_汽車(chē)電路基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)

1、 汽車(chē)電路基礎(chǔ)知識(shí)汽車(chē)電路基礎(chǔ)知識(shí) 金華九華金華九華 1電的構(gòu)成電的構(gòu)成 1.1 物質(zhì)物質(zhì) 原子與電子原子與電子 從電的構(gòu)成開(kāi)始講解。我們周?chē)囊磺袞|西從電的構(gòu)成開(kāi)始講解。我們周?chē)囊磺袞|西 （固體、液體和氣體）都被認(rèn)為是物質(zhì)。（固體、液體和氣體）都被認(rèn)為是物質(zhì)。 所有物質(zhì)都帶有電，只不過(guò)通常情況所有物質(zhì)都帶有電，只不過(guò)通常情況 下這些物質(zhì)的正負(fù)電荷相等沒(méi)有表現(xiàn)下這些物質(zhì)的正負(fù)電荷相等沒(méi)有表現(xiàn) 出電的特性出來(lái)出電的特性出來(lái)，物質(zhì)由很多不同的原物質(zhì)由很多不同的原 子與原子團(tuán)組成。原子由子與原子團(tuán)組成。原子由( (帶正電的帶正電的) )質(zhì)子、質(zhì)子、 （不帶電的）中子和（帶負(fù)電的）電子組（不帶電的）

2、中子和（帶負(fù)電的）電子組 成。原子核位于原子的中心，由質(zhì)子和中成。原子核位于原子的中心，由質(zhì)子和中 子組成。由于質(zhì)子帶正電荷，中子不帶電子組成。由于質(zhì)子帶正電荷，中子不帶電 荷，因而原子核本身帶正電。帶負(fù)電的電荷，因而原子核本身帶正電。帶負(fù)電的電 子繞著原子核轉(zhuǎn)，有如太陽(yáng)系的行星繞著子繞著原子核轉(zhuǎn)，有如太陽(yáng)系的行星繞著 太陽(yáng)轉(zhuǎn)。我們知道，異性電荷相吸同性相太陽(yáng)轉(zhuǎn)。我們知道，異性電荷相吸同性相 斥。帶負(fù)電荷的電子能保持在其軌道層上斥。帶負(fù)電荷的電子能保持在其軌道層上 是因?yàn)槭艿綆д姷脑雍说奈?。是因?yàn)槭艿綆д姷脑雍说奈?1原子核（質(zhì)子與中子）2電子層3電子 第一課：電的基本概念和原理

3、第一課：電的基本概念和原理 2電子運(yùn)動(dòng) n電子繞原子核轉(zhuǎn)動(dòng)的速度正好是保持其軌道所需的速度。原子核的吸引力與運(yùn)動(dòng)電 子的離心力之間的平衡將每個(gè)電子保持在各自的軌道（層）上。外層的電子稱為價(jià) 電子。價(jià)電子離原子核較遠(yuǎn)，比較易于脫離軌道。當(dāng)有好的路徑或?qū)w時(shí)、電子可 以從一個(gè)原子流到另一原子。此時(shí)便出現(xiàn)了電子流。缺失電子的原子稱為正離子。 有多余電子的原子稱為負(fù)離子。離子尋求平衡,正離子想獲得電子，負(fù)離子想除去 電子。這種吸引力和排斥力構(gòu)成稱為電動(dòng)勢(shì)的電壓力。 1原子核4自由電子 2質(zhì)子（正電荷）5自由電子 3導(dǎo)體中的原子6電子(負(fù)電荷） 3導(dǎo)體與絕緣體 第二課：電的特性 n1 電壓和電流 電壓是

4、造成電流流過(guò)導(dǎo)體的壓力 （電動(dòng)勢(shì)）。電壓力是由兩個(gè) 原子之間由于正負(fù)電荷量的失 衡而具有的“電位差”形成的。 電壓可以比作水塔內(nèi)生成的水 壓。壓力是由塔頂（相當(dāng)于12 伏）和塔底或地面（相當(dāng)于0伏） 之間的位差產(chǎn)生的。電流是電 子從一個(gè)原子到另一個(gè)原子的 流動(dòng)。用水塔為例，可以將電 流比作從水塔到水龍頭的水流。 電壓還是正負(fù)端之間的位差， 電流是電的實(shí)際流動(dòng)。記住， 只有在受到電壓作用時(shí)才會(huì)有 電流。 n2 電阻 電阻阻礙或限制電流在電路中的流動(dòng)。所有的電路都有電阻。所有導(dǎo) 體，如銅、銀和金，都對(duì)電流有阻力。電路中電阻可以在一定條件下 消失。并不是所有的電阻都是有害的。在一個(gè)正常的照明燈電路中

5、， 燈絲的電阻抵抗電流，使燈絲加熱到白熾的程度。電路中如有不需要 的電阻會(huì)消耗電流，造成負(fù)荷工作不正?；蚋静荒芄ぷ?。電路的電 阻越大，電流越小。由圖中可以看出電阻有如水管中的一個(gè)縮頸。電 阻可以阻滯或限制電流的流動(dòng)。 3 直流和交流電 4 影響電阻的因素 6 應(yīng)用歐姆定律 利用歐姆定律圓來(lái)求解上圖所示的問(wèn)題。圖中所示為一燈泡電路，電流 為安培，電壓為12伏特，要求的是電阻。計(jì)算過(guò)程如下： R = E / I R = 12 伏/3 安 R = 4 歐 7 瓦特 “功率”一詞大家一定聽(tīng)說(shuō)過(guò)，很多電氣裝置，如發(fā)電機(jī)、電風(fēng)扇，電冰箱，是按其能夠 消耗的功率而不是產(chǎn)生的功率來(lái)做額定值的。瓦特是用來(lái)表示

6、消耗功率的多少的單位。 功率、電壓與電流的關(guān)系用功率公式表示：P = E I。在一電路中，如果電壓或電流增 加，則功率增加。如果電壓或電流減小，則功率減小。 我們也可以從功率圓來(lái)理解，三者 之間的關(guān)系就可以相互轉(zhuǎn)化：P=EXI;或者I=P/E;或者E=P/I。如果在電阻1歐姆的用電器上 施加1伏特電壓，則電路內(nèi)的電流強(qiáng)度為1安培 8 度量單位 前文中我們介紹到了伏特、安培和歐姆。實(shí)際上我們?cè)趯W(xué)習(xí)中還可能遇 到如兆伏、毫安的說(shuō)法。1兆代表一百萬(wàn)。千代表1000。毫代表一千分之 一。微代表一百萬(wàn)分之一。 第三課：閉合電路 n1 閉合電路 平常所說(shuō)的電就是指流過(guò)閉合電 路的電流。一個(gè)典型的現(xiàn)代汽 車(chē)

7、可能包含1,000多條不同的電 路。有的非常復(fù)雜，不過(guò)基本 原理都一樣。為了能構(gòu)成閉合 電路，必須有電源、導(dǎo)體、負(fù) 荷與接地。大多數(shù)汽車(chē)電路包 括：電源、導(dǎo)體、接地路徑、 負(fù)荷、保護(hù)裝置、控制裝置。 無(wú)論部件在什么位置和有多少 數(shù)量，電流總是在閉合回路中 流動(dòng)。在汽車(chē)電路中，電流從 電源出發(fā)，通過(guò)電氣負(fù)載后回 到接地。圖中所示為一典型汽 車(chē)電路中電流循行的路徑。 前文已經(jīng)講到閉合電路中組成部件。接下來(lái)我們來(lái)分別介紹它們。導(dǎo)體是電流可以很容 易通過(guò)的材料。銅為汽車(chē)電氣中常用的導(dǎo)體。電路中的電源為閉合電路提供電壓。汽車(chē)電 源通是蓄電池與發(fā)電機(jī)。載荷裝置是將電流轉(zhuǎn)換為熱、光或運(yùn)動(dòng)的裝置。圖中所示的負(fù)

8、載 荷符號(hào)代表一個(gè)前照燈或其它照明裝置。在汽車(chē)上給每個(gè)系統(tǒng)單設(shè)一個(gè)回到蓄電池的接地 線是不實(shí)際的。大多數(shù)汽車(chē)電路采用“車(chē)身接地（搭鐵）”構(gòu)成回路。 2 發(fā)電機(jī)和電壓調(diào)節(jié)器 發(fā)電機(jī)是將發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為可用電能的裝置。發(fā)電機(jī)利用所謂電 磁感應(yīng)原理生成交流電。導(dǎo)體通過(guò)磁場(chǎng)發(fā)生磁感應(yīng)。由于發(fā)電機(jī)發(fā)出的 是交流電，故內(nèi)置了一個(gè)整流器將交流電變?yōu)橹绷麟姟６l(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 不是恒定的電壓，調(diào)節(jié)器將加到蓄電池充電電路的電壓保持在預(yù)定水平 上，消除發(fā)電機(jī)的功率波動(dòng)與過(guò)載，使得汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速下， 發(fā)電機(jī)都能輸出較穩(wěn)定的電壓。 3 配電系統(tǒng) 配電通常始于汽車(chē)中的配電盒。大電流配電盒內(nèi)有大電流保險(xiǎn)，可能布

9、置在發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)靠近蓄電池的位置。小電流保險(xiǎn)通常在保險(xiǎn)盒里，保險(xiǎn) 盒因生產(chǎn)廠家而異可能布置在汽車(chē)的任何位置。保險(xiǎn)盒與配電盒的作用 都是用來(lái)放置保險(xiǎn)并為多條電路提供電源。 4 串聯(lián)電路電壓與電壓降 串聯(lián)電路是只有一個(gè)閉合路徑供電流通過(guò)的電路。如圖所示，當(dāng)電路中 的開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，只有一條通路可以通過(guò)電流。串聯(lián)電路是最簡(jiǎn)單的電路 型式。斷開(kāi)電路中的開(kāi)關(guān)時(shí)，有電壓但是沒(méi)有電流。盡管電路中沒(méi)有電 流，但在部分電路中可能有電壓。在串聯(lián)電路中，通過(guò)電流時(shí)各負(fù)荷上 的電壓降成比例。當(dāng)兩個(gè)負(fù)荷電阻值相等時(shí)，如果測(cè)量電壓，可以看到 在A、B、C點(diǎn)測(cè)量的電壓分別是12伏、6伏和0伏。 5串聯(lián)電路中的電流和電阻 在串聯(lián)電

10、路中，只有一條路徑供電流通過(guò)。電流通過(guò)各負(fù)荷后經(jīng)接地回到蓄電池。 由于串聯(lián)電路中只有一條電流通路，電路中任何一處斷開(kāi)（稱為開(kāi)路）都會(huì)使電 流中斷。每個(gè)負(fù)荷都對(duì)電流構(gòu)成一定阻力。串聯(lián)的負(fù)荷越多，電路中的總電阻越 大，電流就越小。串聯(lián)電路中流過(guò)負(fù)載的電流都是相同的，如圖中A、B、C三點(diǎn) 的電流都是2A。串聯(lián)電路的總電阻可將各電阻加在一起，電阻在電路中處于什么 位置無(wú)關(guān)緊要。 6并聯(lián)電路 我們現(xiàn)在介紹并聯(lián)電路。并聯(lián)電路是有一條以上電流通路的電路。在并聯(lián)電路中，每個(gè)分支上都加有蓄 電池電壓，增加分支不減少可用電壓，每個(gè)分支上的電壓相等。換句話說(shuō)、并聯(lián)電路的每個(gè)分支有如一 個(gè)單獨(dú)的串聯(lián)電路。大多數(shù)汽車(chē)電

11、路都是并聯(lián)電路。并聯(lián)電路有一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)：如果一個(gè)負(fù)荷或分支 斷開(kāi)后，其它分支仍可正常工作。電路的總電流等于各支路電流的和。計(jì)算并聯(lián)電路總電阻要稍微復(fù)雜 些。在圖示電路中，最小的電阻為歐姆，總電阻為歐姆。實(shí)際計(jì)算時(shí)，可以用電路的電源電壓除以 各分支電流之和。電源電壓為12伏。一分支電流為2安，另一分支電流為1安。總電流為1安+2安=3安 ， 12伏/3安=4歐，此為電路總電阻。 7常見(jiàn)的電路故障 對(duì)地短路是在電路的電源側(cè)和接地側(cè)之間出現(xiàn)了一條不需要的路徑。發(fā)生這種情況時(shí)，電流會(huì)繞過(guò)本應(yīng) 經(jīng)過(guò)的負(fù)荷，這樣會(huì)造成很大的電流。過(guò)大的電流會(huì)使保險(xiǎn)熔斷。在圖示電路中，短路使電流繞過(guò)斷開(kāi) 的開(kāi)關(guān)和負(fù)荷直接

12、入地。對(duì)電源短路與地短接類似。在圖示電路中，有一條通路繞過(guò)開(kāi)關(guān)直接加到負(fù)荷 上。這樣即使沒(méi)有接通開(kāi)關(guān)，燈泡也點(diǎn)亮。開(kāi)路是指非閉合回路。由于不再有閉合回路，因而沒(méi)有電流， 電路“斷開(kāi)”。在圖示電路中，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)電路，中斷了電流。有的開(kāi)路是有意的，有的則并非本意。圖 中示出了一些無(wú)意“開(kāi)路”的例子，包括熔斷的保險(xiǎn)、摘開(kāi)電壓源、斷線、分段接地線和燒壞的燈泡。 第四課 基本控制裝置 1蓄電池 蓄電池是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)電機(jī)電壓低于蓄電池的充電電壓時(shí)， 由蓄電池向用電設(shè)備供電,當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)中、高速運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)電機(jī)電壓高于蓄 電池的充電電壓時(shí)，蓄電池將發(fā)電機(jī)的剩余電能儲(chǔ)存起來(lái),當(dāng)發(fā)電機(jī)過(guò) 載時(shí)，蓄電池協(xié)助發(fā)電機(jī)向

13、用電設(shè)備供電,蓄電池還可以吸收電路中的 瞬時(shí)過(guò)電壓，保持汽車(chē)電器系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定，保護(hù)電子元件。 第四課 基本控制裝置 2 二極管 在某些供水系統(tǒng)中，有一些單向閥或止回閥只允許水流向一個(gè)方向。在電氣系統(tǒng)中同 樣也有這樣的單向閥：只允許電流在電路中流向一個(gè)方向，這種單向閥就叫二極管， 二極管是利用半導(dǎo)體的特性制成的，二極管是一種簡(jiǎn)單的半導(dǎo)體器件，用來(lái)阻止電流 流向不需要的方向或路徑。二極管一般由經(jīng)過(guò)特殊改性的硅制成，在加有足夠的正確 極性的電壓之前起絕緣體的作用。當(dāng)加有正確方向（極性）的電壓時(shí)，二極管變?yōu)閷?dǎo) 體，電流通過(guò)電路。 3電容 電容器用于吸收或存儲(chǔ)電荷。電容器由兩個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電極板中間夾不導(dǎo)

14、電材料構(gòu) 成。直流電不能通過(guò)電容器，但交流電可以。不過(guò)實(shí)際上可以有微量的直流電通 過(guò)，這對(duì)于吸收電壓尖峰、防止觸點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)起弧是有用的。 4 晶體管 晶體管是有三個(gè)引線的半導(dǎo)體器件。在一根引線上加一個(gè)很小的電流或電壓就可以控制在 另兩個(gè)引線間流過(guò)的大得多的電流。晶體管有多種不同的型式，汽車(chē)電路中用得最多的是 NPN（負(fù)-正-負(fù)）型晶體管。當(dāng)基極與發(fā)射極之間的電壓差小于0.6伏時(shí)，晶體管截止。如 果電壓差增加到0.6伏，晶體管導(dǎo)通，電流通過(guò)負(fù)荷與晶體管從集電極到發(fā)射極。電流量取 決于從基極到發(fā)射極的電流。另一種晶體管型式是PNP型。PNP型晶體管的工作原理與 NPN型晶體管相似，區(qū)別只是當(dāng)發(fā)射極與

15、基極之間的電壓為0.6伏時(shí)PNP型晶體管導(dǎo)通。 5 電器保護(hù)裝置電器保護(hù)裝置 在有些情況下，電路中的電流可能很大。如果電路沒(méi)有某種 保護(hù)措施，短路可能會(huì)使全部可用電流都從該處通過(guò)。如果 電流大于設(shè)計(jì)的承載能力，導(dǎo)線可能過(guò)熱并燃燒，所以每條 電路中包含有一個(gè)或多個(gè)保護(hù)裝置用來(lái)防止導(dǎo)線或電子元件 受到損壞。保護(hù)裝置可以是保險(xiǎn)、熔線、斷路器或其組合。 汽車(chē)上有的計(jì)算機(jī)具有自我保護(hù)功能，在過(guò)載或電壓超過(guò)規(guī) 范值時(shí)會(huì)自行關(guān)機(jī)。 6保險(xiǎn)絲保險(xiǎn)絲 保險(xiǎn)是插入件，兩端間接有一個(gè)可以熔化的導(dǎo)體，設(shè)計(jì)保證當(dāng)通過(guò)的電保險(xiǎn)是插入件，兩端間接有一個(gè)可以熔化的導(dǎo)體，設(shè)計(jì)保證當(dāng)通過(guò)的電 流超過(guò)規(guī)定值時(shí)保險(xiǎn)便熔斷，并能夠在修

16、復(fù)電路故障后更換。保險(xiǎn)有四流超過(guò)規(guī)定值時(shí)保險(xiǎn)便熔斷，并能夠在修復(fù)電路故障后更換。保險(xiǎn)有四 個(gè)基本類型：管形保險(xiǎn)、大保險(xiǎn)、標(biāo)準(zhǔn)葉片式保險(xiǎn)與小保險(xiǎn)。葉片式保個(gè)基本類型：管形保險(xiǎn)、大保險(xiǎn)、標(biāo)準(zhǔn)葉片式保險(xiǎn)與小保險(xiǎn)。葉片式保 險(xiǎn)在汽車(chē)上最常見(jiàn)，有特定的額定電流和色標(biāo)。保險(xiǎn)上標(biāo)有額定電壓和險(xiǎn)在汽車(chē)上最常見(jiàn)，有特定的額定電流和色標(biāo)。保險(xiǎn)上標(biāo)有額定電壓和 額定電流值的永久性標(biāo)記。額定電流值的永久性標(biāo)記。 7 熔線熔線 熔線裝在靠近電源處。在難以使用保險(xiǎn)或斷路器的場(chǎng)合，通常用熔線來(lái)熔線裝在靠近電源處。在難以使用保險(xiǎn)或斷路器的場(chǎng)合，通常用熔線來(lái) 保護(hù)大部份汽車(chē)導(dǎo)線。發(fā)生過(guò)載時(shí)，熔線中較細(xì)的線段部分會(huì)先熔斷將保護(hù)大

17、部份汽車(chē)導(dǎo)線。發(fā)生過(guò)載時(shí)，熔線中較細(xì)的線段部分會(huì)先熔斷將 電路斷開(kāi)避免線路受損。電路斷開(kāi)避免線路受損。 8斷路器斷路器 斷路器可以是一個(gè)單獨(dú)的插件，也可以是裝在開(kāi)關(guān)或電機(jī)電刷座中的一個(gè)部件。當(dāng)超過(guò)規(guī)斷路器可以是一個(gè)單獨(dú)的插件，也可以是裝在開(kāi)關(guān)或電機(jī)電刷座中的一個(gè)部件。當(dāng)超過(guò)規(guī) 定的電流值時(shí)，斷路器中的一組觸點(diǎn)分將電路暫時(shí)分?jǐn)唷Ｅc保險(xiǎn)不同的是，斷路器每次斷定的電流值時(shí)，斷路器中的一組觸點(diǎn)分將電路暫時(shí)分?jǐn)?。與保險(xiǎn)不同的是，斷路器每次斷 開(kāi)后不必進(jìn)行更換。斷路器一般有兩種型式：循環(huán)式與非循環(huán)式。循環(huán)式斷路器中有一個(gè)開(kāi)后不必進(jìn)行更換。斷路器一般有兩種型式：循環(huán)式與非循環(huán)式。循環(huán)式斷路器中有一個(gè) 雙金屬

18、片。兩種金屬受熱時(shí)膨脹率不一樣。當(dāng)雙金屬片中通過(guò)的電流過(guò)大時(shí)，膨脹率較大雙金屬片。兩種金屬受熱時(shí)膨脹率不一樣。當(dāng)雙金屬片中通過(guò)的電流過(guò)大時(shí)，膨脹率較大 的金屬由于熱量積聚而彎曲，將觸點(diǎn)打開(kāi)。電路斷開(kāi)后，無(wú)電流通過(guò)，雙金屬片冷卻收縮的金屬由于熱量積聚而彎曲，將觸點(diǎn)打開(kāi)。電路斷開(kāi)后，無(wú)電流通過(guò)，雙金屬片冷卻收縮 直到觸點(diǎn)再次將電路閉合。非循環(huán)式斷路器用一段高阻導(dǎo)線繞在雙金屬臂上，在觸點(diǎn)打開(kāi)直到觸點(diǎn)再次將電路閉合。非循環(huán)式斷路器用一段高阻導(dǎo)線繞在雙金屬臂上，在觸點(diǎn)打開(kāi) 時(shí)電路仍可通過(guò)這段導(dǎo)線維持一個(gè)高電阻通路。它所產(chǎn)生的熱量使雙金屬片在電路撤去電時(shí)電路仍可通過(guò)這段導(dǎo)線維持一個(gè)高電阻通路。它所產(chǎn)生的熱

19、量使雙金屬片在電路撤去電 壓前不致于冷卻下來(lái)將觸點(diǎn)接通。撤去電壓后雙金屬片才可冷卻下來(lái)使電路復(fù)原。壓前不致于冷卻下來(lái)將觸點(diǎn)接通。撤去電壓后雙金屬片才可冷卻下來(lái)使電路復(fù)原。 9繼電器繼電器 繼電器是一種利用小電流控制大電流的電動(dòng)開(kāi)關(guān)。給控制電路通一個(gè)小繼電器是一種利用小電流控制大電流的電動(dòng)開(kāi)關(guān)。給控制電路通一個(gè)小 電流接通電磁鐵可吸動(dòng)銜鐵。銜鐵動(dòng)作后或斷開(kāi)或接通裝在銜鐵上的觸電流接通電磁鐵可吸動(dòng)銜鐵。銜鐵動(dòng)作后或斷開(kāi)或接通裝在銜鐵上的觸 點(diǎn)。當(dāng)繼電器控制電路閉合時(shí)，電磁鐵將銜鐵吸向鐵心，接通觸點(diǎn)為負(fù)點(diǎn)。當(dāng)繼電器控制電路閉合時(shí)，電磁鐵將銜鐵吸向鐵心，接通觸點(diǎn)為負(fù) 荷提供大電流。當(dāng)控制開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，沒(méi)

20、有電流到繼電器線圈。電磁鐵斷荷提供大電流。當(dāng)控制開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，沒(méi)有電流到繼電器線圈。電磁鐵斷 電，銜鐵回到常態(tài)位置即未動(dòng)作時(shí)的位置電，銜鐵回到常態(tài)位置即未動(dòng)作時(shí)的位置。 1.2電的屬性電的屬性 電是物質(zhì)的屬性，所有物質(zhì)都帶有電是物質(zhì)的屬性，所有物質(zhì)都帶有 電，只不過(guò)通常情況下這些物質(zhì)的電，只不過(guò)通常情況下這些物質(zhì)的 正負(fù)電荷相等沒(méi)有表現(xiàn)出電的特性正負(fù)電荷相等沒(méi)有表現(xiàn)出電的特性 出來(lái)。所有物質(zhì)都由大約出來(lái)。所有物質(zhì)都由大約100100種不種不 同的元素構(gòu)成。這些元素中最小的同的元素構(gòu)成。這些元素中最小的 組成部分是原子組成部分是原子 所有的物質(zhì)都是由原子所組成，原所有的物質(zhì)都是由原子所組成，原 子

21、又由原子核和電子組成，電子是子又由原子核和電子組成，電子是 一種極小的、帶負(fù)電荷的粒子。它一種極小的、帶負(fù)電荷的粒子。它 們繞帶正電的原子核轉(zhuǎn)動(dòng)，原子核們繞帶正電的原子核轉(zhuǎn)動(dòng)，原子核 里的質(zhì)子是帶正電荷。里的質(zhì)子是帶正電荷。 右圖所示的原子模型右圖所示的原子模型 該結(jié)構(gòu)與行星體系的結(jié)構(gòu)相似：行該結(jié)構(gòu)與行星體系的結(jié)構(gòu)相似：行 星（原子殼）圍繞太陽(yáng)（原子核）星（原子殼）圍繞太陽(yáng)（原子核） 旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)。 原子核位于原子的中心。它由質(zhì)子原子核位于原子的中心。它由質(zhì)子 和中子構(gòu)成。中子是不帶電荷的質(zhì)和中子構(gòu)成。中子是不帶電荷的質(zhì) 量粒子。質(zhì)子是帶正電荷的粒子。量粒子。質(zhì)子是帶正電荷的粒子。 質(zhì)子和中子的

22、質(zhì)量幾乎相等。質(zhì)子和中子的質(zhì)量幾乎相等。 1 電子子 2 質(zhì)子 3 中子 鋰原子結(jié)構(gòu)圖 1 電子 2 中子 3 質(zhì)子 n原子核帶正電荷，原子的全部質(zhì)量幾乎都在原子原子核 上。 n電子是帶負(fù)電荷的粒子。原子殼內(nèi)電子的數(shù)量與原子核 內(nèi)質(zhì)子的數(shù)量相等。質(zhì)子或中子的質(zhì)量大約比電子質(zhì)量 大2000倍。 n原子向外呈電中性。原子核和原子殼帶有相同數(shù)量的電 荷（質(zhì)子和電子）。相反電荷之間的電引力使原子核和 原子殼結(jié)合在一起。 n電子可借助外部能量（例如光、熱和化學(xué)過(guò)程）達(dá)到更 高的能量級(jí)以及由此返回初始狀態(tài)，在這個(gè)過(guò)程中同時(shí) 吸收或釋放出能量。 電子 n電子在圍繞原子核的幾 個(gè)圓形或橢圓形軌道上 移動(dòng)。根據(jù)

23、具體物質(zhì) （例如銅、鉛、鋁）最 多有七條這樣的軌道， 這些軌道由內(nèi)向外用數(shù) 字1至7或大寫(xiě)字母K至Q 命名。在每條軌道上始 終只有特定數(shù)量的電子 在移動(dòng)。每條軌道上電 子數(shù)量最多為： n在原子最外側(cè)軌道上的電子也稱作價(jià)電子。它們負(fù)責(zé)使不同原子結(jié)合在一 起。 n原子傾向于讓盡可能多的電子位于其最外側(cè)的軌道上。為了達(dá)到這種狀態(tài)， 原子與其它原子形成化合物。 n電子多于質(zhì)子或質(zhì)子多于電子時(shí)將原子稱為離子。離子一詞來(lái)源于希臘語(yǔ)， 表示遷移。 n只有幾個(gè)價(jià)電子的原子很容易釋放出電子。隨后原子的質(zhì)子便多于電子， 從而變成陽(yáng)離子。 n帶有較多價(jià)電子的原子很容易吸收其它電子，以便補(bǔ)充其最外側(cè)的電子殼。 隨后原

24、子的電子便多于質(zhì)子，從而變成陰離子。 n由此產(chǎn)生的陽(yáng)離子和陰離子相互吸引，形成緊密連接的化合物。從而產(chǎn)生 一種新的物質(zhì)。至少包括兩個(gè)原子的新化合物稱為分子。 電荷載體 n電荷載體可以是電子（金屬電荷載體）或離子 （液態(tài)和氣態(tài)電荷載體）。 n由于外側(cè)電子（價(jià)電子）與原子核的距離相對(duì) 較遠(yuǎn)，因此這些電子與原子核的連接較弱。原 子吸收能量（例如熱、光和化學(xué)過(guò)程）后，價(jià) 電子從原子外側(cè)殼體上脫離。形成所謂的自由 電子。 n自由電子從一個(gè)原子移動(dòng)到另一個(gè)原子時(shí)稱為 電子流動(dòng)或電流。 n電子流動(dòng)不僅包括一個(gè)單獨(dú)的自由電子，而是 包括很多自由電子。 n自由電子的這種移動(dòng)是不定向的，即沒(méi)有任何 優(yōu)先移動(dòng)方向。

25、 n正電荷與負(fù)電荷分別位于不同兩側(cè)時(shí)便產(chǎn)生了電壓電源。 n電壓電源始終具有帶有不同電荷的兩極。一側(cè)是缺少電 子的正極。另一側(cè)是電子過(guò)剩的負(fù)極。 n在負(fù)極與正極之間有一種電子補(bǔ)償趨勢(shì)，即兩極連接起 來(lái)時(shí)電子由負(fù)極流向正極。這種電子補(bǔ)償趨勢(shì)稱作電壓。 下面以車(chē)輛蓄電池為例說(shuō)明電壓原理 n車(chē)輛蓄電池內(nèi)的電化學(xué)過(guò)程使電荷分離： 電子聚集在一側(cè)（負(fù)極）， 另一側(cè)缺少電子（正極） n兩極之間產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì)差，即電壓。（當(dāng)兩點(diǎn)如蓄電池 兩極之間存在電子數(shù)量差時(shí)就會(huì)產(chǎn)生電壓。） n電壓的高低取決于電子數(shù)量之差。 n如果用一個(gè)帶有規(guī)定電阻的導(dǎo)體將蓄電池兩極連接起來(lái)， 電子就會(huì)從負(fù)極移向正極。電流一直流動(dòng)，直至兩極

26、之 間不存在電勢(shì)差或電路斷路。 可按以下方式描述電壓： n電壓是施加在自由電子上的壓力或作用力。 n電壓是產(chǎn)生電流的原因。 n兩點(diǎn)或兩極之間產(chǎn)生電荷差時(shí)就會(huì)形成電壓（壓力）。 公式符號(hào) n電壓的公式符號(hào)是大寫(xiě)的U。 計(jì)量單位 n電壓U的計(jì)量單位是1伏特（V）。 測(cè)量電壓 n用電壓表測(cè)量電壓。 測(cè)量電學(xué)參數(shù)（電壓、 電流、電阻）時(shí)通常 使用一個(gè)數(shù)字萬(wàn)用表。 n電壓表始終與用電器、 元件或電壓電源并聯(lián)并聯(lián) 在一起。 為了不影響待測(cè)電路，電壓表內(nèi)阻應(yīng)盡可能大。 在電壓電源上測(cè)量時(shí)測(cè)量瞬時(shí)電壓。用電壓表 測(cè)量時(shí)要注意以下幾點(diǎn)： n必須設(shè)置電壓類型，即交流電壓或直流電壓 （AC/DC）。 n開(kāi)始時(shí)應(yīng)選擇

27、較大的測(cè)量范圍（量程）。 n測(cè)量直流電壓時(shí)注意極性。 n 測(cè)量后要將電壓表調(diào)到最大的交流電壓量程。 電壓類型 1 直流電壓 n電壓值和極性保持不變的電壓稱為恒定（理想）直 流電壓。 n電壓值變化和極性保持不變的電壓稱為直流電壓。 n最常用的直流電壓電源包括原電池（蓄電池）、相 應(yīng)的發(fā)電機(jī)（部分接有整流器）、 n光電池（太陽(yáng)能系統(tǒng)）和開(kāi)關(guān)模式電源。在技術(shù)領(lǐng) 域還通常組合使用變壓器和整流器。 一些直流電壓電源示例 1.車(chē)輛蓄電池 2.紐扣電池 3.1.5伏電池 4.移動(dòng)電話的充電電池 5.太陽(yáng)能電池 在此有幾個(gè)電壓值示例： 閃電：幾百萬(wàn)伏特 車(chē)輛點(diǎn)火時(shí)：15 000 V 車(chē)輛供電：12 V 電池：

28、1.5 V至9 V 電壓類型 2 交流電壓 n數(shù)值大小和極性不斷變 化的電壓和電流稱為交 流電壓和交流電流。 n交流電壓的典型代表是 家庭常用的“來(lái)自插座 的電流”。 n上圖顯示了一個(gè)正弦交流電壓（u）隨時(shí)間（t）變 化的情況。交流電壓的特點(diǎn)是其方向呈周期性變化。 n在歐洲，交流電壓為230 V，頻率為50 Hz。該頻率 （通常也稱為電源頻率）表示 n每秒鐘電流朝相同方向流動(dòng)的次數(shù)。 在此有幾個(gè)電壓值示例： n高壓架空線：最高400 000 V n有軌電車(chē)：500 V n歐洲家用電器：230 V n電話：60 V 電流是 指電荷載 體（例如 物質(zhì)或真 空中的自 由電子或 離子）的 定向移動(dòng)。

29、n電壓是產(chǎn)生電流的原因。 n只有在閉合的電路內(nèi)才有電流流動(dòng)。 n電路由電源（例如電池）、用電器（例如一個(gè)白熾燈泡） 和導(dǎo)線組成。通過(guò)開(kāi)關(guān)可使電路閉合或斷開(kāi)。 n每個(gè)電導(dǎo)體都帶有自由電子。電路閉合時(shí)，所施加的電 壓使導(dǎo)體和用電器的所有自由電子同時(shí)朝一個(gè)方向移動(dòng)。 n每個(gè)時(shí)間單位內(nèi)流動(dòng)的電子（電荷載體）數(shù)量就是電流 強(qiáng)度，俗稱電流。每秒鐘內(nèi)流經(jīng)導(dǎo)體的電子越多，電流 強(qiáng)度就越大。電流強(qiáng)度用電流表測(cè)量。 n1.開(kāi)關(guān) n2.電流表 n3.電阻 公式符號(hào) n電流強(qiáng)度的公式符號(hào)是大寫(xiě)的I。 計(jì)量單位 n電流強(qiáng)度I的計(jì)量單位是1安培（A）。 今天，電流是輸送和提供能量的最重要方式之一。因此今天的所有照 明裝置

30、、大部分家用電器以及所有電子裝置和計(jì)算機(jī)技術(shù)都用電能 驅(qū)動(dòng)。 電流的流動(dòng)可通過(guò)各種不同的效應(yīng)來(lái)決定。在此主要是熱效應(yīng)和磁效 應(yīng)。 電流類型 n根據(jù)電子移動(dòng)方向?qū)㈦娏鞣譃橹绷麟娏骱徒涣麟娏鳌?1.直流電流 n最簡(jiǎn)單的情況是，電流流動(dòng)不隨時(shí)間而改變。這種電流 稱為直流電流（DC）。 n直流電流有兩個(gè)電流方向： n-技術(shù)電流方向：從正極流向負(fù)極 n-物理電流方向：電子在閉合電路內(nèi)從負(fù)極流向正極。 在導(dǎo)體內(nèi)的準(zhǔn)確過(guò)程尚不清楚時(shí)，人們認(rèn) 定電壓電源外部的電流方向?yàn)閺恼龢O流 向負(fù)極。這種電流方向稱為技術(shù)電流方 向。雖然當(dāng)時(shí)這種假設(shè)已遭到駁斥，但 出于實(shí)際原因仍保留了原來(lái)（歷史）的 電流方向。因此，即使在今

31、天仍將電路 內(nèi)部的電流方向規(guī)定為從正極流向負(fù)極。 為了了解電流流動(dòng)機(jī)制并找出物質(zhì)的特 定電氣特性，人們考慮了電荷載體的實(shí) 際移動(dòng)情況在一個(gè)閉合電路內(nèi)，負(fù)極排 斥自由電荷載體（電子），正極吸引自 由電荷載體（電子）。因此產(chǎn)生一個(gè)從 負(fù)極流向正極的電子流。該電流方向?yàn)?物理電流方向，又稱為電子流動(dòng)方向。 技術(shù)電流方向 物理電流方向 電流類型 n根據(jù)電子移動(dòng)方向?qū)㈦娏鞣譃橹绷麟娏骱徒涣麟娏鳌?2.交流電流 n除直流電流外還有交流電流（AC）。交流電流是指以周期方式改變其極性 （方向）和電流值（強(qiáng)度）的電流。該定義也適用于交流電壓。交流電流 的特點(diǎn)是其電流方向呈周期性變化。電流變化頻率（通常也稱為電源

32、頻率） 表示每秒鐘內(nèi)電流朝相同方向流動(dòng)的次數(shù)。例如歐洲家用電流的頻率為50 Hz。 n通過(guò)發(fā)電站的發(fā)電機(jī)產(chǎn)生交流電壓/交流電流。為此發(fā)電機(jī)內(nèi)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn) 360度。由此產(chǎn)生一個(gè)極性變化的電壓，即正弦曲線形式的電壓。歐洲最 重要的交流電壓是230 V電源。其頻率為50 Hz。這相當(dāng)于發(fā)電機(jī)內(nèi)的轉(zhuǎn)子 每秒鐘旋轉(zhuǎn)50圈。 電流類型 n根據(jù)電子移動(dòng)方向?qū)㈦娏鞣譃橹绷麟娏骱徒涣?電流。 3.脈動(dòng)電流 n如果在一個(gè)電路中直流電源和交流電源可同時(shí) 起作用，就會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)電流。因此，周期電流 是直流電流與交流電流疊加的結(jié)果。 測(cè)量電流 n電流表始終與用電器串聯(lián)在一起。 為此必須斷開(kāi)電路導(dǎo)線，以將電流 表加入電路中

33、。測(cè)量時(shí)電流必須流 經(jīng)電流表。 n電流表內(nèi)阻應(yīng)盡可能低，以免影響 電路。 用電流表測(cè)量時(shí)要注意以下幾點(diǎn)： n注意電流類型，即電路中流過(guò)的是 交流電流還是直流電流（AC/DC）。 n開(kāi)始時(shí)應(yīng)選擇盡可能大的量程。 n注意直流電流的極性。 n測(cè)量后要將電流表調(diào)到最大交流電 壓量程。 電流夾鉗 n另外一種測(cè)量電流的方 法是使用電流鉗。如果 待測(cè)電流強(qiáng)度10 A，那 么用電流夾鉗測(cè)量電流 的優(yōu)勢(shì)非常突出。另一 個(gè)優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量電流強(qiáng)度 時(shí)無(wú)需打開(kāi)電路。 電流強(qiáng)度的一些示例： n閃電：100000 A n鋁熔煉爐：大約15000 A n電焊：500 A n起動(dòng)機(jī)：最高250 A n有軌電車(chē)：大約50 A n熨

34、斗：2 A n彩色電視：最高1 A n白熾燈泡（100 W）：230 V時(shí)為0.45 A n便攜式計(jì)算器：0.007 A 電流密度 n電流密度表示一個(gè)導(dǎo)體內(nèi)電子擠壓在一起時(shí)的緊密程度。電子越多且越緊 密的聚集在一起，電子撞擊原子的頻率就越高、強(qiáng)度就越大。相撞時(shí)釋放 出熱能。導(dǎo)體的溫度升高。該過(guò)程可能會(huì)持續(xù)進(jìn)行，直至導(dǎo)體赤熱或燃燒。 n導(dǎo)體溫度升高不僅受電流強(qiáng)度I的影響，而且還受到導(dǎo)線橫截面的影響。 電流密度J由這兩個(gè)因素決定。一個(gè)導(dǎo)體內(nèi)的電流擠壓密度越大，受熱程 度就越大。 公式符號(hào) n電流密度的公式符號(hào)是大寫(xiě)的J。 計(jì)量單位 n電流密度由以安培（A）為單位的電流和以平方毫米（mm2）為單位的

35、導(dǎo)線 橫截面構(gòu)成。因此電流密度的計(jì)量單位是A/mm2。 公式 電流和電壓的替代模式 也可以將電壓和電流與水流進(jìn)行對(duì)比。 在上部管路水流（高電勢(shì)點(diǎn)）與下部管 路水流（低電勢(shì)點(diǎn)）之間存在一個(gè)高度差 （位 差=電壓）。將水流從下部泵至上部的水泵 相當(dāng)于電壓電源。 水龍頭打開(kāi)時(shí)水流流動(dòng)，并驅(qū)動(dòng)渦輪的葉輪。 在此過(guò)程中進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。同理，電荷載體 在電路中的導(dǎo)體內(nèi)流動(dòng)，形成從高電勢(shì)點(diǎn)流 至低電勢(shì)點(diǎn)的電流。信號(hào)燈相當(dāng)于渦輪（能 量轉(zhuǎn)換器）。 管內(nèi)的水越多，到達(dá)管端部的水就越多。電 流也是如此。電子數(shù)量越多，通過(guò)導(dǎo)體的電 流強(qiáng)度就越大。 定義 n自由電荷載體在導(dǎo)體內(nèi)部移動(dòng)的結(jié)果是，自由電荷載體與原子相撞，

36、因此電子流動(dòng)受到干擾。這種效應(yīng)稱作電阻！ n該效應(yīng)使電阻具有限制電路內(nèi)電流的特點(diǎn)。電阻也稱為歐姆電阻。 在電子系統(tǒng)中，電阻的作用非常重要。除作為元件的標(biāo)準(zhǔn)電阻外， 其它各部件都有一個(gè)可影響電路電壓和電流的電阻值。 公式符號(hào) n電阻的公式符號(hào)是大寫(xiě)的R（英語(yǔ)電阻一詞的第一個(gè)字母）。 計(jì)量單位 n電阻的計(jì)量單位是歐姆，符號(hào)是希臘字母（歐米加）。 電路符號(hào) 測(cè)量歐姆電阻 歐姆電阻值用歐姆表測(cè)量。在大多數(shù)情況下使用多量程測(cè)量?jī)x（萬(wàn)用表）， 以免出現(xiàn)讀數(shù)錯(cuò)誤和不準(zhǔn)確。測(cè)量電阻時(shí)要注意以下幾點(diǎn)： n測(cè)量期間不得將待測(cè)部件連接在電壓電源上，因?yàn)闅W姆表使用本身的電壓 電源并通過(guò)電壓或電流確定電阻值。 n待測(cè)部

37、件必須至少有一側(cè)與電路分離。否則并聯(lián)的部件會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。 n極性無(wú)關(guān)緊要。 導(dǎo)體的電阻 n導(dǎo)線的電阻取決于導(dǎo)體的尺寸、比電阻和溫度。導(dǎo)體越長(zhǎng)電阻值越大。導(dǎo) 體橫截面越大電阻值越小。 n相同尺寸的不同材料其電阻值不同。每種物質(zhì)都有一個(gè)特定的比電阻。 n某種物質(zhì)的比電阻是指溫度為20C時(shí)長(zhǎng)1m、橫截面為1 mm2導(dǎo)體的電阻值。 n溫度越低電阻越小。 n按照下列公式計(jì)算導(dǎo)體電阻： 下表列出了一些電工學(xué)中所用導(dǎo)體的比電阻。 在電工學(xué)中通常還會(huì)用到電阻的倒數(shù)，即電導(dǎo)率。 電導(dǎo)率的公式符號(hào)是G，單位是西門(mén)子的縮寫(xiě)S。 根據(jù)材料的電導(dǎo)率將其分為導(dǎo)體、非導(dǎo)體和半導(dǎo) 體。 導(dǎo)體 n導(dǎo)體分為電子導(dǎo)體和離子導(dǎo)體。

38、電子導(dǎo)體由相互緊密連接的金屬原 子構(gòu)成。 n金屬的外殼中只有少量電子（價(jià)電子），而且這些電子很容易脫離 原子。它們?cè)谠雍藰?gòu)成的晶格內(nèi)移動(dòng)相對(duì)自由。 n由于熱能的緣故，電子在晶格內(nèi)的移動(dòng)非常不規(guī)則。通常不會(huì)變換 位置，也不會(huì)進(jìn)行電荷轉(zhuǎn)移。 n當(dāng)導(dǎo)體承受一個(gè)電壓力即電壓時(shí)，電子就會(huì)朝某個(gè)特定方向移動(dòng)。 電子流從負(fù)極流向正極。由于金屬的晶格結(jié)構(gòu)，電子可在原子之間 比較自由地移動(dòng)。需要注意的是，電子流不會(huì)使金屬發(fā)生任何變化。 但在離子導(dǎo)體內(nèi)的情況則不同。離子導(dǎo)體包括導(dǎo)電液體（電解液）、 熔液和電離的氣體。電荷載體既可以帶正離子也可以帶負(fù)離子。離 子流會(huì)使物質(zhì)發(fā)生變化。 非導(dǎo)體（絕緣體） n絕緣體內(nèi)自

39、由電荷載體的數(shù)量為零。因此電導(dǎo)率也極低。 n通常使用絕緣體或絕緣材料使電導(dǎo)體相互絕緣。非導(dǎo)體 包括塑料、橡膠、玻璃、陶瓷、紙等固體以及純水 （H2O）、油和油脂等液體，也包括特定條件下的真空 和氣體。 半導(dǎo)體 n半導(dǎo)體的電導(dǎo)率介于金屬和絕緣體之間。半導(dǎo)體與導(dǎo)體 的區(qū)別在于，價(jià)電子首先在壓力、溫度、光照或磁力等 外部影響下釋放出來(lái)，之后才具有導(dǎo)電性。半導(dǎo)體材料 包括硅、鍺和硒等。 機(jī)械可變電阻分為： n電位器 n微調(diào)電位器 它們具有相同的電氣功能（可變分壓器）。電位 器的電阻值可隨時(shí)改變，而微調(diào)電位器的電阻 值只能在進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)偶爾改變。電位器裝在防 塵套內(nèi)，有一個(gè)軸。 至今我們都假設(shè)，一個(gè)電壓

40、電源始終提供規(guī)定電壓U， 例如扁電池提供4.5 V電壓。 但當(dāng)接通一個(gè)或多個(gè)能量 轉(zhuǎn)換器（俗稱用電器，例 如燈泡、發(fā)電機(jī)等）時(shí)， 所有電池和大部分供電單 元都會(huì)出現(xiàn)電壓降。例如， 將一個(gè)4.5 V/2 W燈泡接到 扁電池上時(shí)，電壓就會(huì)由 4.5V降到4.3 V。原因在于 電壓電源（電池）的內(nèi)阻 Ri。 可將實(shí)際中的電池想像成一個(gè) 由理想恒壓電源（電源電壓 為Uq、電阻為內(nèi)阻Ri）組成 的串聯(lián)電路。 當(dāng)然實(shí)際上并沒(méi)安裝什么電阻， 這只是一個(gè)示意圖，一個(gè) “替代電路圖”。 電源電壓Uq保持不變，即不受 電流I的影響?，F(xiàn)在通過(guò)能 量轉(zhuǎn)換器RL（負(fù)載電阻、外 阻、“用電器”）向內(nèi)阻為 Ri、電源電壓為

41、Uq（電動(dòng)勢(shì)） 的電壓電源施加負(fù)荷。 負(fù)載電阻RL不會(huì)獲得接線柱A和B上的全部電源電 壓，因?yàn)橐徊糠衷谛铍姵貎?nèi)阻Ri中損耗。 UKL=Uq-Uri 電流I流經(jīng)外部電路時(shí)，接線柱電壓就會(huì)降低I*Ri （電流I流經(jīng)內(nèi)阻Ri時(shí)內(nèi)阻上的電壓降）。因此 接線柱電壓（即電阻RL上的電壓）就會(huì)隨電流 的升高而降低。 歐姆定律（根據(jù)其發(fā)明者Georg Simon Ohm命名）是最重 要的電工學(xué)定律之一， 它描述了電壓、電流和電阻之間的關(guān)系。 定義 歐姆定律的內(nèi)容是，在恒溫下一個(gè)金屬導(dǎo)體上的電壓降U 與流經(jīng)導(dǎo)體的電流強(qiáng)度為I的電流成正比。 電壓(U)=電流(I)*電阻(R) 利用歐姆定律可計(jì)算出一個(gè)電路的三個(gè)基

42、本參數(shù)，前提是 至少已知其中的兩個(gè)參數(shù)。 這三個(gè)基本參數(shù)是電壓、電流和電阻。 歐姆定律可用以下三個(gè)公式表達(dá)： U=I*R I=U/R R=U/I 例如：如果在電阻1歐姆的用電器上施加1伏特電壓，則電 路內(nèi)的電流強(qiáng)度為1安培。電壓升高時(shí)，電流也隨之升 高。 用電器電阻升高時(shí)，在電壓保持不變的情況下電流減小。 魔法三角可用于輔助確定歐姆定律的不同公式。 實(shí)際提示：如果很難接入電路或不允許斷開(kāi)電路，則要測(cè) 量電路內(nèi)已知電阻上的電壓。隨后可通過(guò)歐姆定律計(jì)算 出電流。 從技術(shù)角度來(lái)說(shuō)，“電流消耗”這種通俗的表述 是不正確的，因?yàn)榱魅朐O(shè)備的電流還會(huì)再次流 出。事實(shí)上，涉及普通家用電流時(shí)，電子只是 在導(dǎo)體內(nèi)

43、短程往復(fù)“擺動(dòng)”，而不會(huì)有明顯數(shù) 量的電子從導(dǎo)線流入設(shè)備內(nèi)。實(shí)際“流動(dòng)”的 是電能。電能也同樣不像通俗表述的那樣消耗 掉，而是進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)換，例如轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 （發(fā)動(dòng)機(jī)）、熱能（電吹風(fēng)）和化學(xué)能（例如 手機(jī)電池充電時(shí)）。此時(shí)所做的功（電壓、電 流強(qiáng)度和時(shí)間的乘積）由一個(gè)所謂的電度表確 定。因此，“電流消耗”的計(jì)量單位是能量單 位“千瓦小時(shí)”，而不是電流單位“安培”。 公式符號(hào) 電功率的公式符號(hào)是大寫(xiě)的P。 計(jì)量單位 電功率的基本單位是瓦特（W） 或伏安（VA）。 后者通過(guò)電壓和電流計(jì)算出 來(lái)。計(jì)量單位VA經(jīng)?？梢?在變壓器和電機(jī)上看到。 電功率P、電壓U、電流和電 阻之間的數(shù)學(xué)關(guān)系參見(jiàn)右 圖。

44、可通過(guò)兩個(gè)已知的電參數(shù)計(jì)算出 一個(gè)未知的電參數(shù)，例如 P=U*I 到現(xiàn)在為止，我們談及的電路都由一個(gè)電壓電源和一個(gè)負(fù) 載電阻構(gòu)成。但在車(chē)輛上一個(gè)電壓電源（車(chē)載網(wǎng)絡(luò)供電） 會(huì)同時(shí)接有很多用電器。這種電路稱為擴(kuò)展型電路。 擴(kuò)展型電路分為兩種基本連接方式： - 并聯(lián) - 串聯(lián) 下面以電阻為用電器介紹這兩種連接方式。與其它用電器 連接時(shí)，例如電機(jī)、白熾燈泡或繼電器，情況基本相同。 在車(chē)輛電氣系統(tǒng)中電路也用電路圖來(lái)表示。與以前所示 電路圖的唯一區(qū)別是未畫(huà)出回流導(dǎo)線。在多數(shù)車(chē)輛中回 流導(dǎo)線通過(guò)車(chē)身即電氣接地表示。接地用右上角電路符 號(hào)表示。 串聯(lián)時(shí)將所有電阻依次連接在一起。電流先后經(jīng)過(guò)每個(gè)電 阻，也就是說(shuō)

45、必須克服總電阻。 相同電流經(jīng)過(guò)所有電阻時(shí)這些電阻為串聯(lián)形式?？傠妷?Utotal分布在串聯(lián)電路的各個(gè)電阻上。各部分電壓之和 等于總電壓。 Utotal=U1+U2+U3 由于串聯(lián)電路內(nèi)各處的電流大小都相等，因此不同電阻的 電壓降/局部電壓不同。電壓與對(duì)應(yīng)的電阻成正比。串聯(lián) 電路的總電阻是各串聯(lián)電阻之和。 Rtotal=R1+R2+R3 總電壓分配在最大電阻上的電壓降最大?？傠妷悍峙湓谧?小電阻上的電壓降最小。 電阻串聯(lián) 不是將電阻依次連接，而是將其并排連接時(shí)稱為并聯(lián)。在 這個(gè)電路中有更大的橫截面供電流通過(guò)。因此總電阻較 小。 并聯(lián)電路的總電阻始終小于最小的單個(gè)電阻。 電阻并聯(lián)時(shí)，施加在所有電阻

46、上的電壓都相同。 總電流在電阻的連接點(diǎn)處分為多個(gè)分電流。分電流的總和 等于總電流。 Itotal=I1+I2+I3 電阻并聯(lián) 并聯(lián)電路的總電阻小于最小的單個(gè)電阻。電 流可以更好地通過(guò)各個(gè)并聯(lián)電阻，即電導(dǎo) 率升高。 利用下列公式計(jì)算三個(gè)電阻并聯(lián)時(shí)的總電阻。 電阻并聯(lián) 基爾霍夫第一定律（節(jié)點(diǎn)定律） 并聯(lián)電阻時(shí)會(huì)出現(xiàn)電流的匯合點(diǎn)，即所謂的節(jié)點(diǎn)。 觀察節(jié)點(diǎn)周?chē)碾娏鲿r(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)，流入節(jié)點(diǎn)的電流 總量與流出節(jié)點(diǎn)的電流總量相等。 通過(guò)節(jié)點(diǎn)定律可計(jì)算出某個(gè)節(jié)點(diǎn)處的未知電流。 節(jié)點(diǎn)定律的內(nèi)容是：在每個(gè)節(jié)點(diǎn)處流入的電流總 量與流出的電流總量相等，或所有電流的總量 為零。 I1+I2=I3+I4+I5 基爾霍夫第二定

47、律（回路定律） 在一個(gè)閉合電路中出現(xiàn)特定的電壓分配現(xiàn)象。局 部電壓相加得到總電壓。 觀察電路內(nèi)的電壓時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)，電源電壓Uq1和Uq2 的總和分為作用在電阻R1和R2上的局部電壓U1 和U2。電流I使電阻R1和R2上形成電壓降。 通過(guò)回路定律可計(jì)算出一個(gè)未知的電源電壓。 回路定律的內(nèi)容是：在每個(gè)閉合電路中，電源電 壓的總和等于所有電壓降之和，或所有電壓之 和為零。 Uq1+Uq2+(-U1)+(-U2)=0 接觸電阻 經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，連接部位在空氣、濕氣、污物和侵蝕性氣 體的作用下出現(xiàn)氧化現(xiàn)象。這種氧化作用會(huì)使連接部位 的接觸電阻增大。根據(jù)歐姆定律，電阻增大會(huì)產(chǎn)生電壓 降。電路中的電阻增大導(dǎo)致電流

48、減小。 因此用電器內(nèi)實(shí)際消耗的功率減小。例如，因氧化作用造 成前燈導(dǎo)線電壓降為10%時(shí)，前燈內(nèi)的實(shí)際功率就會(huì)減 小大約20%。 接觸電阻較小且電流只有幾安培時(shí)，電壓降可以忽略不計(jì)。 接有電流較大的用電器時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重影響用電器功 能的電壓降。但由于無(wú)法用萬(wàn)用表測(cè)量較小的接觸電阻， 因此必須通過(guò)測(cè)量閉合電路內(nèi)的電壓來(lái)確定該電阻值。 短路 在兩個(gè)電極（例如電池的正極和負(fù)極接線柱）之間建立起直接的導(dǎo)電連接 （通常是不希望出現(xiàn)的）時(shí)稱為電氣短路。 短路就是電壓電源的突然性電荷平衡。 短路通常是由于絕緣不良或由于電氣系統(tǒng)及電路出現(xiàn)電路故障造成的。 在電壓幾乎降為零的同時(shí)，電流達(dá)到其最大值，即短路電流

49、。該電流只能通 過(guò)電源內(nèi)阻Ri來(lái)限制。 所有為進(jìn)行平衡蜂擁而至的電子同時(shí)試圖通過(guò)導(dǎo)體。導(dǎo)體無(wú)法承受這種電子 流，因此導(dǎo)致導(dǎo)體上產(chǎn)生電火花或過(guò)熱。 由于短路電流沒(méi)有受到限制，因此可能導(dǎo)致沒(méi)有保險(xiǎn)絲保護(hù)的導(dǎo)線或電纜過(guò) 熱損壞。 出現(xiàn)較高的短路電流時(shí)保險(xiǎn)絲必須熔斷，同時(shí)以最快的速度將短路部位與其 它正常的供電網(wǎng)絡(luò)斷開(kāi)。根據(jù)電路情況必須盡快切斷（最多0.1秒），以 將電壓降和短路電流的影響降至最低。否則可能會(huì)引起火災(zāi)。 斷路 斷路時(shí)電路無(wú)法閉合，即所需電流中斷。斷 路通常是由于插接連接問(wèn)題造成的。 斷路的結(jié)果是電氣組件無(wú)法工作，例如白熾 燈泡、加熱電阻、揚(yáng)聲器等。 電容器是一個(gè)能夠存儲(chǔ)電荷或電能的元件

50、。最簡(jiǎn)單的電容 器由兩個(gè)對(duì)置的金屬板和金屬板之間的一個(gè)絕緣體組成。 電容器充電和放電 以下電路圖中給出了電容器的充電和放電過(guò)程。 通過(guò)開(kāi)關(guān)閉合將一個(gè)直流電壓電源連到電容器上時(shí)，就會(huì) 進(jìn)行電荷轉(zhuǎn)移。一個(gè)電容器金屬板上電子過(guò)剩（負(fù)電 荷），另一個(gè)金屬板上的電子不足（正電荷）。 短時(shí)內(nèi)流過(guò)一股充電電流，直至電容器充滿電。該電流可 用電流表測(cè)量。 電容器充滿電時(shí)不再有電流流過(guò)（電流表顯示0 A），即 使之后電壓電源仍保持連接狀態(tài)。 隨后電容器阻斷直流電流，即電容器電阻變?yōu)闊o(wú)限大。 電容器與直流電壓電源斷開(kāi)后電容器仍保持充電狀態(tài)，即 兩個(gè)金屬板之間存在電子差。電容器存儲(chǔ)了電能。 通過(guò)改變開(kāi)關(guān)位置使電容器

51、短路時(shí)，放電電流朝反方向流 動(dòng)。直至兩個(gè)金屬板重新為電中性，或電阻內(nèi)的電能轉(zhuǎn) 化為熱能時(shí)，放電電流停止流動(dòng)。 如果單位時(shí)間內(nèi)充電和放電過(guò)程的數(shù)量增加， 例如通過(guò)施加交流電壓，則單位時(shí)間內(nèi)的 充電和放電電流數(shù)量就會(huì)增大，因此單位 時(shí)間內(nèi)的電流平均值也會(huì)增大。因此電容 器內(nèi)的電流變大，即電容器電阻明顯減小 （電容性電抗）。 電容器在車(chē)輛上作為短時(shí)電荷存儲(chǔ)器使用， 用于電壓濾波和減小過(guò)壓峰值。 電容 電容器的存儲(chǔ)能力稱為電容。電容的單位是 法拉（F）。 實(shí)際使用的電容器值小于一法拉： 1 mF=10-3 F(mF=毫法拉) 1 F=10-6 F(F=微法拉) 1 nF=10-9 F(nF=毫微法拉) 1 pF=10-12 F(pF=微微法拉) 電容器的充電和放電時(shí)間 計(jì)算充電和放電時(shí)間時(shí)，需要知道電容器充電電 流經(jīng)過(guò)的電阻阻