R?PI2?2000025?800?
§1—2 电 路
一、电路的组成和作用
电流所流过的路径称为电路。它是由电源、负载、开关和连接导线等4个基本部分组成的,如图1—3所示。电源是把非电能转换成电能并向外提供电能的装置。常见的电源有干电池、蓄电池和发电机等。负载是电路中用电器的总称,它将电能转换成其他形式的能。如电灯把电能转换成光能;电烙铁把电能转换成热能;电动机把电能转换成机械能。开关属于控制电器,用于控制电路的接通或断开。连接导线将电源和负载连接起来,担负着电能的传
输和分配的任务。电路电流方向是由电源正极经负载流到电源负极,在电源内部,电流由负极流向正极,形成一个闭合通路。
二、电路图
在设计、安装或维修各种实际电路时,经常要画出表示电路连接情况的图。如果是画如图1—3所示的实物连接图,虽然直观,但很麻烦。所以很少画实物图,而是画电路图。所谓电路图就是用国家统一规定的符号,来表示电路连接情况的图。表1—2是几种常用的电工符号。图1—4是图1—3的电路图。
表1—2 几种常用的电工符号
名称 电池 导线 开关 电阻 照明灯 符号 名称 电流表 电压表 熔断器 电容 接地 符号 三、电路的三种状态
电路有三种状态:即通路、开路、短路。 通路是指电路处处接通。通路也称为闭合电路,简称闭路。只有在通路的情况下,电路才有正常的工作电流开路是电路中某处断开,没有形成通路的电路。开路也称为断路,此时
电路中没有电流;短路是指电源或负载两端被导线连接在一起,分别称为电源短路或负载短路。电源短路时电源提供的电流要比通路时提供的电流大很多
倍,通常是有害的,也是非常危险的,所以一般不允许电源短路。
§1—3 欧姆定律
一、一段电阻电路的欧姆定律
所谓一段电阻电路是指不包括电源在内的外电路,如图1—5所示。实验证明,二段电阻电路欧姆定律的内容是,流过导体的电流强度与这段导体两端的电压成正比;与这殷导体的电阻成反比。其数学表达式为:
I?UR
式中 I——导体中的电流,(A);
U——导体两端的电压,(V);
R——导体的电阻,(?)。
在公式(1—7)中,已知其中两个量,就可以求出第三个未知量;公式(1—7)又可写成另外两种形式:
1. 已知电流、电阻,求电压:
U?IR
2. 已知电压、电流,求电阻:
R?UI
例题3 一台直流电动机励磁绕组在220V电压作用下,通过绕组的电流为0.427A,求绕组的电阻。
解:
已知电压U=220 V,电流I=0.427 A,由公式(1—9)得:
R?UI?2200.427?515.2?
二、全电路欧姆定律
全电路是指含有电源的闭合电路。全电路是由各段电路连接成的闭合电路。如图1—6所示,电路包括电源内部电路和电源外部电路,电源内部电路简称内电路,电源外部电路简称外电路。在全电路中,电源电动势E、电源内电阻r、外电路电阻R和电路电流I之商的关系为:
I?ER?r
式中 I——电路中的电流,(A);
E——电源电动势,(V); R——外电路电阻,(?);
r——内电路电阻,(?)。
公式(1—10)是全电路欧姆定律。定律说明电路中的电流强度与电源电动势(E)成正比,与整个电路的电阻(R?r)成反比。
将公式(1—10)变换后得到:
E?IR?Ir?U?Ir
式中 U——外电路电压;
Ir——内电路电压。
外电路电压是指电路接通时电源两端的电压,又叫做路端电压,简称端电压。这样,公式(1—11)的含义又可叙述为:电源电动势在数值上等于闭合回路的各部分电压之和。根据全电路欧姆定律研究全电路处于三种状态时,全电路中电压与电流的关系是:
1.当全电路处于通路状态时,由公式(1—11)可以得出端电压为:
U?E?Ir
由公式可知,随着电流的增大,外电路电压也随之减小。电源内阻越大,外电路电压减小得越多。在直流负载时需要恒定电压供电,所以总是希望电源内阻越小越好。
2. 当全电路处于断路状态时,相当于外电路电阻值趋于无穷大,此时电路电流为零,开路内电路电阻电压为零,外电路电压等于电源电动势。
3.当全电路处于短路状态时,外电路电阻值趋近于零,此时电路电流叫短路电流。由于电源内阻很小,所以短路电流很大。短路时外电路电压为零,内电路电阻电压等于电源电动势。
全电路处于三种状态时,电路中电压与电流的关系见表1—3。
表1—3 电路中电压与电流的关系
电路状态 通路 负载电阻 电路电流 I?ER?r外电路电压 R=常数 R?? R?0 U?E?Ir U?E 开路 短路 I?0 I?Er U?0
通常电源电动势和内阻在短时间内基本不变,且电源内阻又非常小,所以可近似认为电源的端电压等于电源电动势。今后不特别指出电源内阻时,就表示其阻值很小忽略不计。但对于电池来说,其内阻随电池使用时间延长而增大。如果电池内阻增大到一定值时,电池的电动势就不能使负载正常工作了。如旧电池开路时两端的电压并不低,但装在收音机里,却不能使收音机发声,这是由于电池内阻增大所致。
例题4如图1一6所示的电路。电源电动势E=24 V,电源内阻r=-4?,负载电阻R=20
?。求电路中的电流,电源的端电压,负载电压和电源内阻电压。
解:
根据公式(1—10),电路中的电流:
I?ER?r?2420?4?1A
由公式(1一11),电路中电源的端电压:
U?E?Ir?24?1?4=20V
根据公式(1—8),电路中的负载电压:
U?IR?1?20=20V
根据公式(1一8),电路中电源内阻的电压:
Ur?Ir?1?4?4V
§1—4 电阻的串联、并联电路
一、电阻的串联电路
在一段电路上,将几个电阻的首尾依次相连所构成的一个没有分支的电路,叫做电阻的串联电路。如图1—7a所示是电阻的串联电路。图1—7b是图1—7a的等效电路。电阻的串联电路有以下特点:
1.串联电路中流过各个电阻的电流都相等,即:
I?I1?I2?I3?…?In
2.串联电路两端的总电压等于各个电阻两端的电压之和,即:
U?U1?U2?…?Un
3.串联电路的总电阻(即等效电阻)等于各串联的电阻之和,即:
R?R1?R2?…?Rn
根据欧姆定律得出,U1?IR1,U2?IR2,…,U?IR可以得出:
U1U?U2R2?…
UR
或者
U1U?R1R
U2U?R2R
此公式表明,在串联电路中,龟阻的阻值越大,这个电阻所分配到的电压越大;反之,电压越小,即电阻上的电压分配与电阻的阻值成正比。这个理论是电阻串联电路中最重要的结论,用途极其广泛。比如,用串联电阻的办法来扩大电压表的量程:
在如图1—7a所示的,电路中,将R?R1?R2代人公式(1—14)式中
电工基础知识入门
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