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第一章 电工基础 第一节 直流电路 一、电路和电路图 电路就是电流通过的路径。无论是简单电路还是复杂电路，都由电源、负载及中间环节三部分组成。电源是提供电能的装置，它将非电能转换为电能。负载是用电设备，它将电能转换成非电形式的能量。中间环节是传送、分配和控制电能的部分。日常生活中所用的手电筒电路就是一个最简单的电路，如图1—1(a)所示。 图1-1 手电筒电路 (a)实际电路 (b)电路图 将实际部件用电路元件及它们的组合来表示，可以画出对应于实际电路的电路图。图1—1(b)就是图1—1(a)所示的实际手电筒电路的电路图。 分析电路经常用到电路图，电路图中的设备或元件必须用国家统一规定的符号表示。电路图在实际工作中应用广泛，可用来表明各种电路的工作原理。由于应用电路往往比较复杂，电路图不可能按实物一一画出，本书以下电路图中设备或元件均以国家统一规定的符号表示。表1-1是常用电路元件的图形符号和文字符号。 表1—1 常用电路元件的图形符号和文字符号 元件名称文字符号 图形符号 元件名称文字符号 图形符号 电池GB 电感L 电压源U 相连接的交叉导线 电阻R 电容C 不相连接的交叉导线 开关S 常用电路元件的图形符号和文字符号 电路通常有三种状态： (1)通路。将电路接通，构成闭合回路，电路中有正常的工作电流通过。 (2)开路。整个电路中某处断开。如开关断开、连接导线断开等。开路又称断路。开路时，电路中无电流通过。 (3)短路。电路(或电路中的一部分)被短接。如负载或电源两端被导线连接在一起，就称短路。短路时电源输出电流将比允许的通路工作电流大很多倍，电源会因短路而损耗大量的能量；负载则可能会因短路而引起烧毁。一般在电路中不允许短路。 二、电路中的物理量 1．电流和电流方向 导体中的自由电子在电场力的作用下，有规则地向一个方向移动，就形成了电流。习惯上规定正电荷移动的方向为电流的方向。因此，在金属导体中的电流方向，与自由电子的实际移动方向相反，如图1-2所示。 图1-2 金属导体中的电流方向 1-电流方向； 2-自由电子移动方向 电流的大小用电流强度“I”(简称电流)来表示，其数值等于1s内通过导体截面的电量的大小。通常用“安培”作为电流强度的单位。1安培电流则表示在导体横截面上，每秒钟有624亿亿个电子流过。安培有时简称“安”，用符号“A”表示。有时采用比“安”更大或更小的单位：千安、毫安、微安。它们与“安”的关系为 1千安(kA) ＝ 103安(A) 1毫安(mA) ＝ 10-3安(A) 1微安(μA) ＝ 10-6安(A) 2．直流电和交流电 直流电是指大小和方向都不变的电量。如干电池、蓄电池，直流发电机等，所提供的都是直流电[见图1-3(a)]。交流电是指大小和方向均随时间变化的电量。工农业生产中常用的动力设备和照明负载，大多数是交流电。当交流电随时间按正弦规律变化时，称为正弦交流电，如图1-3(b)所示。实用中，直流电用符号“一”表示，交流电用符号“～”表示。 图1-3 直流电与交流电 (a)直流电； (b)正弦交流电 3．电压和电动势 水需要有水位差才能流动。与此类似，要使电荷作有规则的移动，必须在电路两端有一个电位差，也叫电压，用符号U或u表示。电压的单位为伏特，简称伏，用字母V表示。例如干电池两端电压一般是1．5V，电灯电压为220V等。有时采用比“伏”更大或更小的单位，如千伏、毫伏、微伏等。它们与伏之间的关系为 1千伏(kV) ＝ 103伏(V) 1毫伏(mV) ＝ 10-3伏(V) 1微伏(μV) ＝ 10-6伏(V) 要使水从低水位到高水位，需要一个水泵才行。与此类似，要使电流持续不断地沿电路流动，就需要一个电源，它能使电路两端维持一定的电位差。这种使电路两端产生和维持电位差的能力，就叫做电源的电动势，常用字母E或e表示，单位也是V。 三、电阻和电阻的大小 在电场力的作用下，电流在导体中流动时所遇到的阻力叫电阻。用“R”或“r”表示。电阻的单位是欧姆，简称欧，用字母Ω表示。除欧姆外，常用的单位还有千欧(kΩ)和兆欧(MΩ)，它们与“欧”之间的关系为 1千欧(kΩ) ＝ 103欧(Ω) 1兆欧(MΩ) ＝ 106欧(Ω) 当导体两端的电压是1V，导体中的电流是lA时，这段导体的电阻为1Ω，即 1欧(Ω) ＝ 各种不同材料具有不同的电阻。电阻的大小与导体的材料、长短、粗细有关，可用公式表示为 R ＝ 式中 ρ——电阻率，Ω·mm2／m； L ——导体长度，m S——导体截面积，