文档介绍:第1章 电路基础知识
电路及其主要物理量
电路元件
基尔霍夫定律
电阻的串联与并联
电路的状态和电气设备的额定值
电路及其主要物理量
电路的组成
电路是电流的通路,由电源、负载、中间环节三个部分按一定方式组成的。
各部分的主要功能
电源:电路中电能的来源,是把非电能转化为电能的
装置 。
负载:消耗电能的设备,将电能转换为其他形式的能
量,为人们所利用 。
中间环节:连接电源和负载的部分,起传递、分配和控
制电能的作用。
电路的概念
电路的主要物理量
电流:带电粒子的有规则定向运动就形成了电流,其数值等于单位时间内通过导体横截面的电荷量。
电流大小:单位时间内通过导体横截面的电荷量
大写 I 表示直流电流;小写 i 为表示电流的一般符号。
规定正电荷运动的方向或负电荷运动的相反方向为电流的实际方向。电流的方向可用箭头或双下标变量表示。
任意假设的电流方向称为电流的参考方向,也称正方向 。
如果求出的电流值为正,说明电流的参考方向与实际方向一致,否则说明参考方向与实际方向相反。
图1-2 电流的参考方向与实际方向
2. 电压、电动势和电位
(1)电压:设在某一电路中电场力把电荷q从A点经外电路移动到B点所做的功为WAB,则电场中A点到B点的电压为
电压的方向(实际方向)规定由高电位端指向低电位端,即为电压降的方向。
在分析电路时,也需选取电压的参考方向。当电压的参考方向与实际方向一致时,电压为正值(U>0);反之,当电压的参考方向和它的实际方向相反时,电压为负值(U<0)。
电压的参考方向也是任意指定的。在电路中,参考方向可用箭头来表示,也可用双下标表示,如UAB表示A和B之间电压的参考方向是由A指向B的,也可用极性“+”、“-”表示,“+”表示高电位,“-”表示低电位。
求得的U为正值,说明电压的实际方向与参考方向一致,否则说明两者相反。
图1-4 电压的参考方向与实际方向
在分析电路时,电压和电流参考方向的假定,原则上是任意的。但为了方便起见,元件上的电压和电流常取一致的参考方向,这称为关联参考方向;如不一致,称为非关联参考方向。
若U与I参考方向一致,则其电压与电流的关系是U=IR;若U与I参考方向不一致,则电压与电流的关系是U=-IR 。可见,在列写电压与电流的关系式时,式中的正负号由它们的参考方向是否一致来决定。
图1-5 关联参考方向与非关联参考方向
(2) 电动势:衡量非电场力对电荷做功能力的物理量。非电场力将单位正电荷从电源低电位端B(负极)经电源内部移到高电位端A(正极)所做的功称为电源的电动势,用字母E表示。
电动势的实际方向在电源内部是从低电位指向高电位。
(3)电位:度量电路中各点所具有的电位能大小的物理量,是一个相对的概念,它必须是相对于某个特定的参考点而言的。电位在数值上等于电场力将单位正电荷从该点移到参考点所做的功,用V表示。参考点的电位值一般设为零,因此也称为零电位点。
对照电位与电压的定义,不难理解电路中任意一点的电位,就是该点与参考点之间的电压,而电路中任意两点之间的电压,则等于这两点的电位之差。
式中,VA为A点的电位,VB为B 点的电位。
1kV=103V 1mV=10-3V
那么如何选取参考点呢?从理论上讲,是把无穷远处作为零电位参考点;在工程上,是把大地作为零电位参考点;在电子技术上,以机壳或导线汇交点作为零电位参考点。实际上,零电位参考点可以任意选定,它只是作为一个电位比较标准,在电路图中用“⊥”符号表示。
在国际单位制中,电压、电动势和电位的单位都是伏特(V)。当电场力把1C(库仑)的电荷从一点移到另一点所做的功为1J(焦耳)时,该两点间的电压为1V。有时也用千伏(kV)、毫伏(mV)为单位,它们之间的换算关系为