第一章电工基础知识

1.1　电路的基本概念

1.1.1　电路

（1）电路的组成

电流通过的路径，称为电路。一个完整的电路由电源、负载（用电器）、输电导线和控制设备组成，如图1-1所示。对电源来讲，负载、输电导线和控制设备等称为外电路。电源内部的一段电路称为内电路。

① 电源　把其他形式的能量转变成为电能的装置叫做电源。常见的直流电源有干电池、蓄电池和直流发电机等。

② 用电器　把电能转换成为其他形式能量的装置称为用电器，也常把它称为电源的负载，如电灯、电铃、电动机、电炉等利用电能工作的设备。

③ 导线　连接电源与用电器的金属线称为导线，它把电源产生的电能输送到用电器，常用铜、铝等材料制成。

④ 控制设备　它起到把用电器与电源接通或断开的作用。

（2）电路的状态

电路的工作状态分为通路、断（开）路和短路三种，如图1-2所示。

① 通路　电路各部分连接成闭合回路，有电流通过。

② 断路　电路断开，电路中没有电流通过。

③ 短路　电源输出的电流不经过用电器，只经过连接导线直接流回电源。

1.1.2　电流

（1）电流的形成

导体内的自由电子或离子在电场力的作用下，有规律的流动叫做电流。

（2）电流

单位时间内通过导体截面积的电量即为电流强度，习惯上简称为电流。用字母I表示，，单位为安培（A），实际使用中还有 kA、mA、μA。

大小和方向都不随时间变化的电流叫恒定电流，也叫直流电流，又称直流电。大小和方向都随时间变化的电流叫交流电流，也称交流电。

在单位横截面积上通过的电流大小，称为电流密度。用J表示，，单位为安倍/平方毫米（A/mm2）。

习惯上规定正电荷运动的方向（即负电荷运动的反向）为电流的方向。如图1-3所示。

电流的正方向在电路图中，一般用箭头表示，箭头的方向就是电流的正方向。也可用双下标表示，例如Iab表示电流的正方向由a点指向b点。

电压、电动势和电流一样，也同样具有方向，电压的方向规定为由高电位端指向低电位端，也就是电位降低的方向。电源电动势的方向规定为电源内部由低电位端指向高电位端，也就是电位升高的方向。在电路分析中，电压、电动势的正方向也是可以任意规定的，正方向的表示方法与电流的正方向表示方法完全相同。

1.1.3　电阻

（1）电阻概念

导体能导电，同时对电流也有阻力作用，这种阻碍电流通过的能力称为电阻，用字母R或r表示，单位为欧姆（Ω）。常用单位还有千欧（kΩ）、兆欧（MΩ）。

当温度一定时导体的电阻不仅与它的长度和横截面积有关，而且与导体材料自身的电阻率有关，电阻率又称为电阻系数，是衡量物体导电性能好坏的一个物理量，用字母ρ表示，单位为欧姆·米（Ω·m）。其数值是指导体的长度为1m、截面积为1mm2的均匀导体在温度为20℃时所具有的电阻值，可见。

（2）电阻与温度关系

表示物质的电阻率随温度而变化的物理量，称为电阻的温度系数。其数值等于温度每升高1℃时，电阻率的变化量与原来的电阻率的比值，用字母d表示，单位为1/℃。

1.1.4　部分电路欧姆定律

在一段电路中，流过该段的电流与电路两端的电压成正比，与该段电路的电阻成反比，如图1-4所示。表示为 。

1.1.5 　电能和电功

（1）电能

电场力在推动自由电子定向移动中要做功，设导体两端电压为U，通过导体截面的电荷量为Q，电场力所做的功W为

W=QU=UIt

W单位是焦耳（J）。常用的单位还有千瓦时（kW·h），也就是常说的度，1kW·h =3.6×106J。

（2）电功率

单位时间内电流通过用电器所做的功，叫电功率。用P表示，，单位是千瓦（kW）。

用电器上通常标明它的电功率和电压，叫做用电器的额定功率和额定电压。

（3）焦耳定律

电流通过导体产生的热量与电流的平方、导体电阻和通电时间成正比，这就是焦耳定律。表示为

Q=I2Rt