第一章電工基礎知識

1.1　電路的基本概念

1.1.1　電路

（1）電路的組成

電流通過的路徑，稱為電路。一個完整的電路由電源、負載（用電器）、輸電導線和控制設備組成，如圖1-1所示。對電源來講，負載、輸電導線和控制設備等稱為外電路。電源內部的一段電路稱為內電路。

① 電源　把其他形式的能量轉變成為電能的裝置叫做電源。常見的直流電源有干電池、蓄電池和直流發電機等。

② 用電器　把電能轉換成為其他形式能量的裝置稱為用電器，也常把它稱為電源的負載，如電燈、電鈴、電動機、電爐等利用電能工作的設備。

③ 導線　連接電源與用電器的金屬線稱為導線，它把電源產生的電能輸送到用電器，常用銅、鋁等材料制成。

④ 控制設備　它起到把用電器與電源接通或斷開的作用。

（2）電路的狀態

電路的工作狀態分為通路、斷（開）路和短路三種，如圖1-2所示。

① 通路　電路各部分連接成閉合回路，有電流通過。

② 斷路　電路斷開，電路中沒有電流通過。

③ 短路　電源輸出的電流不經過用電器，只經過連接導線直接流回電源。

1.1.2　電流

（1）電流的形成

導體內的自由電子或離子在電場力的作用下，有規律的流動叫做電流。

（2）電流

單位時間內通過導體截面積的電量即為電流強度，習慣上簡稱為電流。用字母I表示，，單位為安培（A），實際使用中還有 kA、mA、μA。

大小和方向都不隨時間變化的電流叫恒定電流，也叫直流電流，又稱直流電。大小和方向都隨時間變化的電流叫交流電流，也稱交流電。

在單位橫截面積上通過的電流大小，稱為電流密度。用J表示，，單位為安倍/平方毫米（A/mm2）。

習慣上規定正電荷運動的方向（即負電荷運動的反向）為電流的方向。如圖1-3所示。

電流的正方向在電路圖中，一般用箭頭表示，箭頭的方向就是電流的正方向。也可用雙下標表示，例如Iab表示電流的正方向由a點指向b點。

電壓、電動勢和電流一樣，也同樣具有方向，電壓的方向規定為由高電位端指向低電位端，也就是電位降低的方向。電源電動勢的方向規定為電源內部由低電位端指向高電位端，也就是電位升高的方向。在電路分析中，電壓、電動勢的正方向也是可以任意規定的，正方向的表示方法與電流的正方向表示方法完全相同。

1.1.3　電阻

（1）電阻概念

導體能導電，同時對電流也有阻力作用，這種阻礙電流通過的能力稱為電阻，用字母R或r表示，單位為歐姆（Ω）。常用單位還有千歐（kΩ）、兆歐（MΩ）。

當溫度一定時導體的電阻不僅與它的長度和橫截面積有關，而且與導體材料自身的電阻率有關，電阻率又稱為電阻系數，是衡量物體導電性能好壞的一個物理量，用字母ρ表示，單位為歐姆·米（Ω·m）。其數值是指導體的長度為1m、截面積為1mm2的均勻導體在溫度為20℃時所具有的電阻值，可見。

（2）電阻與溫度關系

表示物質的電阻率隨溫度而變化的物理量，稱為電阻的溫度系數。其數值等于溫度每升高1℃時，電阻率的變化量與原來的電阻率的比值，用字母d表示，單位為1/℃。

1.1.4　部分電路歐姆定律

在一段電路中，流過該段的電流與電路兩端的電壓成正比，與該段電路的電阻成反比，如圖1-4所示。表示為 。

1.1.5 　電能和電功

（1）電能

電場力在推動自由電子定向移動中要做功，設導體兩端電壓為U，通過導體截面的電荷量為Q，電場力所做的功W為

W=QU=UIt

W單位是焦耳（J）。常用的單位還有千瓦時（kW·h），也就是常說的度，1kW·h =3.6×106J。

（2）電功率

單位時間內電流通過用電器所做的功，叫電功率。用P表示，，單位是千瓦（kW）。

用電器上通常標明它的電功率和電壓，叫做用電器的額定功率和額定電壓。

（3）焦耳定律

電流通過導體產生的熱量與電流的平方、導體電阻和通電時間成正比，這就是焦耳定律。表示為

Q=I2Rt