一、直流電路
(一)電路
人們為了某種需要由某些電氣組件按一定方式組合起來,構成的總體稱為電路。換句話說電路即電流流通的路徑。
電路由電源、負載和中間環節三部分組成。電源是將非電能轉換成電能的裝置,如電池、發電機等。負載是取用電能的裝置,如電燈、電動機、電冰箱等。中間環節是連接電源和負載構成的電流通路,如銅、鋁導線和控製器、開關等。
手電筒電路、電動機電路和電路圖。電路的基本物理量是電流、電壓和電功率。
(二)電流
電路接通之後,就有電荷在電路中定向運動。在直流電路中,電荷從電源“+”端經過負載回到電源“-”端。在電源內部,它又從“-”端移向“+”端。所以電荷的定向移動形成了電流。習慣規定正電荷移動方向為電流方向。在金屬導體中,電流方向同自由電子的實際移動方向相反。
電流的大小用電流強度簡稱電流)表示,用每秒流過導體橫截麵上電量的大小來度量。
電流強度不隨時間變化者稱為恒定電流,簡稱直流;電流強度隨時間按一定規律變化者稱為交變電流,簡稱交流。
(三)電壓
電流在電路中流動是電場力作用的結果。電場力是由電源兩端經常保持著的電荷產生酌。電荷量越多,它產生的電場力越強,它推動電路中電荷流過負載做功的能力也越強。表示這個能力的物理量叫電壓。
電壓的大小用電場力推動單位正電荷在電路中某兩點間所做的功來度量。
電位是電場力推動單位正電荷從電路中某一點到零電位點所做的功。電路中二點電位之差等於電壓,從高電位點到低電位點的電用方向為正值(和電流同方向者為正值)。
電動勢是電源力推動單位正電荷從電源負極到電源正極所做的功,用E表示。在電源中,從低電位到高電位者電動勢方向為正值、和電流同方向者為正值)。電動勢是與電壓相當的物理量,表示電源做功的能力。
電位和電動勢的單位均與電壓相同。
(四)歐姆定律
歐姆定律是電路的基本定律,它表明電阻組件兩端的電壓和通過電阻的電流之間的關係。
電路中電流與電壓成正比(發為定值);電流與電阻成正比(電壓為定值)。
(五)電阻和電工材料
1.電阻
電阻兩端加電壓後,流過電阻的電流大小要由電阻確定。電阻的大小由構成電路的材料種類和幾何尺寸決定。
2.電工材料
電工技術範圍內所用的各種材料,依據材料電阻的大小可分為導電材料、絕緣材料和半導體材料三種。
導電材料是電阻比較小的材料,其內部有較多的自由電子,在電壓的作用下,能形成較大的電流。各種金屬材料、酸堿水溶液等都是導電材料,其中銅、鋁價格較低,應用最多。鎳洛合金耐熱性能好,卨溫時不易氧化燒毀,電阻係數較大,很適合作電熱器和電爐的熱絲。
絕緣材料是電阻很大的材料,在這類材料中含自由電於極少,在一般電壓作用下不能形成電流,被認為是不導電的材料,如雲母、石棉、陶瓷、油漆、樹脂、塑料、幹燥的木材等。絕緣材料使用時間過長就會產生老化現象,絕緣-性能變差。溫度和濕度也影響絕緣性能。人們常用的漏電現象就是絕緣能力下降所造成的,常用表來檢查絕緣的好壞。
半導體材料是電阻值處於導電材料與絕緣材料之間的材料。半導體即導電性能介於導體和絕緣體之間的物體,一般為固體,呈晶體結構。例如鍺、矽以及金屬的氧化物、硫化物等。它與導體的情況不同,半導體中雜質含量的多少和外界條件的改變(如溫度變化,受光照射等)都會使其導電性能發生顯著變化,純淨的半導體在極低溫度下幾乎不能導電,但隨著溫度升高,半導體的電阻迅速減小。製作半導體器件常采用含有微量特定雜質的半導體,可分為N型半導體和P型半導體兩大類,利用半導體的獨特性能,可製成半導體二極管、三極管、半導體整流組件、光敏電阻、熱敏電阻、半導體光電池、半導體溫差發電器和致冷器等半導體器件。
使用各種材料時應注意它們的電阻並不是絕對的,是隨外界條件的改變而有所變化,與下述因素有密切關係。
①溫度。當溫度升高時,金屬材料的電阻值增加;大多數絕緣材料的電阻值下降;半導體材料性能也將改變。
②濕度。濕度對絕緣材料的電阻影響很大,多數絕緣材料的電阻值都隨濕度的增加而下降,嚴重時可能失去電的絕緣性能,不起絕緣作用。
③電壓。絕緣材料隻是在一定的電壓作用下具有絕緣性能,超過某個電壓時會被“擊穿”而失去絕緣作用。氣體、液體擊穿時會出現電弧(電火花);固體被擊穿成孔。擊穿時的電壓叫擊穿電壓。為了安全,絕緣材料規定的工作電壓(額定電壓)要比擊穿電壓低許多。
半導體材料製成的各種組件,其工作性能也都同這三個因素有密切關係,因而在使用,時,更要求注意,隻能在溫度、電壓、濕度等的允許範圍內正常工作,
(六)電阻的聯接
1.串聯
電阻串聯電路。電阻組件首尾相連成串,電壓加於串聯電路兩端。