第一節 直流電路
電路就是電流通過的閉合回路。它由電源和負載組成,電源和負載用導線連接起來,最常用的導線是銅線和鋁線。電源能把其他形式的能量轉換成電能,如發電機能把機械能轉換成電能,蓄電池能把化學能轉換成電能。負載能把電能轉換成其他形式的能,如電動機能把電能轉換成機械能,電爐絲能把電能轉換成熱能等等。在電源內能產生電勢,在電勢的作用下,形成了電荷向一定方向的運動,這叫做電流。不改變方向的電流的電路叫做直流電路。
電荷,也即是帶電的質點(在電解液中的離子,在金屬中的自由電子)在導體中運動時,便與導體中的離子和分子相碰撞,帶電質點的動能便以熱能的形式散發出來。對於這種現象,我們通常稱做電阻。
在實際電路中,除了電源、負載和連接導線外,為了控製和監視電路,還裝有開關、熔絲、測量儀表等設備。
二、電流、電漉密度
電流強度簡稱電流,是衡量電流大小的物理量,在一秒鍾內通過導體截麵的電荷量就是對電流大小的度量。假使電流的方向和大小均不隨時間而變化,就稱做直流電流;反之電流的方向和大小均隨時間而變化就稱做交流電流,簡稱交流。
電流的流動方向是取帶正電質子移動的方向,也就是與電子的流動方向相反。
在電源內電流的流動方向是從負極到正極;電源外部,電流的流動方向是正極流隨負極。
在實用中,電流密度是我們對導體進行選型的依據。選得恰當,電路就能安全經濟地運行,選得過大,雖然年運行費用小,但一次投資太大,不合算;選得過小,雖然投資小,但運行不安全、不經濟,所以在這兩者之間:行一個經濟的數據,我們稱它為經濟電碗密度。用表示。
三、電阻、電阻率、電阻的溫度係數和電導
1.電阻。導體中的自由電子在移動過程中,電子之間、電子和帶不同電荷的質點之間不斷地發生碰撞,同時還要克服原子核對它的吸引力,因而就受到一定的阻力,導體對電流的阻力,稱做電阻,用字母月表示。電阻大的物體導電性能差,電阻小的物體導電性能好。
這種導電性能差的物體,做電的不良導體。在通常條件下,由於其內部不存在自由電子,因而它不易於傳導電流,這類物體又稱做絕緣體,如橡膠、塑料,玻璃、雲母、陶瓷、膠木、油類、幹燥的木材、紙張、空氣等。
2.電阻率。金屬導體的電阻幹其長度成正比,和其橫截麵積成反比,並且與其材料、韞度等因素有關。
導體的電阻率p決定導體的材料的特性,電阻率高的材料,導電性能麓,電阻率低構材料,導電性能好。電阻率p是指長度為l米,截麵積為l毫米2的均勻導體。
3.電阻的溫度係數。隨著導體溫度的升高,有的導體電阻也隨著增加,如金屬類鈁體;而有的導體電阻卻隨著溫度增加而減小,如電解液、石墨和碳之類物體。但是,溫度的變化卻對某些合金幾乎沒有影響,故可以看作某些合金的電阻係數實際上不隨溫度而變化。
化學純金屬的電阻溫度係數近於0.004,如銅、鋁的電阻;康銅,錳銅的電阻溫度係數非常小;碳、電解液有著負的電阻溫度係數。
電導的單位名稱為[西門子],單位符號為靠,它的含意與電阻相反,電導大,表示導體的導電性能好,反之電導小,表示導體的導電性能差。
四、歐姆定律
歐姆定律是電路的基本定律,在工程技術中應用極為廣泛。它是反映電路中電壓、電流和電阻之間關係的定律。
在實際電路中,有直流發電機或蓄電池等作電源供給負載的電路,它由內電路(即電源內部的電路)和外電路(包括導線和負載)所組成的電路,稱為全電路。但是在閉合電路中,往往有某一段電路中不含有電勢,而僅有電阻,這種電路,稱為一段電路。
1.一段電路的歐姆定律
定義:當導體溫度不變時,通過導體的電流與其兩端的電壓成正比,而與其電阻成反比,這就叫做一段電路的歐姆定律。
2.全電路的歐姆定律
在隻有一個電源的無分支電路中,電流的大小與電源的電動勢成正比,而與內外電路電阻之和成反比,這就叫做全電路的歐姆定律。