第1章直流電路

第1章

直流電路

認(rèn)識電路的組成1.1測量電流和電壓1.2測量電阻1.3

早在遠(yuǎn)古時代，人們就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了電的存在，從雷電到靜電，從摩擦起電到水力發(fā)電、火力發(fā)電，再到核電站發(fā)電，現(xiàn)代生產(chǎn)和生活已經(jīng)離不開電。1.1

認(rèn)識電路的組成1.1.1

觀察電路的組成

在我們的周圍存在著各種簡單或復(fù)雜的電路，它們的結(jié)構(gòu)組成必定符合相同的規(guī)律和要求。

讓我們通過觀察來認(rèn)識電路的組成規(guī)律。圖1.1電路的組成

燈泡發(fā)光是由于電流通過燈絲時產(chǎn)生熱效應(yīng)所致，可見在上述電路中已形成了完整的電流的通路。

電路的組成包括：

（1）電源—供電的器件；

（2）用電器—利用電來工作的器件；

（3）開關(guān)—控制電路接通或斷開的器件；

（4）導(dǎo)線—起連接和電流傳輸作用的材料。1.1.2觀察電路的狀態(tài)狀態(tài)特

點(diǎn)通路電路接通有電流通過開路電路一處或多處斷開無電流通過短路導(dǎo)線未經(jīng)用電器（負(fù)載）而直接將電源正負(fù)極（兩極）相接電流很大，易引起電路燒毀甚至火災(zāi)等嚴(yán)重事故表1.1 電路的3種狀態(tài)閱讀材料熔斷器圖1.2熔斷器1.1.3認(rèn)識電源

電池是生活中常用的電源，我們常把幾節(jié)新電池串聯(lián)起來使用，生活常識告訴人們不要把新舊電池混用，一般也不把電池并聯(lián)使用，這是什么原因呢？

廣義地講，能把非電能轉(zhuǎn)換成電能而向用電器供電的裝置均稱為電源。

常用的電源有：干電池、太陽能電池、火力發(fā)電機(jī)組、水力發(fā)電機(jī)組、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、核電機(jī)組等（見圖1.3）。圖1.3常用電源

電源均有兩個電極（正、負(fù)極），電源的作用在于依靠電源內(nèi)部的非靜電力將正電荷不斷地從電源的負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部搬運(yùn)到電源的正極，從而維持電源的正極和負(fù)極之間存在一定的電壓（稱為電源的端電壓）。

衡量電源內(nèi)部這種搬運(yùn)電荷能力的物理量稱為電源電動勢，通常用符號E表示，電動勢的單位是V（伏特）。

電源本身也存在一定的電阻，稱為電源內(nèi)阻，用符號r表示。

當(dāng)電源兩端接上負(fù)載RL形成閉合回路時，電路中形成電流I，此時E

=

I

×

r

+

I

×

RL

其中，I

×

RL

=

U稱為電源的端電壓。

電源向負(fù)載供電時既提供電壓也提供電流，電源既可以看做是電壓提供者也可以看做是電流提供者，因此為電路分析方便起見，通常可以將電源分成電流源和電壓源兩種形式。

為電路提供一定電壓的電源稱為電壓源，其符號如圖1.4所示。

其中，E代表電動勢，r0為內(nèi)阻。

當(dāng)r0

=

0時，電壓源將向電路提供恒定電壓，稱為理想電壓源，又稱恒壓源。圖1.4電壓源注意

“+”代表電源正極。

為電路提供一定電流的電源稱為電流源，其符號如圖1.5所示。

其中，IS為電流源輸出的定值電流，r0為內(nèi)阻。圖1.5電流源注意

箭頭方向代表電源電流輸出方向。

當(dāng)r0

=

∞時，電流源將向電路提供恒定電流，稱為理想電流源，又稱恒流源。

電池的串聯(lián)可以增加電動勢，滿足電路對大電動勢的需求，同時串聯(lián)以后的電池組的內(nèi)阻也相當(dāng)于幾個電阻的串聯(lián)。

如果相互串聯(lián)的幾個電池中有一個是老化或損壞的（內(nèi)阻比正常電池大大增大），將使整個電池組的電阻大大增大，也就使得整個電池組無法發(fā)揮作用，所以一般不把新舊電池混合使用。

電池組并聯(lián)后，雖然沒有增加電動勢，但會使總的內(nèi)阻減小，從而使整個電池輸出的電流增加。

由于電池之間存在一定差異，即使是同一型號、同一批次的電池，它們的內(nèi)阻之間也會存在差異，這就使得各電池中通過的電流不平衡，內(nèi)阻小的電池中會通過超過其正常值的電流，容易造成電池發(fā)熱甚至燒毀，所以一般不將電池并聯(lián)使用。

拓展與延伸正確繪制電路圖1．熟悉電路符號

國際電工委員會和我國國家標(biāo)準(zhǔn)委員會對各類電路元器件均規(guī)定了統(tǒng)一的符號。

我國《電氣圖用圖形符號》國家標(biāo)準(zhǔn)（簡稱國標(biāo)），常用的電氣圖形符號如表1.2所示。2．繪圖注意事項（1）采用統(tǒng)一規(guī)定的電路符號（國標(biāo)）。（2）接線要橫平豎直。（3）交叉線注意是否有連接關(guān)系。（4）線路要簡潔、勻稱、整齊、美觀。3．計算機(jī)軟件繪圖

除了手工繪圖外，隨著計算機(jī)軟件技術(shù)的發(fā)展，還出現(xiàn)了Protel、AutoCAD、Visio等計算機(jī)繪圖軟件，運(yùn)用這些軟件可以較方便地繪制各種電路圖。1.2測量電流和電壓1.2.1認(rèn)識電流和電壓

電荷的定向移動形成電流。

從微觀上分析，電流的大小與單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量有關(guān)。

在宏觀上，通常用電流表和萬用表測量電流。

電流的符號為I，在國際單位制中，電流的單位是A（安培），此外常用的

還有mA（毫安）、A（微安）等。

習(xí)慣上規(guī)定正電荷定向移動的方向?yàn)殡娏鞯姆较颉?/p>

通常根據(jù)電流方向是否隨時間改變而將電流分成直流電流和交流電流（見圖1.9）。圖1.9直流電流與交流電流波形

正如水位差帶來的水壓導(dǎo)致水流一樣，電壓是形成電流的必要條件之一，電路中提供電壓的器件是電源。

電壓的符號為U，在國際單位制中，電壓的單位是V（伏特），此外還有kV（千伏）、MV（兆伏）、mV（毫伏）、V（微伏）等。

正如水壓又稱水位差一樣，電壓又稱電位差，它是導(dǎo)體兩端在電場中的相對位置（電位）之差。

根據(jù)電路中電流是直流電流還是交流電流，電路兩端電壓分別稱為直流電壓和交流電壓。1.2.2學(xué)習(xí)電流表的使用方法

測量電流常用的儀表是電流表和萬用表。圖1.10電流表用電流表測量電流應(yīng)注意的問題

（1）電流表必須串聯(lián)于被測電路中，且使電流從電流表“+”端流入，從“?”端流出。

（2）測量前應(yīng)檢查電流表的指針是否對準(zhǔn)零刻度線，如果有偏差，要調(diào)節(jié)表盤上的調(diào)零旋鈕。

（3）要選擇合適的量程擋，通過電流表的電流不能超過它的量程。如果不能估計被測電流的大小，可以先將一個旋鈕接好，然后將另一接線頭快速碰觸最大量程的接線柱，如果指針偏轉(zhuǎn)仍然在較小的范圍內(nèi)，可以再選用較小的一個量程進(jìn)行試碰，直到指針偏轉(zhuǎn)到表盤中間位置。

（4）嚴(yán)禁將電流表并接在被測電路兩端。1.2.3

學(xué)習(xí)電壓表的使用方法

測量電壓的儀表主要是電壓表或萬用表。圖1.12電壓表用電壓表測量電壓要注意的問題

（1）電壓表應(yīng)并接于被測電路的兩端，且使電流從電壓表“+”端接線柱流入，從“?”端接線柱流出。

（2）注意所測電壓不能超過電壓表量程，如不能估計被測電壓，可以采用碰觸法（方法同電流表的使用）。

（3）使用電壓表前應(yīng)先調(diào)零。1.2.4

測量簡單電路的電流和電壓

理想的電流表內(nèi)阻為零，理想的電壓表內(nèi)阻為無窮大，但實(shí)際的電流表存在一定的內(nèi)阻，實(shí)際的電壓表內(nèi)阻也不是無窮大，所以在接入電路后，都會不同程度地影響電路。

不同的電流表和電壓表或同一表的不同量程擋，內(nèi)阻也不完全一樣，對被測電路的影響也不一樣，所以用不同的電流表和電壓表或同一表的不同量程擋測量同一物理量，其結(jié)果也會有所不同。

拓展與延伸電路中電位的計算

正如水路中各點(diǎn)在空間都有一個水位高度一樣，電路中各點(diǎn)都有一個電位。

水路中各點(diǎn)的水位高度計算都有一個起點(diǎn)，稱為參考點(diǎn)，如以海平面為起點(diǎn)的海拔高度其參考點(diǎn)就是海平面，同樣，電路中的電位也要有一個參考點(diǎn)，稱為零電位點(diǎn)。

如同水位高度相對于不同參考點(diǎn)有不同數(shù)值一樣，電位相對于不同的零電位點(diǎn)，其數(shù)值也不相同，可見電位和水位都具有相對性。

電位的符號是V，單位是V（伏特）。

零電位點(diǎn)的選擇具有任意性，通常為了實(shí)際測量方便起見，習(xí)慣上以大地電位作為零電位點(diǎn)，設(shè)備外殼通常接地或者設(shè)備中的元件均與一個公共點(diǎn)相連，所以一般把設(shè)備外殼或電路中某一公共點(diǎn)作為零電位點(diǎn)。

零電位點(diǎn)又稱接地點(diǎn)，以符號

表示。

電位和電壓是兩個不同的概念。

電壓是任意兩點(diǎn)之間的電位之差，而電位則可以看成是測量點(diǎn)與零電位點(diǎn)之間的電壓。

計算電路中某點(diǎn)的電位實(shí)際上就是計算該點(diǎn)到零電位點(diǎn)之間的電壓，其方法是：沿著一條路徑從被測量點(diǎn)到參考點(diǎn)，該點(diǎn)電位就等于此路徑上各段電路電壓的代數(shù)和。注意

某段電路上電壓的正負(fù)號確定，如果是從正極到負(fù)極（高電位到低電位），就取“+”號，反之就取“?”號。1.3測量電阻

自然界的物質(zhì)按其導(dǎo)電能力的不同，通常分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。

導(dǎo)體是導(dǎo)電能力較強(qiáng)的一類物質(zhì)，如金屬、電解液等；絕緣體是導(dǎo)電能力較弱的一類物質(zhì)，如橡膠、塑料、玻璃等；而半導(dǎo)體是導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間且導(dǎo)電能力易于受到外界的物理化學(xué)因素影響的一類物質(zhì)。

除此之外，近幾十年來人們還發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)電能力極強(qiáng)的所謂超導(dǎo)體。

反映物質(zhì)導(dǎo)電能力的物理量是電阻，用符號R表示，其國際標(biāo)準(zhǔn)單位是歐姆，用符號表示。

測量電阻有很多種方法，除了用萬用表直接測量外，還可以采用伏安法、惠斯通電橋法等間接測量的方法。

實(shí)驗(yàn)表明，導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體的長度、橫截面積、材料、溫度等因素有關(guān)。1.3.1

學(xué)習(xí)使用萬用表測量電阻

萬用表面板主要分成兩個區(qū)域，即刻度區(qū)和換擋開關(guān)區(qū)。

換擋開關(guān)區(qū)分成電流擋、直流電壓擋、交流電壓擋以及電阻擋（又稱歐姆擋），各擋又分成若干量程擋。

刻度區(qū)對應(yīng)不同測量擋有不同的刻度線。

圖1.18萬用表注意

（1）電壓、電流擋的刻度線是均勻的且零刻度線位于表盤的最左端。

（2）歐姆擋的刻度線是不均勻的且零刻度線位于表盤的最右端。萬用表使用注意事項

萬用表在使用前要調(diào)零。

調(diào)零包括機(jī)械調(diào)零和歐姆調(diào)零。

（1）機(jī)械調(diào)零—在作任何連接前，觀察指針是否指在刻度盤最左端零刻度線處，如不指在零刻度線處，則用一字改錐調(diào)整表盤中間的機(jī)械調(diào)零旋鈕，將指針調(diào)整到零刻度線處。

（2）歐姆調(diào)零—如果是測量電阻，將紅、黑表筆分別插入“+”、“*”或“?”孔中，將紅黑二表筆短接，觀察指針是否對準(zhǔn)刻度盤最右端零歐姆刻度線處，如沒有，則調(diào)節(jié)歐姆調(diào)零旋鈕使之對準(zhǔn)。注意

每改變一次量程測量電阻前，均要重新進(jìn)行一次歐姆調(diào)零。萬用表使用步驟

（1）首先正確選擇測量擋，注意不能選錯，如果錯將電流擋當(dāng)成電壓擋接到電路中，將產(chǎn)生嚴(yán)重后果。

（2）要合理選擇量程擋。測量電壓電流時，量程擋的選擇方法同電壓表和電流表量程擋的選擇一樣；測量電阻時，由于歐姆表刻度不均勻，為提高讀數(shù)的準(zhǔn)確度，選擇量程擋時以使指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度的1/2～2/3為宜。

（3）測量電阻時注意接入方式必須正確，不要將人體電阻接入，以免產(chǎn)生誤差（見圖1.19）。圖1.19萬用表的正確使用1.3.2

學(xué)習(xí)用伏安法測量電阻

根據(jù)歐姆定律U

=

IR，R

=

U/I，只要測出電阻兩端電壓U和電阻中流過的電流I，即可通過計算得出電阻R。

在理想情況下（即電流表內(nèi)阻為零，電壓表內(nèi)阻為無窮大），上述兩種接法下測量得到的電阻值是一致的。

但由于實(shí)際的電流表含有一定內(nèi)阻，電壓表內(nèi)阻也不是無窮大，所以兩表接入電路后均改變了電路原有性質(zhì)，圖1.21（a）中實(shí)際測得的電阻是R與電壓表內(nèi)阻的并聯(lián)值，而圖1.21（b）測得的電阻是R與電流表內(nèi)阻的串聯(lián)值。圖1.21電流表的兩種接法

測量方法的選擇要以提高測量的精度、減小誤差為標(biāo)準(zhǔn)。

（1）當(dāng)被測電阻阻值比電壓表內(nèi)阻小得多時（被測電阻較小），應(yīng)采用電流表外接法。

（2）當(dāng)被測電阻阻值比電流表內(nèi)阻大得多時（被測電阻較大），應(yīng)采用電流表內(nèi)接法。

拓展與延伸萬用表歐姆擋工作原理

萬用表原理圖如圖1.22所示。

其中，表頭為一只內(nèi)阻為Rg、滿偏電流為Ig的微安表；R為調(diào)零電阻，當(dāng)紅、黑兩表筆直接相接時，調(diào)節(jié)R，使電流計指針滿偏。圖1.22萬用表原理圖注意

萬用表使用一段時間后，由于電池電動勢下降，即使R調(diào)到最小，電流計也難以達(dá)到滿偏，此時需要更換電池。

為什么歐姆表刻度是不均勻的？

當(dāng)兩表筆搭接一個待測電阻Rx時，

，可見I（代表指針偏轉(zhuǎn)角度）與Rx（代表阻值）有固定的一一對應(yīng)關(guān)系。

（1）當(dāng)兩表筆直接短接時，I

=

Ig，表明Rx

=

0，指針指在表盤最右端。

（2）當(dāng)兩表筆不接觸時，I

=

0，表明Rx

=

∞，指針指在表盤最左端。 I與Rx之間是非正比例關(guān)系，所以Rx刻度是不均勻的。

閱讀材料特殊電阻的測量

實(shí)際生產(chǎn)和生活中有一些特別大或者特別小的電阻，用萬用表法和伏安法往往難以測量。

這些特殊電阻主要是電氣設(shè)備的絕緣電阻（阻值特別大）和線圈的直流電阻（阻值特別小）。圖1.23兆歐表一、用兆歐表測量絕緣電阻1．兆歐表的選擇2．兆歐表的使用注意事項

（1）使用兆歐表測量設(shè)備的絕緣電阻時，須在設(shè)備不帶電的情況下才能進(jìn)行測量。

（2）兆歐表在使用前須進(jìn)行檢查。3．兆歐表的接線和測量方法（1）測量照明或電力線路對地的絕緣電阻。（2）測量電動機(jī)的絕緣電阻。（3）測量電纜的絕緣電阻。圖1.24測量電力線路絕緣電阻圖1.25測量電機(jī)的絕緣電阻二、用直流雙臂電橋測量線圈電阻

使用直流雙臂電橋時，必須特別注意以下兩點(diǎn)。

（1）被測電阻有兩對端鈕時，應(yīng)和電橋上的相應(yīng)端鈕相連接，若沒有兩對端鈕，應(yīng)使電壓端接點(diǎn)必須在電流接點(diǎn)的內(nèi)側(cè)。特別要注意接線應(yīng)盡量短、粗而且接觸要緊密。

（2）直流雙臂電橋的工作電流較大，要選擇適當(dāng)容量的直流電源，測量時要迅速，以免耗電量過大。圖1.26測量電纜的絕緣電阻圖1.27直流雙臂電橋1.4

電流表和電壓表的量程擴(kuò)大改裝1.4.1認(rèn)識電阻串聯(lián)、并聯(lián)電路的規(guī)律

電流表和電壓表改裝依據(jù)的原理是電阻的串聯(lián)和并聯(lián)電路規(guī)律，即串聯(lián)電阻的分壓原理和并聯(lián)電阻的分流原理。

電阻串聯(lián)電路的規(guī)律（見圖1.28）：

（1）R

=

R1+R2—串聯(lián)電路的總電阻等于各串聯(lián)電阻之和；圖1.28電阻的串聯(lián)

（2）I1

=

I2—串聯(lián)電路中電流處處相等；

（3）U

=

U1+U2—串聯(lián)電路的總電壓等于串聯(lián)電路上各段電壓之和；

（4）串聯(lián)電阻具有分壓的作用，在總電壓一定的情況下，串聯(lián)電阻可以限制（減小）電路電流；在電流一定情況下，串聯(lián)電阻可以增加總電壓。

電阻并聯(lián)電路的規(guī)律（見圖1.29）：

（1）

—并聯(lián)電路總電阻的倒數(shù)等于各個電阻的倒數(shù)之和；

（2）

—并聯(lián)電路各支路兩端電壓相等；

（3）

—并聯(lián)電路干路電流等于各支路電流之和；

圖1.29電阻的并聯(lián)

（4）并聯(lián)電阻具有分流作用，在總電壓相同的情況下，并聯(lián)電阻可以增加干路總電流。1.4.2

擴(kuò)大電壓表量程

擴(kuò)大電壓表量程的原理—串聯(lián)電阻分壓原理（見圖1.30）。圖1.30電壓表改裝原理圖

改裝前，量程Ug

=

Ig

×

Rg（毫伏級）不能適應(yīng)較高電壓的測量；改裝后，量程U

=

Ig

×

(Rg+R)可以根據(jù)量程擋的需要串

聯(lián)不同阻值的分壓電阻（R一般大于Rg）。1.4.3擴(kuò)大電流表量程

擴(kuò)大電流表量程的電路原理—并聯(lián)電阻分流原理（見圖1.34）。

改裝前，量程I

=

Ig，不能測量較大的電流；改裝后，量程

，可以根據(jù)量程擋的需要并聯(lián)不同阻值的分流電阻R（R一般小于Rg）。圖1.34電流表改裝原理圖

拓展與延伸電阻的混聯(lián)

在一個電路中，既有電阻的串聯(lián)，又有電阻的并聯(lián)，這種連接方式稱為電阻混聯(lián)。

分析電阻混聯(lián)電路的關(guān)鍵在于電阻混聯(lián)電路的等效電阻的求解。

（1）依據(jù)電流流向及電流的分合以及電路中各等位點(diǎn)，畫出等效電路，看清各電阻的串、并聯(lián)關(guān)系，計算各串、并聯(lián)電阻的等效電阻，然后計算混聯(lián)電路等效電阻。

（2）求出其他電流、電壓。圖1.38例1.5電路圖1.5測算電功和電功率1.5.1

認(rèn)識電功和電功率

用電器用電過程就是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能量的過程，能量轉(zhuǎn)化的過程就是做功的過程，所以用了多少電就意味著電流做了多少功，因此反映用電器或電路消耗電能的物理量稱為電功，用符號W表示，單位為J（焦耳），而反映電流做功效率也即用電器耗電快慢的物理量稱為電功率，用符號P表示，其單位為W（瓦特）。

實(shí)驗(yàn)表明，一段電路上的電功與這段電路兩端的電壓、電路中的電流以及通電的時間均成正比，用公式表示為

W

=

U

×

I

×

t

對于電阻電路，U

=

I

×

R，所以

W

=

I2×

R

×

t

各種用電器正常工作時所消耗的功率稱為額定功率，正常工作時的電壓、電流分別稱為額定電壓和額定電流，額定電壓、額定電流、額定功率統(tǒng)稱額定值，這些均在用電器的外殼上標(biāo)注，所以又稱為銘牌數(shù)據(jù)。

例如，日光燈上標(biāo)有“220V40W”表明其額定電壓為220V，額定功率為40W。1.5.2電能的計算—電度表的使用圖1.45電能表

電能表是專門用來記錄電路消耗電能的儀表，電能常用的單位是千瓦時（kW·h），通常稱為“度”，所以電能表俗稱電度表。

家用電度表表盤包括計數(shù)器窗口、轉(zhuǎn)盤顯示窗口和銘牌數(shù)據(jù)欄。

（1）記數(shù)器窗口以數(shù)字形式直接顯示累積消耗的電能數(shù)，如計數(shù)器顯示“01125”表示該電度表累積記錄的電能為112.5度，兩次記錄數(shù)值之差就是這段時間所在電路消耗的電能數(shù)。

（2）轉(zhuǎn)盤顯示窗口顯示內(nèi)部轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動情況，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動表明電路中有電流通過（即耗電），有時也可能出現(xiàn)電路無負(fù)載，但是轉(zhuǎn)盤依然有緩慢轉(zhuǎn)動的情況，這種現(xiàn)象稱為潛動。

（3）表盤上標(biāo)有銘牌數(shù)據(jù)（見圖1.46），“2500R/kW·h”表示該電路每消耗1kW·h（千瓦時）的電能，電度表轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動2

500轉(zhuǎn)，這一數(shù)據(jù)稱為電度表常數(shù)?！?20V，10A”表示電度表適用的電路電壓和電流分別為220V和10A，同時也就表明這只電度表只

能適用于220

×

10

=

2200W的電路上。圖1.46電能表的銘牌1.5.3

使用功率表測量電功率

功率表又稱瓦特表，是用來測量電功率的儀表。

功率表面板主要由刻度盤和接線柱兩部分組成。

接線柱分為電流端和電壓端兩組，電流端和電壓端各有一個“*”號，稱為發(fā)電機(jī)端。

單量程的功率表，電流端和電壓端各有兩個，多量程的功率表則不止兩個。

功率表的接線規(guī)則—發(fā)電機(jī)端接線規(guī)則。

標(biāo)有“*”的電流端必須接電源端，另一端接負(fù)載，電流線圈串入電路；標(biāo)有“*”的電壓端與電流端的任一端相接，另一電壓端跨至負(fù)載另一端，電壓線圈并接于負(fù)載兩端（R為分壓電阻，RL為負(fù)載電阻）。圖1.53功率表的表盤

拓展與延伸

電工測量的對象主要是電壓、電流、電阻、電功率、電能等電學(xué)量。

電工測量所采用的電工儀表一般是指安裝式儀表、實(shí)驗(yàn)室和便攜式儀表等。

這些儀表均可以以指針式或數(shù)字形式直接顯示測量結(jié)果，故也稱為直讀式電工儀表。

安裝式儀表指安裝在發(fā)電站、變電所的開關(guān)板上以及小型電氣設(shè)備上使用的儀表。

實(shí)驗(yàn)室和便攜式儀表是指在科學(xué)、教學(xué)以及工廠企業(yè)的實(shí)驗(yàn)室、現(xiàn)場測量用的儀表，它的特點(diǎn)是非固定安裝，便攜式可移動。1．電工儀表的分類

（1）按工作原理可分為磁電系儀表、電磁系儀表、電動系儀表、感應(yīng)系儀表、電子系儀表等。

（2）按測量對象可分為電流表（安培表、毫安表、微安表）、電壓表（伏特表、毫伏表、微伏表、千伏表）、功率表（瓦特表）、電度表（電能表）等。

（3）按儀表的準(zhǔn)確度由高到低分類，有0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5和5.0共7個等級。

（4）按儀表工作電流分為直流儀表、交流儀表和交直流兩用儀表。

（5）按使用條件分為A、A1、B、B1和C共5組。

（6）按顯示方式可分為指針式儀表和數(shù)字顯示式儀表。2．電工儀表的選擇

（1）根據(jù)被測量性質(zhì)，正確選擇儀表類型。注意區(qū)分直流與交流，正弦波與非正弦波，低頻與高頻等。

（2）根據(jù)實(shí)際的測量要求選擇儀表的準(zhǔn)確度等級，即 0.1～0.2級—標(biāo)準(zhǔn)式精密測量用； 0.5～1.5級—實(shí)驗(yàn)室一般測量； 1.0～5.0級—工業(yè)生產(chǎn)用。

（3）根據(jù)被測量大小合理選擇儀表量程，應(yīng)使被測量的值在儀表量程的1/2～2/3。

（4）根據(jù)儀表使用場所及工作環(huán)境選擇儀表。1.6

測量電池的使用效率1.6.1測量電池內(nèi)阻和電動勢

電池是一個可將其他形式能量轉(zhuǎn)化為電能的裝置，實(shí)際的電池除具有一定的電動勢外，同時也具有一定內(nèi)阻，其等效電路如圖1.55所示，其中r代表電池內(nèi)阻，E代表電動勢。

實(shí)際測量電池兩端的電壓稱為電源端電壓，也即電源的輸出電壓。

圖1.55電池等效電路

（1）在電源處于開路狀態(tài)時，端電壓=電動勢。

（2）在電源處于有載狀態(tài)時（見圖1.56），端電壓＜電動勢。圖1.56電池的有載狀態(tài)

相對于一段電路而言，含有電源的閉合電路稱為全電路，由歐姆定律可得出此電路電流為 I

=

E/(RL+r)

這一公式稱為全電路歐姆定律。

由此可見，電源端電壓U

=

E?I

×

r，在I≠0或r≠0時，U總是小于E，這就是出現(xiàn)電池實(shí)際輸出電壓小于電動勢的原因。

在實(shí)際使用中，當(dāng)外電路負(fù)載電阻遠(yuǎn)大于電源內(nèi)阻時，U≈E，電源端電壓可以看做是一個基本恒定的電壓。

但是，當(dāng)外電路電阻較小或者隨著使用時間延長，電源內(nèi)阻增大后，內(nèi)阻分擔(dān)的電壓就不是一個可以忽略的數(shù)值，此時端電壓就小于電動勢，且隨負(fù)載不同其數(shù)值也會變化很大。1.6.2

分析電池的效率

當(dāng)RL

=

r時，PL最大，此時

。

可見，在電源不變（電動勢和內(nèi)阻不變）的情況下，當(dāng)負(fù)載電阻等于電源內(nèi)阻時，電源有最大的輸出功率。電工學(xué)上將負(fù)載電阻與電源內(nèi)阻相等，電源輸出功率最大的狀態(tài)稱為負(fù)載與電源匹配。1.7驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)電流定律和回路電壓定律認(rèn)識幾個概念

（1）支路—由一個或幾個元件首尾相接構(gòu)成的無分支電路。

（2）回路—由電阻、電源等元件組成的閉合電路。

（3）節(jié)點(diǎn)—3條或3條以上的支路匯聚的點(diǎn)。

（4）單回路電路（簡單電路）—可以通過電阻的串、并聯(lián)計算以及電池組的串、并聯(lián)，將電路簡化為由一個電源、一個電阻和開關(guān)組成的閉合回路的電路。

（5）多回路電路（復(fù)雜電路）—兩個或兩個以上含有電源的支路組成的多回路電路，不能通過電阻和電池組的串、并聯(lián)辦法簡化計算。

1.7.1驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)電流定律注意

如果按圖中標(biāo)定的電流參考方向接入電流表，發(fā)現(xiàn)電流表指針反轉(zhuǎn)，說明實(shí)際電流方向與圖中參考方向相反，此時應(yīng)調(diào)整電流表表筆位置，并將所測量電流值記為負(fù)值。

對于任一節(jié)點(diǎn)，流入節(jié)點(diǎn)的電流之和等于流出該節(jié)點(diǎn)的電流之和，即

，或流經(jīng)節(jié)點(diǎn)的電流之和為零，即

。注意

節(jié)點(diǎn)可以是一個點(diǎn)，也可以是一個閉合電路（有對外的輸入端和輸出端）。1.7.2

驗(yàn)證回路電壓定律注意

注意各電壓極性。

電路中電壓正負(fù)號的確定方法

（1）假定各支路電流方向和回路繞行方向如圖1.63所示。

（2）電阻上電壓的極性確定—順電流方向繞行的電壓取正，如Ufa

=

I1R1；逆電流方向繞行的電壓取負(fù)，如Ucd

=

?I3R3。

（3）電源兩端電壓正負(fù)的確定—由負(fù)極到正極取負(fù)，如Uef

=

?E1；由正極到負(fù)極取正，如在adefa回路中，Uad

=

E2。