電工基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)教材1

電工基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)教材1

緒言

現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、通信、國(guó)防以及日常生活中電的應(yīng)用廣泛。

但總的來(lái)講，電的應(yīng)用有兩大方面：一是作為一種能量一一電能來(lái)應(yīng)用；

另一是作為一種信息一一電信號(hào)來(lái)應(yīng)用。（通常把電壓、電流等電量的變化

統(tǒng)稱為電信號(hào)）

電的應(yīng)用極其廣泛的緣故，是由于它具有下列一些重要特點(diǎn)：

轉(zhuǎn)換容易。作為能量，電能能夠?qū)ｉT方便地由水能、熱能、化學(xué)能、

原子核能等轉(zhuǎn)而來(lái)，成為廉價(jià)的動(dòng)力來(lái)源；而且電能又專門容易轉(zhuǎn)換成人

們需要的其它各種形式的能量，如機(jī)械能、熱能、化學(xué)能、光能等。作為

信息，電信號(hào)與各種非電信號(hào)（溫度、壓力、流量等的變化）之間的相互

轉(zhuǎn)換也容易實(shí)現(xiàn)。

傳輸方便。作為能量，高電壓遠(yuǎn)距離輸送電能時(shí)，缺失小、效率高；

同時(shí)容易分配到各個(gè)用電設(shè)備上去。作為電信號(hào)，不但可在線路中迅速、

穩(wěn)固、準(zhǔn)確地傳輸，而且可用電磁波的形式在空間傳播。

便于操縱和測(cè)量。電能或電信號(hào)的有關(guān)量值便于準(zhǔn)確而迅速地進(jìn)行操

縱和測(cè)量，利用電信號(hào)還可對(duì)電量以及各種非電量進(jìn)行遙控和遙測(cè)，這些

都為自動(dòng)化生產(chǎn)提供了必要的有得條件。

隨著電的日益廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)代電工設(shè)備不但種類繁多，而且日新月

異持續(xù)進(jìn)展。然而目前絕大多數(shù)的設(shè)備仍是由各式各樣的電路所組成。不

論電路的結(jié)構(gòu)如何復(fù)雜，它們和最簡(jiǎn)單的電路之間依舊具有許多最差不多

的共性，而且遵循著相同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。因此本章要緊內(nèi)容將著重于電工基

礎(chǔ)，介紹電路的組成、電氣參數(shù)的物理意義以及其中的差不多規(guī)律、電磁

知識(shí)和常見(jiàn)的電氣設(shè)備及元件的原理、電路的測(cè)量和分析運(yùn)算等，以使大

伙兒對(duì)電建立起一個(gè)較完整的差不多概念和理論，為以后的進(jìn)一步學(xué)習(xí)打

下基礎(chǔ)。此次學(xué)習(xí)的內(nèi)容多，時(shí)刻短，要在四天的時(shí)刻內(nèi)完全把握有一定

的困難，需要在以后的工作中，連續(xù)學(xué)習(xí)加深和鞏固。

由于自身的知識(shí)水平和業(yè)務(wù)能力有限，不可幸免的存在一些的錯(cuò)誤和

不足，誠(chéng)懇的期望大伙兒給予批判和指正。

§1電路的差不多概念

§1.1電路的組成

在電的實(shí)際應(yīng)用中，從最簡(jiǎn)單的手電筒的到復(fù)雜的電子運(yùn)算機(jī)的運(yùn)算,

都由電路來(lái)完成的。

1、電路的組成及電路元件的作用

電路確實(shí)是電流所流經(jīng)的路徑，它由電路元件組成。當(dāng)合上電動(dòng)機(jī)的

刀閘開(kāi)關(guān)時(shí)，電動(dòng)機(jī)趕忙就轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，這是因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)通過(guò)導(dǎo)線通過(guò)開(kāi)頭

與電源接成電流通路，并將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。電動(dòng)機(jī)、電源等叫做電路

元件，電路元件大體可分為四類：

電源：即發(fā)電設(shè)備，其作用是將其它形式的能量轉(zhuǎn)換為電能。如電池

是將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，而發(fā)電機(jī)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。

負(fù)載：即發(fā)電機(jī)設(shè)備，其作用是把電能轉(zhuǎn)換為其它形式的能。如電爐

是將電能轉(zhuǎn)換為熱能，電動(dòng)機(jī)則是把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。

接蒯

成一

最簡(jiǎn)

a）手電筒電路示意圖b）手電筒電路模型

圖1-1手電筒電路

2、電路圖

在實(shí)際工作中，為便于分析、研究電路，通常將電路的實(shí)際元件用圖

形符號(hào)表示在電路圖中，稱為電路原理圖，也叫電路圖。圖1-la電路元件

圖，1-lb為1-la的的原理電路圖。

（介紹電氣參數(shù)，引出后面電流、電壓、電阻等的講解）

§1.2電流

物質(zhì)的電結(jié)構(gòu)

1、構(gòu)成物質(zhì)的分子與原子

世界上盡管有千萬(wàn)種的物質(zhì)，例如銅、鐵、玻璃、塑料、空氣和水等,

它們的性質(zhì)各有不同中，但這些物質(zhì)都由該物質(zhì)的分子構(gòu)成的。分子是最

細(xì)小但不失原物質(zhì)性質(zhì)的顆粒。

分子是是由更小的物質(zhì)微粒一一原子組成。有些物質(zhì)的分子比較簡(jiǎn)單,

只有一種原子組成，例如常見(jiàn)的銅或鐵等金屬。水的分子是由兩個(gè)氫原子

和一個(gè)氧原子化合而成。塑料和其它有機(jī)化合物的分子結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜。

原子是由原子核以及核外的電子所構(gòu)成。不同的原子，其原子核不處

的電子數(shù)目附不加型例如氨原子在它的核外只有一個(gè)原子,而金同的原子

則』

4k

成。質(zhì)子的數(shù)目總是等于核外的電子數(shù)。

位子。質(zhì)子帶正電荷，電子帶負(fù)電荷。

正、負(fù)電荷必定相等，因此就整個(gè)原子

低消，因此物體平常不顯示帶電現(xiàn)象。

圖1—2原子結(jié)構(gòu)圖

2、物體的帶電、電荷量

如果由于兩種不同的物質(zhì)相互摩擦或其它緣故，使一塊物體上的電子

轉(zhuǎn)移到了另一塊物體上，如此就使失去電子的這塊物體帶了正電荷，而獲

得了電子的那塊物體帶了相同數(shù)量的負(fù)電荷。物體失去或獲得的電子越多，

那么這塊物體所帶的正電荷或負(fù)電荷量也就越多。

電荷量是以庫(kù)侖（簡(jiǎn)稱庫(kù)）為單位計(jì)量。據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，一個(gè)電子具有

的負(fù)電荷量約等于1.6X10-19庫(kù)，也確實(shí)是在1庫(kù)的負(fù)電荷中約包含有62

5億億個(gè)電子。

福端斥船裕國(guó)漓海承互的火力盛鼐疝確嘉嬴電場(chǎng)的作用力。見(jiàn)圖1—3

圖12-7兩個(gè)等址點(diǎn)電荷周用的電場(chǎng)線分布

圖1—3電場(chǎng)力的相互作用

3、庫(kù)侖定律（了解）

庫(kù)侖定義：當(dāng)流過(guò)某曲面的電流1安培時(shí)，每秒鐘所通過(guò)的電量。

1庫(kù)侖（C）=1安培?秒（A?S）

r——兩者之間的距離（從ql到q2方向的矢徑）

k——庫(kù)侖常數(shù)k=l/4ne0^9.0X109N?m2?C-2

e0——真空介電系數(shù)，約為8.85X10-12C2-N-1-m-2

（1）庫(kù)侖定律只適用于運(yùn)算兩個(gè)點(diǎn)電荷間的相互作用力，非點(diǎn)電荷間的

相工

相互作用力時(shí)，不用把表示正，負(fù)電荷的”+

用絕對(duì)值運(yùn)算，其結(jié)果可按照電荷的正，負(fù)

力的方向。

在真空中，必須是點(diǎn)電荷。

因?yàn)樵谄匠５某鲱}和提升中，專門大一

圖1—4點(diǎn)電荷的作用

庫(kù)侖定律一一描述靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用力的規(guī)律

由公式1—1可知電荷之間的作用力隨著電荷量的增大而增大，隨著距

離的增大而減小。

電流

1、電流：電荷有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)。

導(dǎo)體內(nèi)的電流是由于導(dǎo)體內(nèi)部的自由電子在電場(chǎng)的作用下有規(guī)則的運(yùn)

動(dòng)而形成的。此外，在有些液體或氣體中由于存在帶正、負(fù)電荷的離子，

它們?cè)陔妶?chǎng)作用下分不朝著一定的方向運(yùn)動(dòng)，因此也能形成電流。

電流的大小取決于一定的時(shí)刻以內(nèi)通過(guò)的導(dǎo)體截面的電荷量的多少。

i=q/t(I=Q/T)公式1—2

公式1—2指出：電流的大小等于單位時(shí)刻內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量。

為爺4-rrE-rb.4-HI、**J-.LtI太氏d、1一工毋

:為電流的實(shí)際方向，即外電路

,電流實(shí)際上是帶負(fù)電荷的電

一方向流淌完全相同，因此其電

電流的方向

圖1—4電流方向與負(fù)電荷流淌的方向

簡(jiǎn)單電路中電流實(shí)際方向容易按電源極性來(lái)判定。在比較復(fù)雜的電路

中，電流的方向難于直觀判定。為了分析運(yùn)算電路的需要，我們引入了參

考正方向的概念。

電流在導(dǎo)體中流淌的實(shí)際方向有兩種可能，任意選取其中一個(gè)方向作

為參考方向，稱之為參考正方向，簡(jiǎn)稱正方向。設(shè)電路某一未知電流的正

方向差不多選定，如果求得此電流為正值，講明電流的實(shí)際方向與選定的

正方向一致；若求得此電流值為負(fù)值，講明電流的實(shí)際方向與選定的正方

向相反。

關(guān)聯(lián)參考方向：如果指定流過(guò)元件的電流的參考方向是從標(biāo)以電壓正

極性的一端指向負(fù)極性的一端，即兩者的參考方向一致，則把電流和電壓

的這種方向即為關(guān)聯(lián)參考方向。當(dāng)兩于一致時(shí)，稱為非關(guān)聯(lián)參考方向。

2、串流1電流與交流電流1人

電流的大小和方向都不隨著時(shí)刻變化唐中持不變）的電流稱為直流

電流。-----------------1\

電流的大小和方向隨著口■刻按一言T規(guī)律變長(zhǎng)的電流號(hào)為交流電流。

電流的大小軸方向隨著時(shí)刻接正弦的規(guī)律變，匕的事稱為/弦交嚎電流。

圖1—5a）直流電流b）正弦交流電流

4、電流的單位

電流電流的大小以安培為單位計(jì)量，簡(jiǎn)稱安，用字母A表示。1安的

電流即等于在1秒鐘內(nèi)有1庫(kù)的電荷量通過(guò)導(dǎo)線的截面。

1A=1X103mA=1X106nA

§1.3電阻

導(dǎo)體、絕緣體與半導(dǎo)體

我們明白，象銅、鐵或如此的一些物質(zhì)是專門容易導(dǎo)電的，我們叫做

導(dǎo)體；而象玻璃、云母、陶瓷之類的物質(zhì)就專門不容易導(dǎo)電，被稱為絕緣

體。這是因?yàn)?，在?dǎo)體中存在著許多與原子核的聯(lián)系專門放松的電子，它

們專門容易擺脫原子核的束縛而在原子之間自由運(yùn)動(dòng)，被稱為“自由電子工

各種金屬內(nèi)部都在不同程度上存在著大量的自由電子，它們?cè)谕怆妶?chǎng)的作

用下，能專門快地使電荷量從一處移到另一處，因此金屬是導(dǎo)體。相反地,

在絕緣體內(nèi)部自由電子專門少，因此幾乎不能導(dǎo)電，因而能夠用來(lái)做隔電

的材料。然而要指出，絕緣體并不是絕對(duì)不導(dǎo)電的，只是它的導(dǎo)電能力與

導(dǎo)體相比相差得專門懸殊而已。

象硅與錯(cuò)這些物質(zhì)，它們的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間，稱為半

導(dǎo)體。半導(dǎo)體有專門多專門的性能，專門是當(dāng)在純硅、純錯(cuò)中間摻入適量

的其他雜質(zhì)之后，其導(dǎo)電能力將會(huì)成百萬(wàn)倍地增加。

電阻和電阻率

導(dǎo)體內(nèi)的帶電質(zhì)點(diǎn)的過(guò)程中持續(xù)地相互碰撞，同時(shí)與導(dǎo)體的分子相互

碰撞，因此，導(dǎo)體關(guān)于它所通過(guò)的電流出現(xiàn)有一定的阻力，這種阻力稱為

電阻。由于導(dǎo)體的長(zhǎng)度、截面積以及本身的材料不同，就具有不同的電阻。

電阻小講明電流容易通過(guò)，反之，電流則不易通過(guò)。絕緣體之因此能做隔

電材料，確實(shí)是因?yàn)樗袑ｉT大的電阻，使電流專門難在其中通過(guò)。

電阻的單位是歐姆，簡(jiǎn)稱為歐，用符號(hào)。表示。

1MQ=1X103KQ=1X106Q

R=PL/S公式1—3

P——由導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能確定的常數(shù)（可查表得），叫做電阻率;

常用的銅電阻率為0.0172Q?mm2/m；鋁為0.029Q?mm2

/mo

L——導(dǎo)體的長(zhǎng)度，單位為m。

S——導(dǎo)體的橫截面積，單位為mm2。S=nd2/4=0.785d2

（d是導(dǎo)線的直徑，通常用來(lái)表示各種不同粗細(xì)的導(dǎo)線規(guī)格，如95線、120

線等）。

公式1—3表明了導(dǎo)線的電阻與它的長(zhǎng)度成正比，與橫截面積也確實(shí)是

線徑的平方成反比。也確實(shí)是講，導(dǎo)線越長(zhǎng)，電子與分子碰撞次數(shù)增多，

電子所遇到的阻力越大就不容易通過(guò)；導(dǎo)線橫截面越大，電子通路寬敞，

阻力越小，就越容易通過(guò)。因此關(guān)于較長(zhǎng)的傳輸線路可采納線徑較粗的導(dǎo)

線，或幾根芯線并做一根使用，來(lái)增加其總的截面積S,使線路電阻降

低。

電阻值的倒數(shù)稱為電導(dǎo)，用G表示：

G=1/R

電導(dǎo)的單位是西門子，簡(jiǎn)稱西（S）：1S=1Q-1

電阻與溫度的關(guān)系

導(dǎo)體的電阻是隨著溫度而變化的。它的緣故是在某些導(dǎo)體中（例如金

屬），如果溫度升高，使帶電質(zhì)點(diǎn)與分子碰撞的次數(shù)增多，因此導(dǎo)體內(nèi)的電

阻就增大。相反，在一些導(dǎo)體中（如電解液導(dǎo)體），如果溫度升高，導(dǎo)體的

單位體積內(nèi)自由電子和離子數(shù)增多，如此就使電流增加，也確實(shí)是講，這

類導(dǎo)體的溫度升高反而使電阻降低。有些金屬（如鎰銅、康銅等）的電阻

隨著電阻溫度的變化而改變得專門小。

一樣當(dāng)溫度不太低，且變化不大時(shí)，導(dǎo)體電阻所改變的數(shù)值，差不多

上能夠認(rèn)為與溫度改變的值成正比。如以R1表示在起始溫度T1時(shí)的導(dǎo)體

電阻，以R2表示溫度增加到T2時(shí)的導(dǎo)體電阻，則電阻與溫度的關(guān)系能夠

表不為：

R2=R1[1+a（T2—Tl）]公式1—4

a——電阻溫度系數(shù)，它等于溫度每變化“1/。（2”時(shí)，每歐的導(dǎo)

體電阻所改變的電阻數(shù)值，其單位們?yōu)?/p>

§1.4電壓及歐姆定律

前面我們介紹了關(guān)于電流及電阻的概念。本節(jié)將進(jìn)一步討論關(guān)于連續(xù)

持續(xù)的電流是如何樣產(chǎn)生的的。為此先介紹電源電壓的概念，再討論電壓、

電流、電阻三者之間的關(guān)系，即歐姆定律，這一定律是我們分析電工咨詢

題最用到的差不多定律之一。

電源及電源電壓

電路中的電流需要靠電源來(lái)堅(jiān)持，這好比用水泵來(lái)堅(jiān)持連續(xù)的水流一

樣。

水泵能堅(jiān)持連續(xù)水流的原理是由于它能保持兩處之間的水位差，使一

處的水位總是高于另一處的水位。在水泵的外部，水總是從高水位處流向

低水位處；而在水泵內(nèi)部，借助水泵的力量可從低水位處流向高水位處，

如此，水就能連續(xù)持續(xù)地流通了。

與此類似，在電源兩端具有不同的電位。電源正極的電位總是高于負(fù)

極的電位，也確實(shí)是電源能堅(jiān)持兩點(diǎn)間的電位差，使在電源外部，電流從

高電位的正極流向低電位的負(fù)極；而在電源內(nèi)部，借助于電源本身的電源

力，可使電流從低電位流向高電位。

電位差又稱電壓，用U表示，單位為伏特，簡(jiǎn)稱伏，以字母V代表。

衡量電源堅(jiān)持電位差能力的物理量，稱為電源電壓或電動(dòng)勢(shì)、電勢(shì)，用E

表示，單位與電壓相同。電勢(shì)的實(shí)際方向，規(guī)定由電源負(fù)極指向正極，即

由低電位指向高電位。接通外部電路后，電流由電源負(fù)極通過(guò)電源內(nèi)部流

向正極，可見(jiàn)電源中的電流與電勢(shì)同向。

電勢(shì)的參考方向也可任意取，當(dāng)實(shí)際方向與正方向一致時(shí)，電勢(shì)為正

值，反之為負(fù)值。

1KV=1X103V=1X1O6mV

電源本身的電阻叫做電源內(nèi)阻（用R0表示）。如果一個(gè)電源只具有一

定的電源電壓而中￥為零,此電源稱為理想電壓源或恒壓源。對(duì)理想電壓

源以符號(hào)“I1一”表示。其中長(zhǎng)線段代表正極，短線段代表負(fù)極。

具有不變的電動(dòng)勢(shì)和較低的內(nèi)阻的電源稱為電壓源。電勢(shì)為E、內(nèi)阻為R0

的電壓源能夠等效為恒壓源E和內(nèi)阻R0串聯(lián)。

.一樣用電設(shè)備所需的電源，多數(shù)是需要它輸出較為穩(wěn)固的電壓，這要

求電源的內(nèi)阻越小越好，也確實(shí)是要求實(shí)際電源的特性與理想電壓源盡量

接近。

然而，并非在任何情形下差不多上要求電源的內(nèi)阻越小越好。某些專

門場(chǎng)合，卻要求電源具有專門大的內(nèi)阻，這是因?yàn)楦邇?nèi)阻的電源能夠輸出

一個(gè)較穩(wěn)固的電流。

國(guó)-我們把內(nèi)阻無(wú)限大的、能輸出恒定電流Is的電源稱為理想電流源即恒

流源。恒流源輸出恒定電流Is通常稱為電激流。

恒流源與恒壓源一樣，都屬理想狀態(tài)，實(shí)際上差不多上不存在的。實(shí)

際電流源的性能只是一定范疇內(nèi)接近于理想電流源。例如，晶體三極管工作

于放大狀態(tài)時(shí)就接近于恒流源。

把電激流為Is的恒流源與電阻RO并聯(lián)的電路定義為電流源。

恒流源與電阻并聯(lián)的電路同恒壓源與電阻串聯(lián)的電路之間，在滿足一

定關(guān)系的條件下是能夠互相等效的。

歐姆定律

歐姆定律：流過(guò)電阻R的電流I,與電阻兩端的電壓U成正比，與電

阻R成反比。

錯(cuò)誤！未找到引用源。

__________________________________________________________________I公

式1—5

式中電壓?jiǎn)挝挥梅?，電阻的單位用歐，則電流的單位是安。從公式(1

-5)能夠看出，如果電壓U一定，那么電阻R越小時(shí)，則電流I越大；反

之，當(dāng)電阻R越大時(shí)，電流I越小。也確實(shí)是如果把兩個(gè)不同的負(fù)載分不

接到相同的電源電壓上時(shí)，則在電阻小的負(fù)載中流過(guò)的電流大，而在電阻

大的負(fù)載中流過(guò)的電流小，即在一定的電壓下，電流與電阻成反比。

歐姆定律還可寫(xiě)成U=RI如此的形式，從那個(gè)地點(diǎn)能夠看出，當(dāng)電流

I一定時(shí)，電阻大則電壓越大；反之，在一定的電流下，電阻越小則電阻上

的電壓也越小。換言之，當(dāng)兩個(gè)具有不同阻值的電阻通過(guò)相同的電流時(shí)，

在低電阻上的電壓低，而在高電阻上的電壓高，即當(dāng)電流一定時(shí)，電壓與

電阻成正比例關(guān)系。

例1-1、接在電路中的某一個(gè)電阻R上的電壓為10V,其中電流為2mA,

咨詢此電阻為多少歐？若將該電阻能以15mA的電流，則其上的電壓為多

少伏？

R=5KQU=75VP

電流與電壓的線性關(guān)系

我們通常所遇到大多數(shù)電阻元件，其電阻R可認(rèn)為是不變的常數(shù)，即

R與所加電壓及所通電流的大小與方向均無(wú)關(guān)。例如設(shè)R=5KQ,當(dāng)那個(gè)

電阻中通過(guò)千圖楚遵電流I時(shí),用歐姆定律算出相應(yīng)的電壓，如下表所示:

2345678

I(m版

5：015203')3540

u(v)6

如臬我41用沿水橫座標(biāo)表示出電任.U,沿垂直方向的縱座標(biāo)

■，這

表示電流I,￥系可用Eq形表示I施噢州口圖1—6所不的一

------?

條直線。

10203040

圖1—6線性電阻伏安特性曲線

關(guān)于這種電壓與電流之間總具有直線性關(guān)系的電阻稱為線性電阻。線

性電阻是一種線性的電路元件，全部由線性元件構(gòu)成的電路叫線性電路。

除了專門指出的以外，本教材所討論的均屬線性電路。

在一樣情形下，表示一個(gè)電阻元件的電壓與電流之間關(guān)系的圖形，稱

為此元件的伏安特性曲線。如上所述，線性電阻的伏安特性曲線為一直線。

嚴(yán)格地講，線性電阻是不存在的。例如金屬導(dǎo)體內(nèi)通過(guò)不同的電流時(shí),

導(dǎo)體的溫度就不同，而導(dǎo)體的電阻又是隨溫度而變化的，因此導(dǎo)體內(nèi)通過(guò)

不同的電流，導(dǎo)體的電阻也隨著改變。但由于這種變化專門小，因此在一

定的范疇內(nèi)，我們能夠近似地把它作為線性元件來(lái)考慮。但有些電阻元件

就不同了，這些元件的伏安特性曲線相差較大。如一個(gè)一般的鴇絲燈泡，

在一定的電壓下正常工作時(shí)具有的電阻，可比在冷卻時(shí)用萬(wàn)用表測(cè)出的電

阻值大十倍以上。其伏安特性曲線向下彎曲。而碳絲燈泡因電阻隨溫升減

小，因此它的伏安特性曲線向上彎曲。

§1.6電功率和電能

在分析中解決有關(guān)電路咨詢題中有時(shí)需要考慮功率咨詢題。例如焊大

的物件要用大電烙鐵；用大電爐能夠?qū)ｉT快燒開(kāi)一壺水。這些差不多上因

為它們的功率不同。本節(jié)將按照已知的電壓、電流或電阻來(lái)運(yùn)算一個(gè)電阻

元件所消耗的電功率，以及關(guān)于電阻消耗電功率轉(zhuǎn)變成熱能的概念。

電功率的運(yùn)算公式

電功率等于電壓與電流的乘積。用P表示，單位瓦特(W)或(KW)

P=UI公式1-6

式中電壓用伏，電流用安，則功率為瓦。

把上式中的電壓U以U=RI代入,則電阻R所消耗的功率能夠表示為:

P=I2R公式1-7

那個(gè)式子表明，關(guān)于一定的電阻R,功率與電流的平方成正比。

將1-6式中的I以I=U/R代入，電阻R所消耗的功率又可表示為：

P=U2/R公式1-8

這確實(shí)是講，在一定的電壓下，功率與電阻成反比，負(fù)載的電阻越小,

它的功率就越大。

1KW=1X103W=1X1O6mW

例1-2：電阻率p=1.4Q,mm2/m,線徑d=O.35mm的電熱絲繞制

一功率為300瓦、工作電壓為220V的電爐，需要多少米？

L^ll米

練習(xí)：試求阻值為200Q,額定功率為8瓦的電阻器所承諾的工作電流

及電壓？I=0.2AU=40V

能量的轉(zhuǎn)換和守恒

能量：確實(shí)是物體所具有的作功的能力或作功的本領(lǐng)。

能量有許多種，例如機(jī)械能、熱能、電能、光能、化學(xué)能等。各種能

量之間能夠互相轉(zhuǎn)換。例如，發(fā)電廠和電力網(wǎng)確實(shí)是一個(gè)多種能量相互轉(zhuǎn)

換的系統(tǒng)。在水電站中，水推動(dòng)水輪機(jī)轉(zhuǎn)，將它所具有的動(dòng)能和勢(shì)能轉(zhuǎn)換

成機(jī)械能。水輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)又將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。電能通過(guò)輸電線路

送到用戶，又轉(zhuǎn)換為各種形式的能量。電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能；電燈

將電能轉(zhuǎn)換成光能等。

在能量轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，不可幸免地有能量缺失。如：水從前池經(jīng)壓力

管、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)流進(jìn)水輪機(jī)，并不能全部變成機(jī)械能，沿途有漏水缺失、摩

擦缺失等等。水電站中水的動(dòng)能與勢(shì)能的和應(yīng)等于推動(dòng)水輪機(jī)的能量與漏

水缺失、摩擦缺失等之和。

以上講明，自然界的能量既不能制造，也不能消滅，只能從一種形式

轉(zhuǎn)換為另一種形式，能量的總和操持不變，這確實(shí)是能量守恒定律。

電能

電路的要緊任務(wù)是進(jìn)行電能的傳送、操縱和轉(zhuǎn)換。在圖1-1中所示的的

電路中，當(dāng)有電流通過(guò)時(shí)，電源要輸出電能；在外電路中負(fù)載R要消耗電

能。按照能量守恒定律，如果不考慮電源內(nèi)部和導(dǎo)線中的能量缺失，那么

電源輸出的電能就應(yīng)該等于負(fù)載所消耗的電能。

我們要注意電能和電功率的區(qū)不。電能是指一段時(shí)刻內(nèi)電場(chǎng)力（電源

力）所做的功。電功率是指單位時(shí)刻內(nèi)電場(chǎng)力（或電源力）所做的功。它

們之間的關(guān)系是：

W=P?t

電能的單位是千瓦?時(shí)（KW?h）,簡(jiǎn)稱度。1KW?h是指功率為1

千瓦的電源（或負(fù)載）在1小時(shí)內(nèi)所輸出（或消耗）的電能。電功率用功

率表測(cè)量，電能用電度表測(cè)量。

例1-3在220V的電源上，接入一個(gè)電爐，已知通過(guò)該電爐的電流是

4.55A,咨詢1小時(shí)內(nèi)，該電爐消耗的電能是多少？

W=3KW?h

效率

能量在轉(zhuǎn)換和傳遞的過(guò)程中，因?yàn)榇嬖诜N種缺失，只有一部分能量轉(zhuǎn)

化為其它有用的能量。我們轉(zhuǎn)換前的能量叫做輸入能量，用P1表示，把轉(zhuǎn)

化后的能量叫做輸出能量，用P2表示，把種種缺失加起來(lái)叫做綜合缺失，

用4P表示，那么按照能量守恒定律得：

Pl=P2+AP公式1-9

將輸出能量與輸入能量的比值稱之為效率，用符號(hào)T］表示。

n=P2/Pix100%公式1

-10

由于缺失的存在，任何一種設(shè)備所得到的能量總是大于它輸出的能量,

即效率總是小1的。

在水電生產(chǎn)過(guò)程中，要緊存在有以下幾種缺失：水力缺失、機(jī)械缺失、

電能缺失。水力缺失要緊是指各部分的漏水及克服引水管道管壁和導(dǎo)水機(jī)

構(gòu)對(duì)水的摩擦力造成的缺失。機(jī)械缺失要緊指克服接觸摩擦和運(yùn)動(dòng)時(shí)的風(fēng)

阻造成的缺失。電能缺失是指輸電線及送配電設(shè)備上消耗的電能缺失。

例1一4有一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，它的名牌上標(biāo)出的功率是7千瓦，效率是86%,

咨詢電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的缺失是多少？1.14KW

電流的熱效應(yīng)

當(dāng)電流流過(guò)導(dǎo)體時(shí)，由于導(dǎo)體具有一定的電阻，因此，電能就隨著電

流的流淌持續(xù)地轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使?dǎo)體溫度升高，這種現(xiàn)象就叫做電流的熱

效應(yīng)。電爐、電烙鐵等確實(shí)是利用電流的熱效應(yīng)來(lái)生熱的，我們利用它為

生產(chǎn)和生活服務(wù)。另一方面，在電機(jī)、變壓器等電氣設(shè)備中，電流通過(guò)繞

組時(shí)所產(chǎn)生的熱量，關(guān)于這些設(shè)備是不利的。這些熱量如果不設(shè)法從電機(jī)

及變壓器內(nèi)部散發(fā)出來(lái)，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)刻運(yùn)行后，就會(huì)使設(shè)備的溫度升得專門

高，嚴(yán)峻時(shí)甚至?xí)龎脑O(shè)備。因此必須嚴(yán)密監(jiān)視設(shè)備的溫升（即設(shè)備溫度

比周圍環(huán)境溫度高多少），采取多種方式進(jìn)行冷卻和散熱。

通過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)，證明電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次

方成正比，跟導(dǎo)體的電阻成正比，跟通電的時(shí)刻成正比，那個(gè)規(guī)律叫做焦

耳定律。

Q=12Rt公式1-9

公式中的電流I的單位要用安培（A）,電阻R要用歐姆（Q）,通過(guò)的

時(shí)刻t的單位要用（s）,如此熱量Q的單位確實(shí)是焦耳（J）

電氣設(shè)備的額定值

為了使電氣設(shè)備安全、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，并保證一定的使用壽命，制造廠

對(duì)產(chǎn)品都規(guī)定了額定值（如額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速等）。大多數(shù)電

氣設(shè)備的電流超過(guò)額定值過(guò)多時(shí)，由于發(fā)熱過(guò)甚，絕緣材料將會(huì)損壞；當(dāng)

所加電壓超過(guò)額定值過(guò)多時(shí)，絕緣材料也可能被擊穿。反過(guò)來(lái)講，如果電

氣設(shè)備的電壓與電流額定值比額定值小得多，不僅得不到正常合理的工作

狀況（如電壓過(guò)低，電燈亮度不夠，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速太低等），也不能充分利

用電氣設(shè)備的工作能力。因此，制造廠在規(guī)定產(chǎn)品的額定值時(shí)，要全面考

慮使用時(shí)的經(jīng)濟(jì)性、可靠性以及壽命等各種因素，專門要保證電氣設(shè)備的

工作工作溫度不超過(guò)規(guī)定承諾值。

電氣設(shè)備的額定值通常標(biāo)在銘牌上。額定值一樣用附有下標(biāo)“e”的符

號(hào)表示，如Ue、Ie、Pe等。

§2直流電路的分析運(yùn)算

本章將在第一章的基礎(chǔ)上，逐步討論一些簡(jiǎn)單電路及電路中各種過(guò)程

的分析方法。

§2.1電路的,狀態(tài)

電路有三種I可能的勺作狀廣一通路，斷路，/路。

通路Ri

通路：篇*電,匕華載閉合回路.如用2-歸示電路中開(kāi)關(guān)S合上時(shí)

的工作）E離J:導(dǎo)線電阻專匚常忽R據(jù)歐姆定律，因

此負(fù)載的-mi酷裝于路端電壓:

U=UL=：/R&+RO）：Ri

圖2-1通路示意圖

若輸電線導(dǎo)線較長(zhǎng)，就應(yīng)當(dāng)考慮它的電阻。實(shí)際上為了簡(jiǎn)化電路運(yùn)算,

常用等值的集中的電阻來(lái)代表實(shí)際導(dǎo)線的分布電阻，如圖2-1中用虛線表示

的電阻R1。

輸電導(dǎo)線的橫截面積應(yīng)依據(jù)線路上的容許電壓缺失（一樣為額定電壓

的5%）和最大工作電流選定，截面過(guò)細(xì)導(dǎo)線上的電壓缺失太大，過(guò)粗則白

費(fèi)材料。

電氣設(shè)備接入額定電壓，流過(guò)額定電流的工作狀態(tài)，稱為額定工作狀

態(tài)，也稱滿載。滿載時(shí)的電功率等于額定功率。如果由于某種緣故，電流

超過(guò)額定值，即實(shí)際功率超過(guò)額定功率，這種狀態(tài)稱為過(guò)載狀態(tài)，簡(jiǎn)稱過(guò)

載。長(zhǎng)時(shí)刻過(guò)載是不承諾的；而短時(shí)刻過(guò)載往往是不可幸免的。實(shí)際功率

在額定值的50%以下時(shí)一樣稱為輕載。實(shí)際功率為額定值的80%以上時(shí)，

一樣稱為重載。

斷路

斷路確實(shí)是電源與負(fù)載沒(méi)有接通成閉合回路，也確實(shí)是圖2-1電路中開(kāi)

關(guān)S斷開(kāi)時(shí)的狀態(tài)。斷路狀態(tài)相當(dāng)于負(fù)載電阻等于無(wú)窮大，電路的電流為

零，即

R=81=0

現(xiàn)在電源不向負(fù)載供給電功率，即PS=PL=0這種情形稱為電源

空載，（PS輸出功率）。

電源空載時(shí)的端電壓為斷路電壓或開(kāi)路電壓，電源的開(kāi)路電壓UOC就

等于電動(dòng)勢(shì)E：

UOC=E

短路

短路就電源未經(jīng)負(fù)載而直截了當(dāng)由導(dǎo)線接通成閉合回路。電源輸出的

電流就以短路點(diǎn)為回路而不流過(guò)負(fù)載。若忽略輸電導(dǎo)線的電阻，短路時(shí)回

路中只存在電源的內(nèi)阻R0,這時(shí)的電流為

ISC=E/R0

ISC稱為短路電流。因?yàn)殡娫磧?nèi)阻R0一樣都比負(fù)載電阻小得多，因此

短路電流總是專門大的。如果電源短路狀態(tài)不迅速排除，由于電流熱效應(yīng),

專門大的短路電流將會(huì)燒毀電源、導(dǎo)線以及短路回路中接有的電流表、開(kāi)

關(guān)等，以致引起火災(zāi)。因此，電源短路是一種嚴(yán)峻事故，應(yīng)嚴(yán)加防止。

許多短路事故是因絕緣損壞引起的；錯(cuò)誤的接線或誤操作也常導(dǎo)致電

源短路。為了幸免短路事故所引起的嚴(yán)峻后果，通常在電路中接入熔斷器

或自動(dòng)斷路器，以便在發(fā)生短路時(shí)能迅速將故障電路自動(dòng)切斷。

熔斷器的符號(hào)如如圖2-2。熔斷器內(nèi)裝有熔絲，是由低熔點(diǎn)的合金制成

的金屬絲或片，電路中一旦發(fā)生短路事故，專門大的短路電流流過(guò)熔絲所

產(chǎn)生的熱量FU…險(xiǎn)絲迅速熔眇；愛(ài)護(hù)設(shè)備。

短路與開(kāi)路這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)不僅能用于電源，也能用于電路中任意一段或

某一器件。如某段電路或某一器件因與電源斷開(kāi)，以致無(wú)電流流過(guò)，也可

講該段電路或該器件開(kāi)路。若某段電路或某器件的兩端被一根幾乎無(wú)電阻

的導(dǎo)線連接，以致兩端無(wú)電壓，這也可講是該段電路或該器件被短路。短

路分為“事故短路”和“有用短路”，后者我們稱為短接。

§2.2電路中的電位運(yùn)算

電路中點(diǎn)的電位是相對(duì)的物理量，若不選定參考點(diǎn)，就只能比較兩點(diǎn)

電位的高低，而無(wú)從確定各點(diǎn)的電位值。參考點(diǎn)的電位通常規(guī)定為零，因

此參考點(diǎn)又叫零電位點(diǎn)。零電位點(diǎn)任意選定，但為了統(tǒng)一，適應(yīng)上取大地

為參考點(diǎn)，即認(rèn)為大地的電位為零，這是因?yàn)榇蟮厝菁{電荷的能力專門大,

它的電位專門穩(wěn)固，不受局部電荷量變化的阻礙。那個(gè)道理與地理上運(yùn)算

高度常選海平面起點(diǎn)是相似的。

電位：某點(diǎn)的電位與零電位之間的電壓。有V表示。

電子線路中常取公共點(diǎn)或機(jī)殼作為電位的參考點(diǎn)。接地與接公共點(diǎn)（或

機(jī)殼）的圭彳接地2-2所示」接公共點(diǎn)

--囹2-3

ARiBR2C

電路任意上，J的電斗目-點(diǎn)產(chǎn)里擇無(wú)彳_

要運(yùn)算某點(diǎn)1申ev￥上講確=從快人自沿著任選的一條

路徑“走”+「電住小，該點(diǎn)的中就：、“訐徑所通過(guò)的全部

電位降（gE,立廠的代數(shù)和氐?（于；巧不論是電源依舊負(fù)載，只要從

器件的正力-就取該電位鵬正;，反之就取負(fù)值。（負(fù)載則將電流

流入端為正極，出端為負(fù)極，若未夕,力己選定參考方向，一樣應(yīng)與電壓

有關(guān)聯(lián)）------------------------------

圖2-4

以圖2-4為例。D點(diǎn)是參考點(diǎn)。A點(diǎn)的電位為：

(1)A-E-DVA=E1

(2)A-R1-B-R3-DVA=I1R1+I3R3

(3)A-R1-B-R2-C-E1-DVA=I1R1=I2R2+E2

若以B點(diǎn)為參考點(diǎn)，A點(diǎn)的電位為

VA=I1R1=El-I3R3

當(dāng)選A或B為參考點(diǎn)時(shí)，A與B點(diǎn)的電壓

選A點(diǎn)時(shí)：Uab=I1R1選B點(diǎn)時(shí)：Uab=I1R1

即兩點(diǎn)間的電壓與參考點(diǎn)的選擇無(wú)關(guān)。

從以上分析可看出：

1、在電路中，某點(diǎn)電位的高低是相對(duì)的，當(dāng)電位的參考點(diǎn)改變時(shí)，電

位的高低就隨著發(fā)生變化。

2、電位參考點(diǎn)的選擇是任意的，然而一個(gè)電路里只能有一個(gè)參考點(diǎn)。

當(dāng)參考點(diǎn)選定后，電路中各點(diǎn)的電位就有了確定值，而與運(yùn)算電們時(shí)的選

擇的路徑無(wú)關(guān)。

3、不論選擇哪一點(diǎn)作為電路的參考點(diǎn)，任意兩點(diǎn)間的電壓數(shù)值可不能

改變。

同電位：兩點(diǎn)之間的電壓為零或兩點(diǎn)的電們相等地，叫做這兩點(diǎn)同電

位?，F(xiàn)在因兩間沒(méi)有電壓，導(dǎo)線中也可不能有電流流過(guò)，這根導(dǎo)線接上去

或拿掉都有關(guān)系，因此，在這兩點(diǎn)間接上任意電阻也沒(méi)有阻礙。

§2.3電路中電阻串聯(lián)與并聯(lián)

在介紹電阻串聯(lián)與并甲a寸，我僅；一悉一個(gè)概念。電路中任何一部

R,R?

分的幾個(gè)鳥(niǎo)陽(yáng)，總能產(chǎn)丁用「弋管」而不阻礙這丁部分兩］原先的

電壓和電路中其余部分的電流強(qiáng)；之一個(gè)電阻就叫做這幾個(gè)電卜的總電

阻。二一金峙將這L.電阻代諭:土力本電阻3算;電電的成效

與原月彳4」的成效相同，因此這叫做27TR1阻

-的串聯(lián)R3-T

將若干個(gè)電阻元件，順序地頭尾相接連在一起的連接方式稱卜串聯(lián)。

所組成的1路，稱為串產(chǎn)由阻電路。-------?

ab

圖2-5

它有以下特點(diǎn)：

1、流過(guò)串聯(lián)元件的電流相等；

1=H=12=13

2、串聯(lián)各元件電壓降（功率）之和，等于串聯(lián)電路總的電壓（功率）;

E=U=UI+U2+U3

P=Pl+P2+P3

3、串聯(lián)電阻電路中的各個(gè)電阻能夠用一個(gè)電阻代替，那個(gè)電阻叫做串

聯(lián)電阻的等效電阻。它等于各個(gè)電阻之和。

R=RI+R2+R3

N個(gè)等阻值的電阻串聯(lián)（如：Rl=R2=R3）,總電阻等于NXR1。

圖2-5a圖可簡(jiǎn)化成b圖

4、串聯(lián)電路各段電壓與各段電阻成正比一一分壓公式

Ul=IJXR1/RU2=UXR2/R

RI/R、R2/R稱為串聯(lián)分壓系數(shù)。

IlL

、道理能上2土電，的量程;二H常唧上電舊分壓器,

1

-I飛等。E,Ji

如電E1、ir1R

的并P

RiR

2R3

若將幾個(gè)電阻元件都接在兩個(gè)共問(wèn)騎點(diǎn)之間,這種運(yùn)接方式徐為并聯(lián)。

所組成的電路為并聯(lián)1電照由咯。

ab

圖2-6

它有以下特點(diǎn)：

1、并聯(lián)各電阻承擔(dān)同一電壓，即各電阻上的端電壓相等。

E=U=UI=U2=U3

2、并聯(lián)各電阻可等效為一個(gè)總電阻，等效電阻值的倒數(shù)等于各電阻值

的倒數(shù)之和?；蚰軌蛑v等效電導(dǎo)等于各支路的電導(dǎo)的和。

1/R=1/RI+1/R2+1/R3

或表示為：G=G1+G2+G3

關(guān)于只有兩個(gè)電阻并聯(lián)的電路，其等效電阻R可用下式運(yùn)算:

R=RIR2/（R1+R2）

N個(gè)等阻值的電阻串聯(lián)（如：Rl=R2=R3）,總電阻等于RI/N。

并聯(lián)一個(gè)電阻的結(jié)果總是使等效電阻減小，且等效電阻比各并聯(lián)電阻

中的任一個(gè)都要小。

3、流過(guò)并聯(lián)各支路的電流之和，等于并聯(lián)電路總電流。

1=11+12+13

4、并聯(lián)電路各支路電流與各支路電阻成正比一一分流公式。

H=IXR1/R12=IXR2/R……

Rl/R、R2/R、……稱為并聯(lián)分流系數(shù)。

基爾霍夫定律

電路的差不多定律，除歐姆定律外，要緊還有基爾霍夫定律（也譯成

克希荷夫定律）。

凡運(yùn)用歐姆定律和電阻串并聯(lián)公式就能求解的電路稱為簡(jiǎn)單電路；否

則，確實(shí)是復(fù)雜電路，一樣應(yīng)用基爾霍夫的兩條定律。它們不僅適用于簡(jiǎn)

單電路，也適用于復(fù)雜電路。

那個(gè)地點(diǎn)先介紹幾個(gè)名詞：支路、節(jié)點(diǎn)和回路。

支路：電路中每一段不分支的電路，稱為支路。

節(jié)點(diǎn)：支路中三條或三條以上支路相交的點(diǎn)，稱為節(jié)點(diǎn)。

回路：電路中任一閉合的路徑為回路。

基爾霍夫電流定律（也稱基爾霍夫第一定律簡(jiǎn)稱KCL）

基爾霍夫電流定律：對(duì)電路中任一節(jié)點(diǎn)來(lái)講，注入節(jié)點(diǎn)的電流總等于

該節(jié)點(diǎn)流出的電流總和，即：￡1=Oo或者講在電路的任一節(jié)點(diǎn)上，電流

的代數(shù)和為零。

如圖2-4中節(jié)點(diǎn)B,可寫(xiě)成H+12+13=0或?qū)懗蒆=12+13

在列節(jié)點(diǎn)電流方程前h要標(biāo)定電流的方向,對(duì)已知的電流，則按已

知的實(shí)際mA對(duì)未沖的電流萬(wàn)叵B定，運(yùn)算得正，實(shí)際方向

電路

與標(biāo)定方(t電路算力負(fù)，則實(shí)際力方向相反。

節(jié)點(diǎn)片應(yīng)用干；也可及假定的封閉面。

圖2-6

回路電壓定律(也稱基爾霍夫第二定律簡(jiǎn)稱KVL)

回路電壓定律：沿一回路所升高的電位必等于沿此回路所降低的電位。

即：

EE=EU=￡RI

應(yīng)用回路電壓定律列方程時(shí)，式中各項(xiàng)符號(hào)的正負(fù)，按下述原則確定:

(1)回路循行方向可任意選擇，順時(shí)針或逆時(shí)針均可；

(2)循行一周時(shí)，不論是通過(guò)電源電壓依舊電阻上的電壓，凡從負(fù)極

到正極均使電位升高，而從正極到負(fù)荷均使電位降低。把沿一個(gè)回路繞行

一周時(shí)從負(fù)極到正極的電壓全部加起來(lái)，確實(shí)是沿整個(gè)回路電位升高的總

和，同樣，將正極到負(fù)極的電壓全部加起來(lái)，確實(shí)是沿整個(gè)回路電位低的

總和。

若電動(dòng)勢(shì)改用電壓降來(lái)表示，回路電壓定律也可表述為：沿回路循行

一周，電壓降的代數(shù)和等于零。即：￡U=0

回路電壓定律不僅適用于由電源電壓及電阻等實(shí)際元件構(gòu)成的回路，

同樣也能適用于不全由實(shí)際元件構(gòu)成的回路。

歐姆定律、基爾霍夫定律在電路中的應(yīng)用

有了歐姆定律，再加上節(jié)點(diǎn)電流定律及回路電壓定律，我們就能運(yùn)算

一個(gè)在結(jié)構(gòu)上任意復(fù)雜的電路。

必須注意，在列方程式之前先標(biāo)定求知電流的方向(及電壓的極性),

在此基礎(chǔ)上列出全部電流方程式及電壓方程式。列電流方程式與電壓方程

式應(yīng)采納同標(biāo)定方向

1112

在一再怕”下，|復(fù)雜七nr,如看有n個(gè)節(jié)點(diǎn)及m條支路，則需要列出m

個(gè)方程式，用串京電流定章露夠列I出n-1個(gè)電流方程，而回路電壓定律列出

其余的叱如1)個(gè)方走式。在列電［二口2j時(shí)，通常以電路圖所形成的格子

作為E:『全方便。口R3T

JTi匈十］

Ri113__

例2-斤八」哆’7切示的電路中12」知電源電壓E1=23OV,E2=215V,

電阻Rl=l匕，R2—1"R3—44Q」求各電阻中的電流及電阻上消耗的功率。

C

圖2-7

解：那個(gè)電路中有3條支路需要列出3個(gè)方程式。電路有2個(gè)節(jié)點(diǎn)，

可用節(jié)點(diǎn)電流定律列出1個(gè)電流方程式。

同時(shí)，憑直觀可看出，那個(gè)電路圖形成2個(gè)格子，分不沿這2個(gè)格子

所構(gòu)成的回路用回路電壓定律可列出2個(gè)電壓方程，總共正好是3個(gè)方程

式。⑴

13=H+12

El=R111+R313

E2=R212+R313

(2)將已知的電源電壓及電阻的值代入上5式中

13=H+12①

230=111+4413②

215=112+4413③

(3)應(yīng)用消元法得

Il=10A,12=-5A,13=5Ao

Ik13科工值，講明N"個(gè)''的實(shí)際方向與標(biāo)定方向相反，12為負(fù)

1113

值講明它華法崢?lè)较蚺c標(biāo)二々期反o

各電阻上清雍的功率斤I

P1=[12R1=W2E2100C)R3

EI=~p2R[,：-5)2X1=25(W)

P3=AR,5,44=11E3際1

練習(xí):，“，R」=6V,：k16V,E3=10V,R1=4Q,R2=6Q,

R3=4Q,《各支路"流H、12、d(分不為1A、3A、2A)

電阻的混聯(lián)電路

電阻的串聯(lián)與并聯(lián)是電路最差不多的連接形式。在一些電路中，可能

既有電阻的串聯(lián)，又有電阻的并聯(lián)，這種電路就叫做電阻的混聯(lián)電路。

分析、運(yùn)算混聯(lián)電.L,R如下：13

應(yīng)用電闌的串聯(lián)、|并匚二＞簡(jiǎn)化電口求出電路的等效電阻。

由等效電阻,電闞的洛電平,加R3L津本電路如L,流。

:支路的一廠R苴流。

由總電流按照基爾姆定汆為

R

I72R4

例2-2如囪2-8萬(wàn)一，電陽(yáng)足電壓為乙乙UW已知RT=20。，R2=20Q,

R3=6Q,R4=15Q,R5=10Q,求各電阻的電流隔電壓。

解：先求RI、R2的并聯(lián)等效電阻：

R12=RIXR2/(RI+R2)=20X20/(20+20)=10。

求R4、R5的并聯(lián)等效電阻：

R45=R4XR5/(R4+R5)=15X10/(15+10)=6。

混聯(lián)電路的等效電阻為

R=R12+R3+R45=10+6+6=22。

電路總電流為

1=13=220/22=10A

RI、R2兩端的電壓為：

U12=IR12=10X10=10V

R3的電壓為：

U3=A3=10*R1B

R4、電壓為：衛(wèi)45=IR45*0X6=60V

由于RI=]L因此k]=R2/20=5A

R4、R:u巨流分不為：ILJ0

4K4

I4=6)/15=4A[★八"-5A*T

*_h口R3

練習(xí):如圖2-9所示，J中2…Rl=3。。，R2=10Q,R3=20Q,R4=

15Q,求H、13、14、UA"、UBC——

c

圖2-9

得：H=3A、13=1A、I4=2A、UAB=90V、UBC=30V

§3電容器

通過(guò)前面學(xué)習(xí)，我們明白了，電阻器是電路中的一個(gè)差不多元件。這

一章我們將介紹另一個(gè)差不多元件一一電容器。本章要緊討論三個(gè)咨詢題:

（1）電容器和電容的差不多概念；（2）電容器在電路中的要緊作用；（3）

電容器串聯(lián)和并聯(lián)時(shí)的等效電容的運(yùn)算方法。

§3.1電容器和電容

一、電容器

什么是電容器？電容器確實(shí)是儲(chǔ)存電荷的容器。由于彼此絕緣物質(zhì)隔

開(kāi)的兩個(gè)導(dǎo)體都具有儲(chǔ)存婪P性能，因此，凡是用絕緣物質(zhì)隔開(kāi)的兩個(gè)

導(dǎo)體的組合就構(gòu)成羅弁翥紂

實(shí)際的曳登非不多#篇"金屬箔（或金臂）也間隔以空氣、紙、

云母、塑料瘀M陶瓷歲緣物膏血。這些對(duì)由質(zhì)稱為電容器的介

質(zhì)。L/電容器符號(hào)

最簡(jiǎn)單的平板我器如圖4-1

d

圖3-1

它是由兩塊同樣在的平行的金屬板組成，兩板之間充滿了個(gè)質(zhì)。兩塊

金屬板稱為電容的極板，兩極板之間的距離為d,極板的長(zhǎng)度和寬度比兩極

板間的距離大專門多倍。

如果我們將所示的電容器接到直流電源上，它的兩個(gè)極板就分不帶上

數(shù)量相等、符號(hào)相反的電荷，即與電源正極相連的極板帶上正電荷，與電

源負(fù)極相連的極板帶上負(fù)電荷。這時(shí)該電容器兩極板間就建立起了一個(gè)電

場(chǎng)。我們將平板電容器兩極板間的電壓U,與兩極板間距離d的比值稱為

平板電容器中的電場(chǎng)強(qiáng)度，用字母E表示，即：

E=U/d公式3-1

電場(chǎng)強(qiáng)度的單位是伏/米，用字母V/m表示。

電容器的作用，要緊確實(shí)是利用它在一定條件下，進(jìn)行充電和放電以

及隔直流的作用。當(dāng)電容器極板上所儲(chǔ)存的電荷量發(fā)生變化（增加或減少）

時(shí)，電容器中就有電流流過(guò)；若電容器極板上所儲(chǔ)存的電荷量恒定不變（充

滿電時(shí)），則電容中就沒(méi)有電流流過(guò)。但電容器在交流電路中，情形就不同

To因?yàn)榻涣麟娫吹碾妷捍笮『头较蚴浅掷m(xù)變化的，致使電容器持續(xù)的充

放電，因而電容器極板上所儲(chǔ)存的電荷量也就持續(xù)改變，這就使電容器持

續(xù)地有電荷移動(dòng)，而形成了電流。因此電容器接在交流電源上時(shí)，其中就

有交流電流通過(guò)電容器，這一電流是由于電容反復(fù)電形成的，而不是由于

帶電粒子直截了當(dāng)通過(guò)電容器中的介質(zhì)形成的。（亦即電容器的重要特性：

隔直通交）

隔直通交。電容器的一切功用都源自于此。關(guān)于恒定直流電來(lái)講，理

想的電容器就像一個(gè)斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)，表現(xiàn)為開(kāi)路狀態(tài)；而關(guān)于交流電來(lái)講，

理想電容器則為一個(gè)閉合開(kāi)關(guān)，表現(xiàn)為通路狀態(tài)。事實(shí)上，電容器并非趕

忙將直流電阻隔，當(dāng)電路剛接通時(shí)，電路中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)極大的電流值，然

后隨著電容器持續(xù)充電，極板電壓逐步增強(qiáng)，電路中的電流在持續(xù)減小，

最終電容器電壓和電源電壓相等且反向，從而達(dá)到和電源平穩(wěn)的狀態(tài)。

那個(gè)地點(diǎn)有專門關(guān)鍵的一點(diǎn)需要明確：不管是直流環(huán)境依舊交流環(huán)境,

理想的電容器內(nèi)部是可不能有任何電荷（電流）通過(guò)的，只是兩極板電荷

量對(duì)比發(fā)生了變化，從而產(chǎn)生了電場(chǎng)。

電容器的作用：

隔直流：作用是阻止直流通過(guò)而讓交流通過(guò)。

旁路（去耦）：為交流電路中某些并聯(lián)的元件提供低阻抗通路。

耦合：作為兩個(gè)電路之間的連接，承諾交流信號(hào)通過(guò)并傳輸?shù)较乱患?jí)電路

濾波：將整流以后的鋸齒波變?yōu)槠交拿}動(dòng)波，接近于直流。

溫度補(bǔ)償：針對(duì)其它元件對(duì)溫度的適應(yīng)性不夠帶來(lái)的阻礙，而進(jìn)行補(bǔ)償，

改善電路的穩(wěn)固性。

計(jì)時(shí)：電容器與電阻器配合使用，確定電路的時(shí)刻常數(shù)。

調(diào)諧：對(duì)與頻率有關(guān)的電路進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)諧，例如手機(jī)、收音機(jī)、電視機(jī)。

整流：在預(yù)定的時(shí)刻開(kāi)或者關(guān)半閉導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件。

儲(chǔ)能：儲(chǔ)存電能，用于必須要的時(shí)候開(kāi)釋。例如相機(jī)閃光燈，加熱設(shè)備等

等。

判定電容器的好壞可用萬(wàn)用表的驅(qū)姆檔，看其充放電的能力.如果剛開(kāi)

始電阻小然后慢慢變大的是好的.表示充電正常，如果電阻一直小或者大確

實(shí)是壞的.就像水庫(kù)的作用似的，洪澇時(shí)放水，澇的時(shí)候存水。電容在電路

里也是如此，起到濾波的作用。用萬(wàn)用表測(cè)量，剛開(kāi)始電阻專門小，慢慢

越來(lái)越大，最后開(kāi)路（電容量小的時(shí)候不明顯）。

§3.2電容

電容器儲(chǔ)存電荷的能力用電容器的容量即電容來(lái)表示。

我們把兩極板在單位電壓作用下，每一極板上所儲(chǔ)存的電荷量（q）叫

做該電容器的電容，用字母C表示即：

C=q/U公式3-2

電容的單位是法拉，簡(jiǎn)稱法，用字母F表示。

法是電容專門大的單位，生產(chǎn)實(shí)踐中常用微法（UF）或微微法（皮法

PF）等較小的單位表示。

1F=1O6nF=1012PF

要注意到，不只是電容器才具有電容，實(shí)際上任何兩導(dǎo)體之間都存在

著電容。例如兩根傳輸線之間，每根傳輸線與大地之間差不多上被空氣介

質(zhì)隔開(kāi)的，因此也存在電容。一樣情形下，那個(gè)電容值專門小，它的作用

?？珊雎圆挥?jì)。如果傳輸線專門長(zhǎng)或所傳輸?shù)男盘?hào)頻率專門高時(shí)，就必須

計(jì)及這一電容的作用。另外在電子儀器中，導(dǎo)線和儀器的金屬外殼之間也

存在有電容，上述這些電容通常叫做分布電容，盡管它的數(shù)值比較小，但

有時(shí)卻會(huì)給傳輸線路或儀器設(shè)備造成一些干擾，這是我們應(yīng)該考慮的。

ItIb-------1

§3.3電％0日并用C2

電容器的串聯(lián)

幾個(gè)電容器接成一個(gè)力兮支電路的為熱方式叫做電容器的串聯(lián)。

u

+

++

圖3-2

按照電容定義，將每只電容器兩極板之間的電壓表示為

Ul=q/ClU2=q/C2

因?yàn)榇?lián)電路中的總電壓等于該電路中各段電壓之和，即：

U=U1+U2

將上式代入此式得：U=q/Cl+q/C2=q(1/C1+1/C2)=q/C

可得：

1/C1+1/C2=1/C(與電阻并聯(lián)類同)公式3-3

由公式3-3可看出，電容器串聯(lián)后，等效電容C減小了，但電壓增高

To因此，在實(shí)際中應(yīng)用中，當(dāng)一只電容器的額定工作電壓值太小不能滿

足工作需要時(shí)，除選用額定工作電壓值高的電容器外，還可采納電容器串

聯(lián)的方式來(lái)獲得較高的額定工作電壓。但當(dāng)電容不等的電容器串聯(lián)使用時(shí),

每個(gè)電容器上所分配到的電壓是不相等的。各電容器上的電壓分配是和它

的電容成反比的，即電容小的電容器比電容大的電容器所分配的電壓要高。

在生產(chǎn)立就中，若把電容不等的電容器串聯(lián)使用，應(yīng)先通過(guò)運(yùn)算，在安全

可靠的+;再串聯(lián)僅用，以免燒步;電容器。

T'Ci

U~~I—

電口w的并聯(lián)一—

幾’器在同一對(duì)節(jié)點(diǎn)間的4