電路在我們的日常生活中無處不在,從居室照明、家用電器、電腦到電子商務,電路穿梭於人類生活的每一個角落。電路對於我們如此重要,那麼就讓我們來學習有關電路的基本知識。
1.掌握簡單電路及電流、電壓、電動勢、電位和電阻等幾個重要電工學概念。
2.掌握歐姆定律。
3.掌握電阻的串聯、並聯連接。
4.掌握電功與電功率。
5.掌握基爾霍夫定律。1.萬用表的認知與使用。
2.電流表、電壓表的認知與使用。
3.會對基爾霍夫定律進行應用。
【學習目標】
◇了解電路的組成及各部分的作用和電路的三種狀態。
◇掌握電流、電壓、電動勢、電位和電阻等幾個重要電工學概念。
◇理解電源電動勢的概念,會對電動勢和電壓進行區分。
◇掌握電阻定律,會計算導體電阻,了解電阻器的相關知識。一、實際電路的組成及功能
在日常生產生活中各種各樣的電路被廣泛應用,它們都是實際器件按一定方式連接起來的。
由幹電池、小燈泡、開關和連接導線構成的一個簡單直流電路。當合上開關時,幹電池向外輸出電流,電流流過小燈泡而發亮,它由四部分組成:
(1)電源——幹電池。電源是電路中提供電能的裝置,幹電池電源將化學能轉化為電能。常見的直(2)負載——燈泡。負載即用電裝置,它將電源供給的電能轉化為其他形式的能量,燈泡將電能轉換成熱能和光能。常見負載有電燈、電爐、電烙鐵、揚聲器、電動機等。
(3)控製和保護裝置——開關。控製和保護裝置是用來控製電路的通斷,保證電路正常工作。
(4)連接導線。連接導線是連接電路、輸送和分配電能的。
二、電路與電路模型
如采用電路圖來進行電路分析和計算的方法是很不方便的,故通常人們采用一些簡單的理想元件來代替實際部件。這樣一個實際電路就可以由若幹個理想元件的組合來模擬,這樣的電路稱為實際電路的電路模型。
將實際電路中各個部件用其模型符號來表示,這樣畫出的圖稱作為實際電路的電路模型圖,也稱做電路原理圖。實際電路的電路原理圖。
建立電路模型圖具有十分重要的意義,運用電路原理圖可以大大簡化電路的分析。電路中所有的設備或元件都可以用國家統一規定的圖形符號或文字符號來表示。部分常用的電氣元件符號表。
三、電路的工作狀態
電路的工作狀態一般有三種:有載狀態、短路狀態和開路狀態。
當開關接通時,燈泡發亮,表明電路中有電流流過,電路處於導通狀態,即有載狀態,也稱通路或閉路;當電路發生故障或連接錯誤時,a、b兩點被接通,電源被短路。電源短路會產生很大的電流,有可能造成嚴重後果,因此應盡量避免電源被短路。當開關斷開或電線斷裂、接頭鬆落時,燈泡不發亮,表明電路沒有電流流過,電路處於開路狀態或者斷路狀態。
四、電路中的基本物理量
分析電路時常用的基本物理量。
1.電流
在金屬導體內具有大量的自由電子,它們在做無序不規則的運動。當存在外電場時,金屬導體中的自由電子在電場力作用下就會發生定向移動。
這種電荷有規則地定向移動稱作電流。電流的大小取決於一定時間內通過導體橫截麵電荷量的多少。如在t秒(s)內通過導體橫截麵的電量為Q庫侖(C)。
電流的主單位為安培,常用的電流單位還有千安(kA)、毫安(mA)和微安(μA),換算關係。電流既有大小又有方向,習慣上規定以正電荷移動的方向為電流的正方向。
在分析電路時,常常難於判斷電流的實際方向。這時可以先假定電流的參考方向,然後求解。當解出的電流為正值時,說明電流的實際方向與參考方向一致,反之,解出的電流為負值時,說明電流方向與參考方向相反。
2.電壓
金屬導體中的自由電子如沒有外電場的作用是無法形成電流的。隻有當外電場存在時,電場力將迫使自由電子做定向移動,從而形成電流。此時,電場力對電荷做功。為了衡量電場力對電荷做功的能力,引入了電壓這個物理量。
電壓又稱為電位差,是衡量電場力做功本領大小的物理量。當電場力將電荷Q從A點移動到B點,所做的功為Wab,則Wab與電荷Q的比值稱為兩點間的電壓,單位和數學表達式。
電壓不僅有大小,而且有方向。對於負載電阻來說,規定電流流進端為電壓的正端,電流流出端為電壓的負端。電壓方向由正指向負。電壓的方向在電路圖中有兩種表示方法。
在分析電路時,常常難於判斷電壓的實際方向。這時可以先假定電壓的參考方向,再根據計算所得結果來確定電壓的實際方向。若電壓的參考方向與實際方向一致,電壓為正;若電壓的參考方向與實際方向相反,電壓為負。
對於電阻負載來說,沒有電壓就沒有電流,有電流就一定有電壓。電阻兩端的電壓被稱為電壓降。
3.電動勢
當電流通過用電器時,用電器(電燈、電烙鐵、電動機等)把電能轉換成所需要的其他形式的能。為了能夠向用電器連續不斷地提供電能,需要一種可以把非電能轉換成電能的裝置,這種裝置就稱為電源。電源的種類很多,如電池和發電機等,電池是把化學能轉換成電能的裝置,而發電機則是把機械能轉換成電能的裝置。
電源具有能夠利用外力將正電荷從電源負極(低電位)推向正極(高電位)的能力,這種能力稱為電源力。(對於電池,這種電源力就是化學力;對於發電機,這種電源力則是電磁力。)電源力將正電荷從電源負極推向正極所做的功與正電荷電量的比值稱為電源的電動勢,用字母E表示。其表達式符號、單位。其中,W的單位為焦耳(J),Q電量單位為庫侖(C)。