直流電路淺解幻燈片

直流電路基礎(chǔ)知識(shí)淺解項(xiàng)目一直流電路基礎(chǔ)知識(shí)知識(shí)目標(biāo)：了解電流、電壓、基本概念，掌握其單位及單位的換算；了解電阻的概念和電阻與溫度的關(guān)系；掌握歐姆定律，熟練應(yīng)用歐姆定律進(jìn)行計(jì)算；理解電能和電功率的概念，掌握焦耳定律，掌握電能、電功率的計(jì)算。技能目標(biāo)：會(huì)使用直流電壓表、電流表會(huì)用萬用表測量直流電壓、直流電流和電阻。任務(wù)一電路1.1電路的組成電路是由電源、導(dǎo)線、開關(guān)和負(fù)載四大部分組成。下圖是直流電動(dòng)機(jī)控制回路，通過開關(guān)（開或關(guān)），閉合狀態(tài)下才能正常工作電能轉(zhuǎn)化成其他形式的能（機(jī)械能，光能，熱能）（1）電源電源是電路的源泉/能量源，它為電路提供電能。（2）導(dǎo)線導(dǎo)線構(gòu)成電路的通路。傳遞電作用。（3）開關(guān)開關(guān)是控制電路通、斷的電器（設(shè)備），（4）負(fù)載負(fù)載是消耗電能的設(shè)備。如電燈、風(fēng)扇、1.2電路的物理量1.2.1電流1.電流的形成。電流就是電子在電場力作用下有規(guī)則的定向運(yùn)動(dòng)。（可以理解為河道中的流水向一定方向移動(dòng)）2.電流強(qiáng)度單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體截面電荷量的多少稱為電流強(qiáng)度。它是表征電流大小的物理量。（可以理解為流水速度的快慢流速）電流強(qiáng)度的單位為安培，簡稱安，符號(hào)為A。圖1-6電流的形成（a）未通電狀態(tài)（b）通電狀態(tài)設(shè)在△t時(shí)間內(nèi)，流過截面S的電荷量為△Q，則電流強(qiáng)度為

（瞬時(shí)）

如果電流的大小和方向都不隨時(shí)間的變化而變化，則稱為穩(wěn)恒直流電，簡稱直流電。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為1.2.2電壓、電位、電動(dòng)勢1．電壓（負(fù)載二端有電流的前提條件是二端存在電壓）下圖是水的循環(huán)流動(dòng)示意圖。我們以水的循環(huán)流動(dòng)來說明電流在電路中的流動(dòng)原理。流和水流有著相似的規(guī)律，如圖1-10所示，要想形成圖中電流，必須在白熾燈兩端存在電位差（類似水槽的水位差）。A、B極板之間的電位差稱為A、B兩點(diǎn)之間的電壓UAB。

電壓的正方向規(guī)定為：由高電位指向低電位，即從電源的正極指向負(fù)極。電壓的方向用“＋”、“-”號(hào)來表示。電壓的單位是伏特，簡稱伏，符號(hào)為V。圖1-9水流方向圖1-10電動(dòng)勢、電壓說明圖1.2.3電流、電壓的測量1．電流的測量測量時(shí)將表的兩個(gè)接線端串聯(lián)在電路中（千萬不可并聯(lián)在電路上），表的“＋”端為電流的流入端；表的“－”端為電流的流出端。根據(jù)表針?biāo)甘镜目潭龋x出電流的大小。2．電壓的測量測量時(shí)將表的兩個(gè)接線端并聯(lián)在被測電壓的兩端，測量時(shí)表的“+”接線端接被測電壓的正極，“-”接線端接被測電壓的負(fù)極。根據(jù)表針?biāo)甘镜目潭?，讀出電壓的大小。

1.3電阻1.3.1導(dǎo)體的電阻1.導(dǎo)體電阻的概念圖1-14所示是電子在導(dǎo)體中流動(dòng)示意圖。圖1-14a和圖1-14b是不同的兩種導(dǎo)體材料，材料內(nèi)的原子結(jié)構(gòu)不同，導(dǎo)體對電子流動(dòng)呈現(xiàn)出的“阻力”不同；圖1-14c是同一種導(dǎo)體材料，由于材料的截面積不同，導(dǎo)體對電子流動(dòng)呈現(xiàn)出的“阻力”不同。導(dǎo)體對電流的阻礙作用稱為導(dǎo)體的電阻，用符號(hào)“R”來表示，其基本單位為歐姆（Ω）。較大的單位有kΩ和MΩ。（類似河道中的石頭對水流流動(dòng)有阻礙作用）其換算關(guān)系為1MΩ=1000kΩ、1kΩ=1000Ω圖1-14電子在導(dǎo)體中流動(dòng)示意圖a)導(dǎo)體中“障礙物”少b)導(dǎo)體中“障礙物”多c）導(dǎo)體截面積不同電子所受阻力不同2.導(dǎo)體的電阻率與溫度系數(shù)1）電阻定律導(dǎo)體電阻的大小與導(dǎo)體的電阻率和導(dǎo)體長度成正比，與導(dǎo)體的橫截面S成反比，用公式表示為電阻是耗能元件，它將電能不可逆地轉(zhuǎn)換為熱能。電阻的標(biāo)稱阻值的標(biāo)注方法1.直標(biāo)法主要參數(shù)直接標(biāo)注在電阻器的外殼上。▲——表示電阻器的商標(biāo)；

RJ——“R”代表電阻器，“J”表示電阻器由金屬材料制作而成；1W——表示電阻器的額定功率為1W；5.1kΩ——表示電阻器的的電阻值為5.1kΩ；±5%——電阻值的允許偏差值為±5%。電阻的標(biāo)稱阻值的標(biāo)注方法2.數(shù)碼法用3或4位阿拉伯?dāng)?shù)字來標(biāo)注電阻的阻值472表示：104表示：4501表示：1123表示：電阻的標(biāo)稱阻值的標(biāo)注方法3.色標(biāo)法用不同顏色的色環(huán)或色點(diǎn)表示電阻的阻值和允許誤差。（重點(diǎn)）使用最多的標(biāo)注方法電阻的標(biāo)稱阻值的標(biāo)注方法案例：色環(huán)電阻的識(shí)別例：識(shí)別某四環(huán)電阻電阻：（棕綠紅金）解：第一位有效數(shù)字：3；第二位有效數(shù)字：3；第三位10的5次方（即100000）；第四位允許誤差為5%即阻值為：33×100000=3.3×106Ω=3.3MΩ敏感電阻器實(shí)物壓敏電阻光敏電阻正溫度熱敏電阻PTC汽敏電阻負(fù)溫度熱敏電阻NTC濕敏電阻1.3.2

電阻的測量測量電阻用歐姆表。圖1-17是用指針式萬用表的歐姆擋測量電阻，測量前先將萬用表的旋轉(zhuǎn)開關(guān)旋到電阻擋，然后將兩表筆短路校零（兩表筆短路的同時(shí)旋轉(zhuǎn)表盤上的校零可調(diào)電阻，使表針指到右邊零刻度）。測量時(shí)兩表筆搭在被測電阻的兩端，表針指示的刻度既是被測電阻的阻值。如果被測電阻連接在電路中，測量時(shí)必須將電阻與電路斷開，更不允許電路帶電測量。圖1-16電阻元件的電路符號(hào)圖1-17電阻的測量1.4歐姆定律

電阻電路的歐姆定律可表述為：流經(jīng)電阻的電流與加在電阻兩端的電壓成正比，與電阻的阻值成反比，其表達(dá)式為1.4.1電阻電路歐姆定律一段只含有電阻、而不含有電源的電路，稱為電阻電路，如圖歐姆定律只適應(yīng)于線性電阻電路，即當(dāng)電壓和電流變化時(shí)，電阻的阻值不變。圖1-20a是線性電阻的伏安特性曲線。某些電阻元件，如半導(dǎo)體二極管的正向電阻、白熾燈的燈絲電阻，它們不遵循歐姆定律，伏安特性曲線是一條曲線，這種電阻稱為非線性電阻，它的阻值隨工作電壓的變化而變化，如圖1-20b所示。a）線性電阻的伏安特性b）非線性電阻的伏安特性圖1-20電阻的伏安特性曲線案例1電烙鐵發(fā)熱量不足

2.電路參數(shù)發(fā)生了變化，使電路工作不正常案例現(xiàn)象某電氣維修工使用的一把電烙鐵發(fā)熱量不足，不知是什么原因。電烙鐵的正常工作參數(shù)為：電壓220V，電流90mA。

圖1-25電烙鐵a)電烙鐵外形b)等效電路案例分析電烙鐵的發(fā)熱體就是一個(gè)線繞電阻，如圖1-25b所示。發(fā)熱量不足一是外加電壓低于220V，二是電烙鐵的工作電流小于正常值。用電壓表測量220V電源電壓，為正常值；用電阻表（萬用表的歐姆檔）測量電烙鐵的發(fā)熱體電阻，阻值為3.1kΩ。根據(jù)歐姆公式，計(jì)算電烙鐵的實(shí)際電流為I=U/R=220/3.1kΩ=71mA由于71mA<90mA，使電烙鐵的發(fā)熱量不足。其原因?yàn)榘l(fā)熱體老化，阻值變大所至。1.5電功與電功率1.5.1電功電流在電路中流動(dòng)，通過負(fù)載時(shí)要對負(fù)載做功。如電流流入電動(dòng)機(jī)的繞組，電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，拖動(dòng)機(jī)械負(fù)載運(yùn)動(dòng)做功，電能通過電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。電能通過負(fù)載做功的大小，與流過負(fù)載的電流I、負(fù)載兩端的電壓U以及通電時(shí)間t成正比，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為在工程上電功又稱電能，常用kW·h(千瓦時(shí))表示，1kW·h就是通常說的1度電。它與焦耳之間的換算關(guān)系為1kW·h=1000W×3600s=3.6×106J在工程上電能是由電能表進(jìn)行測量的，電能表俗稱電度表，圖1-31是電能表的外形圖。電能表在測量過程中是通過表內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)字輪，由字輪上的數(shù)字指示出電路消耗的電能。（13進(jìn)24出）圖1-31電能表1.5.2電功率在日常生活或工程中，不僅要了解電流做功的多少，還要知道電流做功的快慢。電流做功的快慢是用“電功率”來表示的。1.電功率電流在單位時(shí)間內(nèi)所做的功稱為電功率，用P來表示。其表達(dá)式為

電功率的基本單位為W（瓦），還有kW（千瓦）和mW（毫瓦）2.額定功率為了使電器能安全、可靠地工作，對電器的工作電壓和電流都有一個(gè)規(guī)定值。這個(gè)規(guī)定值就稱為電器的額定電壓和額定電流。額定電壓和額定電流的乘積，稱為電器的額定功率。額定電壓、電流、電功率統(tǒng)稱為用電器的額定值，用電器的額定值都在銘牌上標(biāo)出，以方便使用。案例2某企業(yè)電壓不穩(wěn)，造成用電器工作不正常案例現(xiàn)象某企業(yè)經(jīng)常自己發(fā)電，電壓穩(wěn)定性差，電壓在200～240V之間波動(dòng)，車間用的白熾燈忽明忽暗，經(jīng)常損壞。案例分析以額定電壓為220V、額定功率為40W的白熾燈為例。若把它接在220V的電路中，通過燈泡的電流為燈泡的電阻為當(dāng)電路電壓降為200V，輸出功率為因?yàn)殡妷合陆?，白熾燈的功率?0W下降為33.1W，發(fā)光變暗。當(dāng)電路電壓升為240V，輸出功率為因?yàn)?7.64W>40W，白熾燈處于較強(qiáng)的過載狀態(tài)，雖然發(fā)光亮度增加，但白熾燈的壽命大大下降。案例總結(jié)一切電器，工作在額定狀態(tài)是最佳狀態(tài)，我們要盡量使電氣設(shè)備工作在額定狀態(tài)。在購買電器設(shè)備時(shí)，要認(rèn)真核實(shí)設(shè)備的使用條件，一是要和電源相符；二是要和電器驅(qū)動(dòng)的設(shè)備相匹配。

W任務(wù)二直流電路分析2.1電阻的串并聯(lián)2.1.1電阻的串聯(lián)將兩個(gè)或兩個(gè)以上的電阻首尾依次相接，這種連接方式稱為串聯(lián)，如圖2-2所示。電阻串聯(lián)電路的特點(diǎn)（1）串聯(lián)電路的總電阻等于各串聯(lián)電阻之和總電阻的表達(dá)式為圖2-2電阻的串聯(lián)（2）各電阻中通過的是同一電流根據(jù)歐姆定律，串聯(lián)電路的電流為（3）串聯(lián)電路兩端的總電壓等于各電阻上的分電壓之和總電壓的表達(dá)式為（4）串聯(lián)電路具有分壓作用串聯(lián)電路各電阻上的電壓與電阻的阻值成正比，阻值越大，所分得的電壓也越大，各電阻上分得的電壓為根據(jù)串聯(lián)電路總電阻等于分電阻之和，有R=RO+RXkΩRX=R-RO=100kΩ-1kΩ=99kΩ在表頭上串聯(lián)一個(gè)99kΩ的電阻，即可將表頭改裝為一只10V量程的電壓表。（PACK基本原理）案例3

利用電阻串聯(lián)降壓限流案例敘述：圖2-6是電阻串聯(lián)電路，分析其工作原理。案例分析：圖2-6a是指示燈電路(指示燈可等效為一個(gè)電阻)，為了限制指示燈中電流，根據(jù)串聯(lián)分壓原理，通過串聯(lián)電阻分壓，使加在指示燈上的電壓U2為合適值，使指示燈正常發(fā)光。圖2-6b降壓原理和圖2-6a相同，發(fā)光二極管也可以看作為一個(gè)電阻。該電路是電子設(shè)備上廣泛使用的一種指示電路。圖2-6c是電阻串聯(lián)在高壓電路中的一種應(yīng)用。電路總電壓為310V，為了提高電路的工作可靠性，降低加在電阻上的電壓值，采用了4個(gè)相同阻值的電阻相串聯(lián)，每個(gè)電阻上分得的電壓為310V/4=77.5V。

圖2-6電阻串聯(lián)電路a)電阻與指示燈串聯(lián)采用在一條支路中多個(gè)電阻串聯(lián)來均分功率、均分電壓，以此來提高電路的工作可靠性、方便電路的安裝，是電工和電子電路經(jīng)常采用的方法。b)電阻與發(fā)光二極管串聯(lián)c)電阻在高壓電路中串聯(lián)2.1.2電阻的并聯(lián)和混聯(lián)將兩個(gè)或兩個(gè)以上的電阻首、尾分別接在一起，使電流有多條通路，這種連接方式稱為并聯(lián)，如圖2-7所示。1．電阻并聯(lián)電路的特點(diǎn)（1）各并聯(lián)電阻兩端的電壓相等；（2）并聯(lián)電路的總電流等于各電阻中電流之和，即(2-5)（3）并聯(lián)電路的總電阻的倒數(shù)等于各并聯(lián)電阻倒數(shù)之和，即圖2-7電阻的并聯(lián)（4）并聯(lián)電路具有分流作用，并聯(lián)電路中流過電阻的電流與電阻的阻值成反比，阻值越小，流過的電流越大；阻值越大，流過的電流越小。當(dāng)有兩個(gè)電阻并聯(lián)時(shí)，其分流公式為，（5）各并聯(lián)電阻上所消耗的功率與電阻的阻值成反比并聯(lián)電路中電阻的阻值越小，消耗的功率越大；阻值越大，消耗的功率越小?？偣β实扔诟鞑⒙?lián)電阻功率之和，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為P=P1+P2+P3（4）并聯(lián)電路具有分流作用，并聯(lián)電路中流過電阻的電流與電阻的阻值成反比，阻值越小，流過的電流越大；阻值越大，流過的電流越小。當(dāng)有兩個(gè)電阻并聯(lián)時(shí)，其分流公式為，（5）各并聯(lián)電阻上所消耗的功率與電阻的阻值成反比并聯(lián)電路中電阻的阻值越小，消耗的功率越大；阻值越大，消耗的功率越小。總功率等于各并聯(lián)電阻功率之和，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為P=P1+P2+P32.電阻的混聯(lián)在一個(gè)電路中，既有電阻串聯(lián)又有電阻并聯(lián)，稱為混聯(lián)電路。圖2-9就是一個(gè)電阻混聯(lián)電路。在計(jì)算混聯(lián)電路時(shí)，將電路中串聯(lián)或并聯(lián)的電阻按串聯(lián)或并聯(lián)的計(jì)算方法一步步進(jìn)行化簡，最后求出整個(gè)電路的等效電阻值。圖2-9電阻的混聯(lián)電路【例2-1】混聯(lián)電路如圖2-10所示，已知，，V，試求電路的總電阻R和總電流I。解：

圖2-10例2-1圖

案例1工作在電網(wǎng)上的負(fù)載都為并聯(lián)3．活學(xué)活用案例敘述：工作在電網(wǎng)上的各種負(fù)載都為并聯(lián)工作，為什么？案例分析：圖2-11是電網(wǎng)中的一條火線和一條零線，火線和零線之間的電壓為220V。在火線和零線上并聯(lián)著各種用電負(fù)載。圖2-12是計(jì)算機(jī)、掃描儀、打印機(jī)并聯(lián)在一起的情況。圖2-11并聯(lián)負(fù)載根據(jù)并聯(lián)電路各電阻上（各負(fù)載）所加電壓相同的特點(diǎn)，在電力供電系統(tǒng)中，采用負(fù)載并聯(lián)的運(yùn)行方式。供電系統(tǒng)為用電器提供一個(gè)相同的額定電壓，各種負(fù)載都要按照這個(gè)額定電壓設(shè)計(jì)電路。例如我國民用市電的額定電壓為220V，各種用電器的額定電壓也都是220V，只要買了按照我國標(biāo)準(zhǔn)電壓生產(chǎn)的電器，在我們國內(nèi)都能用。我們可以想象一下：如果我們國家的低壓（指220V）標(biāo)準(zhǔn)有多種，電器的電壓標(biāo)準(zhǔn)也有多種，使用起來是何等的麻煩。圖2-12三個(gè)負(fù)載并聯(lián)案例2

電阻保護(hù)并聯(lián)案例敘述：在高壓電網(wǎng)和高壓電路中，為了防雷，裝有避雷器；在低壓電路中，為了防止電路過壓，安裝壓敏電阻，避雷器和壓敏電阻是怎樣對電路進(jìn)行保護(hù)的？a)b)c)d)圖2-15電阻保護(hù)并聯(lián)案例分析：電網(wǎng)防雷保護(hù)原理是根據(jù)電阻和電網(wǎng)并聯(lián)，電網(wǎng)和電阻上加的是同一電壓，當(dāng)雷電超過了電網(wǎng)的工作電壓（避雷器的導(dǎo)通電壓），避雷器導(dǎo)通，將雷電流通過避雷器旁路，保護(hù)了電網(wǎng)不會(huì)超壓而損壞。避雷器實(shí)際上是一個(gè)壓敏電阻，導(dǎo)通電壓值高于電網(wǎng)的正常工作電壓，又低于電網(wǎng)的損壞電壓值。當(dāng)避雷器導(dǎo)通后，雷電低于了一定值，避雷器又自動(dòng)關(guān)閉，不影響電網(wǎng)的正常工作。電路中并聯(lián)壓敏電阻的保護(hù)原理為：壓敏電阻上所加電壓低于導(dǎo)通電壓時(shí)，其阻值很大，相當(dāng)于開路，當(dāng)高于導(dǎo)通電壓，電阻很小，相當(dāng)于短路。在電路中主要是進(jìn)行過壓保護(hù)，一但過壓，壓敏電阻短路，將電路的保護(hù)熔斷器熔斷，切斷電源，保護(hù)了負(fù)載不被燒毀。圖2-15c是壓敏電阻在電路中的連接圖，圖2-15d是壓敏電阻外形。

2.3電壓源和電流源及其應(yīng)用2.3.1電壓源電壓源表示方法，由內(nèi)阻R0和電動(dòng)勢E相串聯(lián)。電壓源的符號(hào)如圖2-25a所示。當(dāng)電壓源的內(nèi)阻為零時(shí)，稱為理想電壓源或恒壓源，其電路符號(hào)如圖2-25b所示。圖2-25電壓源符號(hào)當(dāng)將電壓源與負(fù)載電阻相連時(shí)（如圖2-26a所示），由于電流通過電壓源內(nèi)阻時(shí)產(chǎn)生了電壓降，使電壓源的端電壓比電源的電動(dòng)勢要小,即（2-13）圖2-26電壓源供電電路2.3.2電流源用一恒定電流與一內(nèi)阻相并聯(lián)來表示的電源稱為電流源。其符號(hào)如圖2-27a所示。電流源的內(nèi)阻越大，在上的分流越小，輸出電流越接近。當(dāng)內(nèi)阻為無窮大時(shí)（不存在），稱為理想電流源或恒流源，其輸出電流與端電壓無關(guān)，，理想電流源的符號(hào)如圖2-27b所示。圖2-27電流源在實(shí)際電源中，當(dāng)電源的內(nèi)阻>>時(shí)，在上的分流可以忽略，即可將其視為理想電流源。實(shí)際電源中，光電池、串激直流發(fā)電機(jī)以及晶體管等的輸出特性，都比較接近恒流源。如果將電流源接入負(fù)載電阻，如圖2-28a所示，則電路中的電流為其U—I特性曲線如圖2-28b所示，負(fù)載中的電流越小，輸出電壓越高。圖2-28電流源與輸出特性案例1

電源短路的危害2.3.3活學(xué)活用案例敘述：電源在工作中或因事故造成短路會(huì)有什么危害？案例分析：我們在工作中，接觸到的大部分電源是恒壓性質(zhì)的電源，因?yàn)殡娫吹膬?nèi)阻很小，一但短路，將會(huì)引起很大的災(zāi)害。圖2-29a是電源短路的情況，由電路參數(shù)可知，短路電流可達(dá)I=U/R=220/(0.5+0.5+0.5)A=147A(歐姆定律)每條導(dǎo)線上的短路功率和電源上的短路功率為P=UI=I2R=1472×0.5W=10.8kW（電阻電路的電功率）10.8kW的短路功率可引起導(dǎo)線嚴(yán)重發(fā)熱，點(diǎn)燃絕緣層引起火災(zāi)，造成財(cái)產(chǎn)的嚴(yán)重?fù)p失和人員傷亡。對于電氣設(shè)