第6章_电工学基础知识_第2节电路和电路的工作状态

在电路中，构成电路的各元件首首联接、
尾尾联接的联接方式叫作并联，如图l一
6—4(b)，此时每个元件的电压都相同。
电阻串联的计算： R=R1+R2+…+尺。 U=U 1+U 2+…+玑 当两个电阻串联时，有： ，=U／(R1+R2) u1=URl／(R1+R2) 以=UR：／(R1+R2)
可见，串联电阻上电压的分配与电阻的值
定值，例如一台直流发电机的铭牌上标有40kW、
230V、174A，这是它的额定值。
在实际使用时，这台发电机在一定电压下， 并不总是发出40kW的功率和174A的电流；它发 出多大的功率和电流，完全取决于负载的需要， 但一般不应超过它的额定值。电动机也是这样， 它的实际功率和电流也取决于它所带的机械负 载。
六、电气设备的额定值
各种电气设备的电压、电流及功率等都有一
个额定值，例如一盏电灯的电压是220V，功率是
60W，这就是它的额定值。额定值是制造厂为了使
产品能在给定的工作条件下正常运行而规定的容
许值。当电气设备中的电流或所加电压超过额定
值过多时，将使设备过热，有可能烧毁或减少其
寿命；
反之，如果电压和电流远低于额定值，不仅
大多数的金属，酸、碱、盐的水溶液，碳
素类材料等，都是电的优良导体。
电阻并联的计算：
1／R=1／R1+1／R2+…+1／尺。 当两个电阻并联时，有： R=R1R2／(R1+R2) l=lt+12 ，l=U／Rl=，R2／(R1+R2) l=U／R2=，R。／(R1+R2)
可见，并联电阻上电流的分配与电阻的 值成反比，电阻大的得到的电流小。例如， 当25w的电灯与60W的电灯并联使用时，由于
一个电路必须具备以下要素： 图I一6—1电路示意图
(1)电源：把非电能转换为电能的装置，如电
池、发电机。R-灯泡；E一电源；K-开关
(2)负载：电流通过后产生能量转换，得到需
要效应的装置，或者叫用电器具，如电炉、电动
机、电视机等。
(3)连接导线：把电源与负载连起来形成
通路的材料； (4)开关：控制电路通断的装置。 在实际电路中，电源、负载、开关等， 既可能是一个器件，也可能是一个系统，即 本身又成为一个电路。因此，对于开关来说， 它可以是一个具体的执行通断功能的器件，
成正比，电阻大的得到的电压高。例如，当
25w的电灯与60W的电灯串联使用时，由于前者
的电阻比后者大，得到的电压高，使得前者反 而比后者亮。
四、导体、绝缘体和半导体
自然界的物质能够通过电流的能力是 不同的，按照物体和半导体三大 类。 导体是指那些容易让电流通过的物质。
得不到正常合理的工作情况，而且也不能充分利
用设备的能力。例如，上面提到的电灯，在220V
电压下，正常发光；而在llOV电压下，非常黯淡；
如接到380V的电源上，则立刻烧毁。
电气设备或元件的额定值常标在铭牌上或 写在其说明中，在使用时应充分考虑额定数据。
额定电压、额定电流和额定功率分别用砜、，N
和P。表示某些设备的实际值不一定等于它的额
也可以是执行通断功能的电路系统，后者即
所谓的自动开关。
二、电路的工作状态
当电路中的开关合上时，即把电源与负载 接通，电路中就产生一定的电流，此时称为电 路的有载工作状态；当开关断开时，电路处于 开路(空载)状态，此时电路中的电流为零。
当电源两端由于某种原因而连在一起时，
电源被短路，此时电流很大，可能使电源烧毁
示。与此相联系，把欧姆定律也分为部分电路欧姆
定律和全电路欧姆定律。
所谓部分电路欧姆定律，就是不包括电源，
或者虽然包括电源但是认为电源的内阻为零的
情况下的欧姆定律。它的表达公式即，=U／R。
所谓全电路(如图1—6—3)欧姆定律，
就是包括电源内阻在内的欧姆定律。它的 表达公式是： I=E／(、R+r、) 式中E——电源电动势； r一电源内阻。
前者的电阻比后者大，得到的电流小，使得
前者不如后者亮。
电源串联的计算：
E=E1+E2+…+E。
上述公式是在所有电源的极性都相同时
使用；如果某个电源的极性相反，则用负号。
五、电功和电功率
(一)电功
电流在电路中通过，总要消耗电能而
转化成其他形式的能，这就是电流的做功
过程。电流的做功过程实际上是电场力移
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第二节 电路和电路的工作状态 一、电路
电路就是用导线把电源、用电器(负载)和 电键(开关)连接起来组成的电流通路，如图K I一6—1所示。其作用主要体现在两个方面： 一是实现电能的传输和转换，如电力系统；另 一个是传递和处理信号，如扩音机，把语言或 音乐等R声音信号转换为相应的电压和电流等 电信号，通过放大器传递到扬声器，再把电信 号还原为声音信号。
动电荷的做功过程。电流所做的功叫电功
(或电能)，用肜表示，则：
W=UIt
公式表明：电流在一段电路上所做的功
跟电路两端的电压、电路中的电流强度、通 电时间成正比。在国际单位之中，电功的单 位是焦耳(J)。 1J=1V×1A×ls 实际生活中，我们常用“度”来作为电 功或电能的单位，一个1千瓦(kW)的用电器在 1小时(h)里所消耗的电能为1度，即： 1度=1kW·h=1000VA×3600s=3．6 x 106J
上述公式表明：电路上电流的电功跟电路两
端的电压和电流强度成正比。在国际单位制中，
电功率的单位是瓦特，简称瓦，符号是w。
1W=1J／s
在实际工作中经常用到另一个概念是效率，
电的效率就是消耗的电能中有多少转化为有用 功，或者说有用功占总功之比，用百分数表示， 有时也可以用小数表示。 效率用字母ŋ代表，其公式是： Ŋ=W1/W2 式中W1——有用功； ŋ——电的效率，％； W2一总功。
(二)电功率
电流在单位时间内所做的功叫做电功 率，用P表示，在直流电路中：
P=W／t=U I
在交流电路中：
P=W／t=U l COS由。
其中咖为电压与电流的相位差角，c08咖称 为负载的功率因数。纯电阻性负载的功率因数为 1，如白炽灯、电炉等；电感性负载的功率因数
小于1，如目光灯为o．5，电动机为o．8左右。
在一般情况下，电源的内阻很小，或者电路 的负载电阻较大的时候，用部分电路欧姆定律计 算电路就能够得到足够准确的结果。而当电源的 内阻较大或者负载电阻较小的时候，则必须应用 全电路欧姆定律进行计算才行。
四、串联和并联
在电路中，构成电路的各元件首尾顺
次联接的方式叫作串联，如图1—6—4(a)
和(c)所示，此时流过每个元件的电流相同。
或损坏。短路也可发生在负载端或线路的其他
任何地方。短路通常是一种严重事故，应该尽
力避免和预防。产生短路的原因往往是由于绝 缘损坏或接线不慎，因此经常检查电气设备和 线路的绝缘情况是一项很重要的安全措施。
此外，为了防止短路事故所引起的后果， 通常在电路中接入熔断器或自动断路器，以 便在发生短路时能迅速将故障电路自动切除。
三、欧姆定律
在一个电路中，电流的大小一方面由电源
的电压高低决定，另一方面受电路负载的电阻 (如图1—6—2所示)大小的限制。在一个电路中， 电流的大小同电源的电压成正比，同电路的电 阻成反比，这就是欧姆定律，可用公式表示为：
但是，任何实际应用的电源都不仅供给电压和 输出电流，它本身也图l一6—2电阻示意图有一定的 电阻，这称为内阻。工作时在内阻上也要产生一定 的电压降，因此，电源输出的电压是随着电流的大 小而变化的。这样，就规定当一个电源在不工作时 的最大电压(即开路电压)叫作电源的电动势，用E表