流电路 三相电路
外电路 电流的路径 内电路
作用
电力电路（电能转换及传输） 电子电路（实现信号传递及处理）
3、电路的状态
（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，进行能量交换。
（2）开路（断路）
3、电流的种类
I
直流：大小方向不随时间变化
DC
0
t
电
交流：大小方向随时间变化
i
0
t
流
AC
I
脉冲直流：直流和交流的叠加 0
t
4、电流的表示符号
直流电流表
（DC）
A
mA
uA
交流电流表 （AC）
A
mA
uA
（二） 电位
1、定义：电荷在电场中某点所具有的能量 称为电位或电势。
2、大小：在数值上规定为电场力将单位正电荷 由该点移动至参考点或无穷远（电位为零）时，电场 力做功。
I
外特性。
O
如果 U 随 I 的增加下降较小， 说明电源外特性硬； 反之 ，则外特性软。
第二章 直流电路 第一节 欧姆定律
2、电源电动势与端电压的关系 1）电路正常工作时： UAB < E 2）当外电路电阻很大或电路开路时：
I = 0， IR0 = 0 ， UAB = E
3）当电源短路时：
R外 0
U
R
的电压
导体中 电流
I=
U R
导体的 -
电阻
第二章 直流电路 第一节 欧姆定律
例题:有一只电阻器。R=100欧姆。它的最大允许电流是4
安培。问该电阻器所承受的最大电压是多少伏？
[解] 根据欧姆定律，得
U IR 4100 400V
答：最大允许电压不能超过400伏。
定律公式变形：
I U R
第二章 直流电路 第一节 欧姆定律
I E R R0
电路中的总 电流（A）
外电路电阻
（）
电源电动 势（V ）
E
内电路电阻
( ）
I AK I
UAB V
R
R0
B
E IR IR0 U AB U0
U0 E U AB
电源的内压降U0无法用电压表直接测量，而是用开 路时端电压(电动势)与闭路时端电压之差求出。
当某点电位大于零时，表示该电位大于参考点 电位；当某点电位小于零时，表示该点电位低于参 考点电位。
在电路分析中，用电流的方向来判定电路中各 点电位的高低。
电位的单位：伏特，用字母“V”表示
1伏特=1焦耳/1库仑
1千伏（KV）=10３伏（V） 1伏（V）=10３毫伏（mV） 1毫伏（mV）=10３微伏（μV）
特点：电解液中的正负离子参与导电，在导电过 程中伴有显著的化学变化和物质迁移。
2、绝缘体 不能导电的物体。如玻璃、胶水、陶 瓷、云母、橡胶等。
3、半导体 导电能力介于导体和绝缘体之间的物 质。半导体具有光敏、热敏和掺杂特性，主要材料有 硅、锗等。
用途：半导体常用来制作二极管、三极管和集成 电路。
第二节 欧姆定律
在电路分析中，电压的实际方向不易判定或随 时间改变时，可给电压假定一个参考方向，也称正 方向。
在计算中： 如果电压为正值，则实际方向与参考方向相同；
如果电压为负值，则实际方向与参考方向相反。
(四）电压和电位的异同
相同点： A 单位相同 B 都表示电场中某两点所具有能量的基本性质
不同点： 电压值说明 ab两点电场能量差值大小
开关
K
简 单
电 池
电
路
示
意
图
电阻
二、电流、电压及其参考方向
（一）电流
1、电流 在电路中，电荷沿着导体定向运动形成电流。
（1）定义 单位时间内通过导体横截面的电荷量， 称为电流强度简称电流，用符号“I”表示。单位为安培， 简称安“A”。
（2）物理意义 1秒钟内通过导体横截面积的电量为1库仑时，则
导体内的电流为1安培，即： 1安培=1库仑/1秒
一、欧姆定律 二、伏安特性曲线
第二章 直流电路 第一节 欧姆定律
欧 姆 定 律
第二章 直流电路 第一节 欧姆定律
一、欧姆定律
欧姆定律是表示电路中电压、电流、电阻三个基本
物理量之间关系的定律。
（一）部分电路的欧姆定律 导体中电流I 的大小与加在导体两
+
I
端的电压U成正比，而与导体的电阻成
反比。
导体两端
2、单位、符号：电阻用“R”表示，单位“欧姆” ”表示 （千欧和兆欧也用是电阻的常用单位） 1千欧（KΩ）=103 欧（Ω） 1兆欧（ＭΩ）=10６欧（Ω）
（二）电阻定律
根据实际测定，一段给定的横截面积均匀的导体材 料，在一定温度下，它的电阻R与导体长度l成正比， 与横截面积S成反比，并与导体材料的性质有关， 即 R= l /Sρ
2、非线性电阻：电阻的特性是一条经过原点的 曲线，具有该特性的电阻称为线性电阻。
I
I
U
O
线性电阻
O
U
非线性电阻
第二章 直流电路 第一节 欧姆定律
例题:
如图所示，已知负载电阻R=10欧姆，在电路开路情况
下测得A、B两端电压为UK=132伏，在电路接通情况下，
测得电路中的电流I=11安，问电源的内阻R0和通路情况下 的电源两端电压U为多少？
第二章 直流电路 第一节 欧姆定律
一般情况下，电源电动势和内电阻可以认为是不变的。所 以影响电路电流大小的唯一因素是外电路电阻R；
由于U = E - IR0 ， 所
U
以当R减小时，电流 I 增大，
则IR0将增大，因此U 将减 小；
U=f ( I ) E
端电压U 随电流 I 增大
而减小的关系叫做电源的
电动势和电压的区别
电动势E 1 非电场力作功
电压U 电场力作功
2 电位升高的方向
电位降低的方向
3 消耗其他能量转化成电能 消耗电能转化成其他能量
四、电阻与电导
（一）电阻
引子：导体在电场的作用下，自由电子的定向移 动受到两方面的阻力
A：热运动的阻碍 B：晶体点阵上原子实的阻碍
1、定义：表征导体对电流阻力大小的物理量， 称为电阻。
3、原理：电源的内部存在一种非电场力，它可 以将正电荷逆电场方向由电位低端移向电位高端， 以消耗其它能量转化为电场能量。
（二）电动势
1、定义：表征电源产生（转换）电场能力大 小的物理量称为电源的电动势。
2、大小： 电源的电动势在数值上规定为：非电场力将单位正 电荷由电源的低电位端（负极）移到高电位端（正极）， 非电场力所做的功。用“E”或“e”表示，单位“伏特”
第一章 电工基础知识
第一节 电路及基本物理量 第二节 欧姆定律 第三节 电池的串联、并联和混联 第四节 电功与电功率及电流的热效应 第五节 电容器
第二章 直流电路 第一节 欧姆定律
第一节 电路及基本物理量
一、电路与电路图 二、电流、电压及其参考方向 三、电动势 四、电阻与电导
一、电路与电路图 （一）电路的组成及种类
（四）物质的分类
根据物质导电能力的强弱，自然界的物质分为导体、 半导体和绝缘体。
1、导体 具有良好的传导电流的物质。主要用来 输送和传递电流。
（1）第一类导体 金属和碳都属于第一类导体， 如银、铜、铝、铁、碳、石墨等。
特点：自由电子导电，在传导电流的过程中，没有 化学变化和物质迁移。
（2）第二类导体 电解液属于第二类导体。
式中 ρ是表示材料性质的物理量，称为电阻率。
它是长度为1米，横截面积为1平方米的一段导体所具
有的电阻值。单位为Ω m
（三）电导
电阻的导数叫做电导，用符号Ｇ表示，即 Ｇ＝ 1 R
单位：西门子，简称西，用字母Ｓ表示。
导体的电阻越小，电导就越大，表明导体的导电性能 越好。
电阻和电导是导体同一性质的不同表示方法
电流的单位：毫安或微安 1安（A）=103毫安（mA） 1毫安（mA）=103微安（uA）
(3)形成电流的条件： A：要有可移动的带电粒子（电子、离子） B：要有推动带电粒子定向移动的力（电场力）
常见带电粒子
自由电子（金属中的电流） 正负离子（电解液中的电流） 宏观带电体（地球的公转和自转形成的电流）
E=Ag/q
(Ag为非电场力做功q为正电荷所带电量）
3、电动势的方向和一般表示法
电动势的方向：(同电压的方向相反)规定为非电 场力移动正电荷的方向,即 电位升高的方向。
电压源的一般表示法：
E
E
U
U
（三）端电压
定义：电源两端的电压称为电源的端电压。 电源两端电压总是低于电源的电动势
因为电源工作时F < Fg，若F=Fg在闭合电路 的情况下，则没有连续不断的电流供负载消耗。
设电场中a点的电位为Ua，正电荷在该点所具有的 能量为Wa，参考点为Wo（Wo=0），则在均匀电场中， a点的电位可表示为
Ua= （Wa-Wo）/q = Wa/q = （Wao为电场力将正电W荷a由o/aq点移动至参考点，电场 力对电荷所做的功）
参考点：参考点是可以任意选择的，在实际电 路中，一般选为接地的机壳为参考点。
RU I
电阻两端电压与电流的比值等于一个常数，即电阻的 阻值。
第二章 直流电路 第一节 欧姆定律
I U R
U IR
电流流过电阻时，会有能量 损失，在电阻上会产生电压降， 电压降的大小等于电流和电阻的 乘积。
（二）全电路欧姆定律
1、 定律内容：
I
A
UAB
R
B
电阻上的电压降
全电路中的电流强度与电源的电动势成正比，与整 个电路（内电路+外电路）的电阻成反比。
2、电流的方向 电流的方向习惯上规定为正电荷定向移动的方向。
在金属导体中，电流的方向与自由电子定向移动的相 反。
电流的参考方向 在电路分析中，电流的实际方向不易判定或随时 间改变时，可给电流假定一个参考方向，也称正方向。 在计算中： 如果电流为正值，则实际方向与参考方向相同； 如果电流为负值，则实际方向与参考方向相反。
定义：电流流经的闭合路径。 1、电路的组成
（1）电源：供给电能的设备，其主要作用是向电路提供 电能（如电池、发电机等）
（2） 负载：电路中各种用电设备总称。主要作用是将电能 转变成其他形式的能量。（灯泡、电炉）
（3）连接导线：连接负载和电源的导电体，起着传输和分 配电能的作用
（4）控制和保护装置：用于控制电路的通断，以保证电 路安全而可靠地工作，使其自动完成某些特定的功能。（开关、
电路中没有电流通过，又称为空载状态。
（3）短路（捷路）
电源两端被导线直接相连，输出电流过大。（属于严 重过载，易引起火灾）
（二）电路图（电路模型）
在一定条件下，把电路实体中的各种电器设备和元器
件用一些能够表征其主要电磁特性的理想元件（模型）来
பைடு நூலகம்
代替，而对它实际上的结构、材料、开关等非电磁特性不
予考虑。
[解] 因为 UK 132V
I AK I
所以 E U K 132V E
UAB V
R
又因为 R 10 (电路内阻)
R0
I 11A (通路时电流)
B
第二章 直流电路 第一节 欧姆定律
所以 U IR 1110 110V
(端电压)
I AK I
由全电路欧姆定律，可以 E
求出内电阻R0：
R0 很小，I 很大，电源和导线将被烧毁。
二、伏安特性曲线
实验的方法测得，表示两端的电压与流过电流的 关系，以电压为横坐标，电流为纵坐标。
电阻伏安特性
1、线性电阻：电阻的特性是一条经过原点的直线， 具有该特性的电阻称为线性电阻。
2、非线性电阻：电阻的特性是一条曲线，具有该 特性的电阻称为线性电阻。