直流電路基礎(chǔ)知識

直流電路基礎(chǔ)知識第一頁，共34頁。前言知識目標：了解電流、電壓、電動勢的基本概念，掌握其單位及單位的換算；了解電阻的概念和電阻與溫度的關(guān)系；掌握歐姆定律，熟練應(yīng)用歐姆定律進行計算；理解電能和電功率的概念，掌握焦耳定律，掌握電能、電功率的計算。會使用直流電壓表、電流表第二頁，共34頁。135246基本物理量歐姆定律電路的連接電功和電功率電流的熱效應(yīng)、短路直流電路第三頁，共34頁。。內(nèi)容1.1電路的組成1.直流電路電路就是電流流過的路徑。它由電源、負載、連接導(dǎo)線和開關(guān)等組成。當開關(guān)閉合時，電路中有電流通過，負載就可以工作，叫做接通電路，即合閘。當開關(guān)斷開時，電路中沒有電流通過，負載停止工作，叫做斷開電路，即分閘。第四頁，共34頁。。內(nèi)容（1）電源電源是電路的源泉，它為電路提供電能?，F(xiàn)在應(yīng)用的電源有各種干電池電源、太陽能電源、風(fēng)力發(fā)電電源、火力發(fā)電電源、水力發(fā)電電源、核能發(fā)電電源等。（2）導(dǎo)線導(dǎo)線構(gòu)成電路的通路。因為用途不同，導(dǎo)線的種類繁多，主要用于電力系統(tǒng)作為輸電導(dǎo)線。（3）開關(guān)開關(guān)是控制電路通、斷的電器（設(shè)備），根據(jù)用途不同，其體積、形狀差別很大。用在電子儀器、設(shè)備上的有微型開關(guān)；用在電力設(shè)備上的有耐高壓、大電流的高壓開關(guān)，用在運動設(shè)備上有接近開關(guān)，用在一般設(shè)備上的有刀開關(guān)、空氣開關(guān)等。1.直流電路第五頁，共34頁。。內(nèi)容（4）負載負載是消耗電能的設(shè)備，電路通過負載，將電源的電能轉(zhuǎn)化為熱能、機械能、光能等其他形式的能，為人們所用。電路的負載常用的有以電動機驅(qū)動的各種機械；以電阻加熱的電爐、電熱器、電吹風(fēng)、電烙鐵等；以發(fā)光為目的的各種電光源；在電子電路中的各種耗能器件，發(fā)射裝置等，都可以視為電源的負載。1.直流電路第六頁，共34頁。各類開關(guān)電路負載（a）低壓電路翹板開關(guān)（b）低壓電器斷路器電路符號（a）電動機（b）節(jié)能燈電路符號第七頁，共34頁。。內(nèi)容如圖所示為最簡單的電路。負載、連接導(dǎo)線和開關(guān)稱為外電路，電源內(nèi)部的一段電路稱內(nèi)電路1.直流電路第八頁，共34頁。。內(nèi)容（1）電流

導(dǎo)體中的自由電子在電場力的作用下，做有規(guī)則的定向移動，就行成了電流。習(xí)慣上規(guī)定正電荷移動的方向為電流方向。因此在金屬導(dǎo)體中，電流的方向是和自由電子的實際移動方向相反的。（2）電流強度

電流的大小用電流強度(簡稱電流)來表示 ，其數(shù)值等于單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體截面的電荷量，通常用符號I表示，即 2.基本物理量式中：I------電流強度Q------通過導(dǎo)體截面的電荷量

t------通過電荷量Q所用的時間第九頁，共34頁。。內(nèi)容2.基本物理量電流強度的單位可用千安(KA)、安(A)、毫安(mA)表示，即直流電流的大小和方向都不隨時間變化，用大寫字母I表示。第十頁，共34頁。。內(nèi)容（3）電位、電壓電場中某點的電位，在數(shù)值上等于單位正電荷沿任意路徑從該點移至無限遠處的過程中電場力所做的功。其單位為伏特，簡稱伏(V)。在電場中電位等于零的點叫做參考點，凡電位高于零電位的點，電位為正，凡電位低于零電位的點，其電位為負。通常往往以大地作為參考點。

電場中兩點之間的電位差，稱為電壓，其表達式為：

2.基本物理量式中：A------電場力所做的功Q------電荷量

U------兩點之間的電位差，即電壓第十一頁，共34頁。。內(nèi)容2.基本物理量電壓的單位可用千伏(kV)、伏(V)、毫伏(mV)表示，即電場中各點的電位，隨著參考點的改變而不同，但是無論參考點如何改變，任意兩點間的電位差是不變的。電壓的正方向是從高電位點指向低電位點。第十二頁，共34頁。。內(nèi)容2.基本物理量（4）電動勢在電場中，將單位正電荷由低電位移向高電位時外力所作的功稱為電動勢，其表達式為：式中：A------外力所作的功Q------電荷量

t------電動勢電動勢的正方向規(guī)定為由低電位指向高電位，即電位升高的方向。第十三頁，共34頁。。內(nèi)容（5）電流、電動勢和電壓的測量電流的大小用電流表來測量，測量時將電流表串聯(lián)在被測的電路中。表的“＋”端為電流的流入端；表的“－”端為電流的流出端。根據(jù)表針所指示的刻度，讀出電流的大小。

2.基本物理量第十四頁，共34頁。。內(nèi)容電動勢和電壓可用電壓表來測量，測量時將表的兩個接線端并聯(lián)在被測電壓的兩端，測量時表的“+”接線端接被測電壓的正極，“-”接線端接被測電壓的負極。根據(jù)表針所指示的刻度，讀出電壓的大小。2.基本物理量第十五頁，共34頁。。內(nèi)容（6）電阻在電場力的作用下，電流在導(dǎo)體中流動時，所受到的阻力，稱為電阻，用“R”或“r”表示。電阻常用的單位為：兆歐(MΩ)、千歐(kΩ)、歐（Ω）

2.基本物理量當導(dǎo)體兩端的電壓是1V，導(dǎo)體中的電流是1A時，這段導(dǎo)體的電阻為1Ω第十六頁，共34頁。。內(nèi)容2.基本物理量實驗證明，在一定的溫度下，截面積均勻、材料相同的一段金屬導(dǎo)體電阻的大小，與其長度成正比，與其截面積成反比，并與其材料有關(guān)，這種關(guān)系稱為電阻定律，可用公式表示為式中：R------導(dǎo)體的電阻L------導(dǎo)體長度

S------導(dǎo)體截面及ρ------電阻率第十七頁，共34頁。。內(nèi)容2.基本物理量導(dǎo)體的電阻率是指在溫度為20℃時，長1m、截面為1mm2的導(dǎo)體的電阻值。導(dǎo)體的電阻還與導(dǎo)體的溫度有關(guān)。一般金屬材料的電阻是隨溫度的升高而增加，但電解液導(dǎo)體是隨溫度的升高而降低考慮溫度影響時的電阻，應(yīng)為： 式中：α------導(dǎo)體材料的電阻溫度系數(shù)，即溫度每增加1℃時，導(dǎo)體電阻的變化值與原電阻的比值

R1------溫度為t1時的電阻值

R2------溫度升高到t2時的導(dǎo)體的電阻第十八頁，共34頁。。內(nèi)容能很好傳導(dǎo)電流的物體叫導(dǎo)體，基本不能傳導(dǎo)電流的物體叫絕緣體，導(dǎo)體能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)叫做半導(dǎo)體。導(dǎo)體和絕緣體是相對的。若外界條件促使絕緣體內(nèi)部自由電荷增加(如灰塵、水分、溫度等)，就會使絕緣體向?qū)w方向轉(zhuǎn)化，失去絕緣體的作用，這種現(xiàn)象就是平常所說的絕緣劣化。導(dǎo)體的電阻可用歐姆表來測量，絕緣體的絕緣電阻可用絕緣搖表(兆歐表)來測量。

2.基本物理量第十九頁，共34頁。。內(nèi)容歐姆定律是表示電壓（或電勢）、電流和電阻三者關(guān)系的基本定律。如圖所示為部分電路：

3.歐姆定律部分電路實驗證明，通過電阻的電流與電阻兩端所加的電壓成正比、與電阻成反比，稱部分電路的歐姆定律，即：第二十頁，共34頁。。內(nèi)容如果電路包括電源在內(nèi)，稱為全電路。

3.歐姆定律全電路在這樣的閉合電路中，電路中的電流與電源的電動勢成正比，與電路中負載電阻及電源內(nèi)阻之和成反比，稱為全電路歐姆定律，即：E------電源電動勢R，r0------分別為負載電阻和電源的內(nèi)阻I------電路中流過的電流如果要考慮連接導(dǎo)線的電阻時，則總電阻中還要加上導(dǎo)線的電阻值。第二十一頁，共34頁。。內(nèi)容電路的連接，有串聯(lián)和并聯(lián)及混聯(lián)三種形式 。（1）串聯(lián)電路1.電阻的串聯(lián)凡是將電阻首尾依次相連，使電流只有一條通路的接法叫做電阻的串聯(lián)。在電阻串聯(lián)電路中，具有下列特點：串聯(lián)電路中各電阻流過的電流都相等，即I=I1=I2=I3總電壓等于各電阻上電壓降之和，即U=U1+U2+U3總電阻R為各個負載電阻之和，即R=R1+R2+R3

各電阻上電壓降之比等于其電阻比，即U1/U2=R1/R24.電路的連接第二十二頁，共34頁。。內(nèi)容2.電源的串聯(lián)將前一個電源的負極和后一個電源的正極依次連接起來，即為電源的串聯(lián)。電源這樣連接可以獲得較大的電源電壓。串聯(lián)電源的總電勢為E=E1+E2+E3+…+En總內(nèi)阻為r0=r01+r02+r03+…r0n串聯(lián)電源發(fā)出的總電流為：

4.電路的連接第二十三頁，共34頁。。內(nèi)容（2）并聯(lián)電路1.電阻的并聯(lián)將電路中若干個電阻并排連接起來的接法，稱為電阻的并聯(lián)。

4.電路的連接并聯(lián)電路第二十四頁，共34頁。。內(nèi)容電阻的并聯(lián)電路具有以下特點：各電阻兩端的電壓均相等，即U=U1=U2=U3 電路總電流等于電路中各支路電流之總和，即I=I1=I2=I3，可起到分流作用電路總電阻R的倒數(shù)等于各個支路電阻倒數(shù)之和，即1/R=1/R1+1/R2+1/R3，并聯(lián)負載愈多，電路的總電阻愈小，電源供給的電流愈大，即負荷愈重。通過各支路的電流與各自電阻成反比，即I1/I2=R2/R1

。4.電路的連接第二十五頁，共34頁。。內(nèi)容2.電源的并聯(lián)把所有電源的正極連接在一起，作為電源的正極，把所有電源的負極也連接在一起，作為電源的負極，然后接到電路中，稱為電源的并聯(lián)。用蓄電池作電源時，其并聯(lián)必須具備兩個條件：一是每個電源的電勢必須相等，二是每個電源的內(nèi)電阻必須相同。這時，總電動勢仍等于一個電源的電動勢，而流過外電路的電流等于流過各電源的電流總和。故在需要較大輸出電流時，常采用電源的并聯(lián)。

4.電路的連接第二十六頁，共34頁。。內(nèi)容3.混聯(lián)電路電路中既有元件的串聯(lián)又有元件的并聯(lián)，稱為混聯(lián)電路，也叫復(fù)聯(lián)電。對于混聯(lián)電路的計算，要根據(jù)電路的具體情況應(yīng)用有關(guān)串聯(lián)和并聯(lián)的特點來進行。一般步驟為：求出各元件串聯(lián)和并聯(lián)的等效電阻值，再計算電路的總電阻值；由電路總電阻值和電路的端電壓，根據(jù)歐姆定律計算出電路的總電流；根據(jù)元件串聯(lián)的分壓關(guān)系和元件并聯(lián)的分流關(guān)系，逐步推算出各部分的電壓和電流。4.電路的連接第二十七頁，共34頁。。內(nèi)容（1）電功電流所做的功叫做電功，用符號A表示。電流的大小與電路中的電流、電壓以及通電時間成正比，用公式表示為A=UIt=I2Rt式中U------電路兩端的電壓I------電路電流

R------電路的電阻t------通電時間電功及電能量的單位名稱是焦耳，單位符號是J，另一單位名稱是千瓦時，單位符號為kWh。它們之間的關(guān)系是1kWh=3.6兆焦5.電功和電功率第二十八頁，共34頁。。內(nèi)容（2）電功率電流在單位時間內(nèi)所做的功叫做電功率，用字母P表示。用公式表示為P=A/t=UI=I2R=U2/R式中A------電功t------做功的時間U------電壓I------電流

R------電阻電功率的單位名稱為瓦特，單位符號位W，功率較大時，用“千瓦”或“兆瓦”作單位，寫作“kW”、“MW”。

5.電功和電功率第二十九頁，共34頁。。內(nèi)容（1）電流的熱效應(yīng)

電流通過導(dǎo)體時，由于自由電子的碰撞，電能就不斷地轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，這種電流通過導(dǎo)體會產(chǎn)生熱的現(xiàn)象，稱為電流的熱效應(yīng)。電與熱的轉(zhuǎn)化關(guān)系為：Q=I2Rt=W式中I------導(dǎo)體中通過的電流R------導(dǎo)體的電阻

t------電流通過導(dǎo)體的時間W------消耗的電能

Q------導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量

6.電流的熱效應(yīng)、短路第三十頁，共34頁。。內(nèi)容（2）短路如果電源通向負載的兩根導(dǎo)線不經(jīng)過負載而相互直接接通，就發(fā)生了電源被短路的情況。這時電路中的電流可能增大到遠遠超過導(dǎo)線所允許的電流限度。短路會造成電氣設(shè)備的過熱，甚至燒毀電氣設(shè)備，引起火災(zāi)。同時，短路電流還會產(chǎn)生很大的電動力，造成電氣設(shè)備損壞。嚴重的短路事故甚至還會破壞系統(tǒng)穩(wěn)定。所以對運行中的電氣設(shè)備應(yīng)采取一定的保護措施，例如安裝自動開關(guān)、熔斷器等，當發(fā)生短路故障時，這些裝置可將短路點及時切除，以限制短路造成的破壞。

6.電流的熱效應(yīng)、短路第三十一頁，共34頁。。內(nèi)容1．電阻兩端電壓為10V時，電阻為10Ω，當電壓升至20V時，電阻值將為20Ω。（）2．“110V，40W”的燈泡在220V的電源上能正常工作。（）3．若選擇不同的零點位點時，電路中各點的電位將發(fā)生變化，但電路中任意兩點的電壓卻不會改變。（）4．幾個電阻并聯(lián)后的總電阻值一定小于其中任一個電阻的阻值。（）5．電路中某兩點的電位都很高，則該兩點間電壓一定很大。（）6．當電路處于通路狀態(tài)時，外電路負載上的電壓等于電源的電動勢。（）第三十二頁，共34頁。。內(nèi)容7．電源電動勢的大小由電源本身的性質(zhì)所決定，與外電路無關(guān)。（）8.在一定溫度下，導(dǎo)體的電阻和它的長度成反比，和它的截面積成正比。（）