1.1.3 電路的三種工作狀態(tài)
知識鏈接——學一學
電路有三種可能的工作狀態(tài)：通路、斷路和短路。
1. 通路
通路就是電源與負載接成閉合回路，即圖1-11所示電路中開關(guān)S合上時的工作狀態(tài)。短距離輸電導線的電阻很小，常忽略不計，于是負載的電壓降UL就等于端電壓降U
圖1-11 電路通路示意圖
若輸電導線較長，就應當考慮它的電阻。實際上為了簡化電路計算，常用等值的集中電阻來代表實際導線的分布電阻，如圖1-11中用虛線表示的電阻Rl。
輸電導線的橫截面積應根據(jù)線路上的容許電壓損失（一般規(guī)定為額定電壓的5%）和最大工作電流適當選定，截面過細導線的電壓損失太大，過粗則浪費材料。
2. 斷路（開路）
斷路就是電源與負載沒有接通成閉合回路，也就是圖1-11電路中開關(guān)S斷開時的工作狀態(tài)。斷路狀態(tài)相當于負載電阻等于無窮大，電路的電流等于零，即
RL=∞，I=0
此時電源不向負載供給電功率，即
PS=0，PL=0
這種情況稱為電源空載。電源空載時的端電壓稱為斷路電壓或開路電壓。電源的開路電壓UOC就等于電源電動勢E，即
3. 短路
短路就是電源未經(jīng)負載而直接由導線接通成閉合回路，如圖1-12所示。圖中折線是指明短路點的符號。電源輸出的電流就以短路點為回路而不流過負載。
圖1-12 電路短路示意圖
若忽略輸電線的電阻，短路時回路中只存在電源的內(nèi)阻R0。這時的電流為
ISC稱為短路電流。因為電源內(nèi)阻R0一般都比負載電阻小得多，所以短路電流ISC總是很大的。
實際工作中，若電源短路狀態(tài)不迅速排除，由于電流熱效應，很大的短路電流將會燒毀電源、導線以及短路回路中接有的電流表、開關(guān)等，以致引起火災。所以，電源短路是一種嚴重的事故，應嚴加防范。
許多短路事故是因絕緣損壞引起的；錯誤的接線或誤操作也常導致電源短路。
為了避免短路事故所引起的嚴重后果，通常在電路中接入熔斷器或自動斷路器，以便在發(fā)生短路時迅速將故障電路自動切斷。
實踐操作——做一做
在實驗線路板上，按圖1-13所示連接電路，電路圖中的電源采用直流穩(wěn)壓電源，電壓選擇為12Ⅴ；燈泡選擇12Ⅴ/2W。進行以下操作：
圖1-13 實踐操作電路圖
（1）合上開關(guān)S，逐漸調(diào)大電源電壓，直至12Ⅴ，觀察燈泡情況。
（2）合上開關(guān)S，測量線路中的電流及燈泡兩端的電壓。斷開開關(guān)S，測量線路中的電流及燈泡兩端的電壓，將測量數(shù)據(jù)記入表1-1中。
表1-1 直流電流、電壓測量結(jié)果
（3）斷開開關(guān)S，將電壓表接在電流表左側(cè)時，再分別將開關(guān)S閉合、斷開，測量線路中電流及電壓。
（4）在圖1-13所示電路中，斷開開關(guān)S，電源電壓調(diào)為12Ⅴ，電阻R0=10Ω，測量電源、燈泡、R0及開關(guān)兩端的電壓。閉合開關(guān)S，燈泡用一根導線短接，用電壓表分別測量電源、燈泡、R0及開關(guān)兩端的電壓，將測量數(shù)據(jù)填入表1-2中。
表1-2 電路工作狀態(tài)測量結(jié)果
在測量時應注意：所有需要測量的電壓值，均以電壓表測量的讀數(shù)為準。E1、E2 也需測量，不應取電源本身的顯示值。
問題研討——想一想
（1）當開關(guān)S斷開時，燈不亮，是因為電路中沒有________。合上開關(guān)S，當電源電壓由0Ⅴ 逐漸增大至12Ⅴ 時，燈泡發(fā)光情況________，要使燈泡正常發(fā)光，燈泡兩端電壓應（大于/小于/等于）燈泡的額定電壓。
（2）對圖1-13所示電路，開關(guān)S閉合，電壓表分別接在電流表的左側(cè)、右側(cè)時，電流表、電壓表的讀數(shù)有何變化？為什么？在什么情況下將電壓表接在電流表的左側(cè)？又在什么情況下將電壓表接在電流表的右側(cè)？
（3）電路開路時，外電路的電阻對電源來說相當于多少？電路中電流為多少？電源兩端的電壓為多少？負載兩端的電壓為多少？
（4）電源短路時，外電路的電阻相當于______（零/無窮大），電路中電流相當于______（零/無窮大）。在電路的實際運行中，電源短路是不允許出現(xiàn)的，為了防止電源短路現(xiàn)象的發(fā)生，在實際電路中都采取了什么措施？