电路的基本物理量及单位
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电路的基本概念-电流-电压-电阻-电容-电感-周期-频率
周期： 交流电完成一次完整的变化所需要的时间叫做周期，常用T表示。周期的单位是秒（s）,也常用毫秒（ms）或微秒（us）做单位。1s=1000ms，1s=1000000us。
频率： 交流电在1s内完成周期性变化的次数叫做频率，常用f表示。频率的单位是赫（Hz），也常用千赫（kHz）或兆赫（MHz）做单位。1kHz=1000Hz，1MHz=1000000Hz。交流电频率f是周期T的倒数，即
电流可以用电流表测量。测量的时候，把电流表串联在电路中，要选择电流表指针接近满偏转的量程。这样可以防止电流过大而损坏电流表。
电压：河水之所以能够流动，是因为有水位差；电荷之所以能够流动，是因为有电位差。电位差也就是电压。电压是形成电流的原因。在电路中，电压常用U表示。电压的单位是伏（V），也常用毫伏（mV）或者微伏（uV）做单位。1V=1000mV，1mV=1000uV。
f =1／T
电容： 电容是衡量导体储存电荷能力的物理量。在两个相互绝缘的导体上，加上一定的电压，它们就会储存一定的电量。其中一个导体储存着正电荷，另一个导体储存着大小相等的负电荷。加上的电压越大，储存的电量就越多。储存的电量和加上的电压是成正比的，它们的比值叫做电容。如果电压用U表示，电量用Q表示，电容用C表示，那么
电阻可以用万用表欧姆档测量。测量的时候，要选择电表指针接近偏转一半的欧姆档。如果电阻在电路中，要把电阻的一头烫开后再测量。
欧姆定律：导体中的电流I和导体两端的电压U成正比，和导体的电阻R成反比，即I=U/R
这个规律叫做欧姆定律。如果知道电压、电流、电阻三个量中的两个，就可以根据欧姆定律求出第三个量，即
相位： 相位是反映交流电任何时刻的状态的物理量。交流电的大小和方向是随时间变化的。比如正弦交流电流，它的公式是i=Isin2πft。i是交流电流的瞬时值，I是交流电流的最大值，f是交流电的频率，t是时间。随着时间的推移，交流电流可以从零变到最大值，从最大值变到零，又从零变到负的最大值，从负的最大值变到零。在三角函数中2πft相当于角度，它反映了交流电任何时刻所处的状态，是在增大还是在减小，是正的还是负的等等。因此把2πft叫做相位，或者叫做相。
频率： 交流电在1s内完成周期性变化的次数叫做频率，常用f表示。频率的单位是赫（Hz），也常用千赫（kHz）或兆赫（MHz）做单位。1kHz=1000Hz，1MHz=1000000Hz。交流电频率f是周期T的倒数，即
电流可以用电流表测量。测量的时候，把电流表串联在电路中，要选择电流表指针接近满偏转的量程。这样可以防止电流过大而损坏电流表。
电压：河水之所以能够流动，是因为有水位差；电荷之所以能够流动，是因为有电位差。电位差也就是电压。电压是形成电流的原因。在电路中，电压常用U表示。电压的单位是伏（V），也常用毫伏（mV）或者微伏（uV）做单位。1V=1000mV，1mV=1000uV。
f =1／T
电容： 电容是衡量导体储存电荷能力的物理量。在两个相互绝缘的导体上，加上一定的电压，它们就会储存一定的电量。其中一个导体储存着正电荷，另一个导体储存着大小相等的负电荷。加上的电压越大，储存的电量就越多。储存的电量和加上的电压是成正比的，它们的比值叫做电容。如果电压用U表示，电量用Q表示，电容用C表示，那么
电阻可以用万用表欧姆档测量。测量的时候，要选择电表指针接近偏转一半的欧姆档。如果电阻在电路中，要把电阻的一头烫开后再测量。
欧姆定律：导体中的电流I和导体两端的电压U成正比，和导体的电阻R成反比，即I=U/R
这个规律叫做欧姆定律。如果知道电压、电流、电阻三个量中的两个，就可以根据欧姆定律求出第三个量，即
相位： 相位是反映交流电任何时刻的状态的物理量。交流电的大小和方向是随时间变化的。比如正弦交流电流，它的公式是i=Isin2πft。i是交流电流的瞬时值，I是交流电流的最大值，f是交流电的频率，t是时间。随着时间的推移，交流电流可以从零变到最大值，从最大值变到零，又从零变到负的最大值，从负的最大值变到零。在三角函数中2πft相当于角度，它反映了交流电任何时刻所处的状态，是在增大还是在减小，是正的还是负的等等。因此把2πft叫做相位，或者叫做相。
电路的基本物理量
图1-9水流方向
图1-10电动势、电压说明图
电流和水流有着相似的规律，如图1-10所示，要想形成图 中电流，必须在白炽灯两端存在电位差（类似水槽的水位 差）。
A、B极板之间的电位差称为A、B两点之间的电压UAB。 电压的正方向规定为：由高电位指向低电位，即从电源的 正极指向负极。电压的方向用“＋”、“-”号来表示。
1.2.3 电流、电压的测量
1．电流的测量
测量时将表的两个接线端串联在电路中（千万不可并联在 电路上），表的“＋”端为电流的流入端；表的“－”端 为电流的流出端。根据表针所指示的刻度，读出电流的大 小。
2．电压的测量
测量时将表的两个接线端并联在被测电压的两端 ，测量时 表的“+”接线端接被测电压的正极，“-”接线端接被测电 压的负极。根据表针所指示的刻度，读出电压的大小。
体材料，由于材料的截面积不同，导体对电子流动呈现出
的“阻力”不同。导体对电流的阻碍作用称为导体的电阻，
用符号“R”来表示，其基本单位为欧姆（Ω）。较大的单 位有kΩ和MΩ。
其换算关系为1MΩ=1000kΩ、1 kΩ=1000Ω
2.导体的电阻率与温度系数 1）电阻定律
导体电阻的大小与导体的电阻率和导体长度成正比，与导 体的横截面S成反比，用公式表示为
R l
S
当温度变化时，导体的电阻率也随之变化。如果导体的电 阻率随温度的升高而升高，则为正温度系数导体；反之， 则为负温度系数导体。所有金属的电阻率都随温度的升高 而增大，因此，金属均为正温度系数导体。当温度在0～ 100 OC范围内变化时，大部分金属的电阻率与温度成如下 的线性关系：
0 (1 t)
电阻器的外形、特征及用途
电阻的标称阻值的标注方法
电路中的常见物理量
电路中的常见物理量电路就是电流的通过途径。
最基本的电路由电源、负载、连接导线和开关等组成。
电路分为外电路和内电路。
从电源一端经负载回到另一端的电路称为外电路。
电源内部的通路称为内电路。
1、电流导体中的自由电子在电场力的作用下，做有规章的定向运动，就形成了电流。
习惯上规定正电荷的移动的方向为电流的方向。
每秒中内通过导体截面的电量多少，称为电流强度。
用表示，即：式中：—电流强度，简称电流，单位为安培，A；—电量，单位为库仑，C；—时间，单位为秒，s。
2、电流密度通过导线单位截面积的电流。
3、电压、电位电位在数值上等于单位正电荷沿任意路径从该点移至无限远处的过程中电场力所做的功。
其单位为伏特，简称伏（V）。
电压就是电场中两点之间的电位差。
其表达式为：式中：—电场力所做的功，单位为焦耳，J；—电荷量，单位为库仑，C；—两点之间的电位差，即电压，单位为伏特，V。
4、电动势在电场中将单位正电荷由低电位移向高电位时外力所做的功称为电动势，其表达式为：式中：—外力所做的功，J；—电荷量，C；—电动势，V。
电动势的方向规定为由负极指向正极，由低电位指向高电位，且仅存于电源内部。
5、电阻电流在导体中流淌时所受到的阻力，称为电阻。
用R或r 示。
单位为欧姆或兆欧。
导体电阻的大小与导体的长度L成正比，与导体的截面积成反比，并与其材料的电阻率成正比，即式中：—导体的电阻率，Ω·m；—导体长度，m；—导体截面积，m2；—导体的电阻，Ω。
电工
即：
∑I =0
24
小结 二、基尔霍夫定律
(4) KVL是确定同一回路中各段电压之间的约束关系； 是确定同一回路中各段电压之间的约束关系； 是确定同一回路中各段电压之间的约束关系 (5) KVL与组成支路的元件性质及参数无关； 与组成支路的元件性质及参数无关； 与组成支路的元件性质及参数无关 (6) KVL表明 沿任一回路循行方向 ， 回路中各段电压 表明沿任一回路循行方向 表明 沿任一回路循行方向， 代数和恒等于零； 代数和恒等于零；
即 ∑U = 0
20
1.4.2 基尔霍夫电压定律(KVL) 基尔霍夫电压定律( )
c + E1 _ U1 U2 I1 R 1 + U3 _ _ U4 + a R2 I2 d + _ E2
左图中， 左图中，各电压参考方 向均已标出，沿虚线所示循 向均已标出， 行方向， 行方向，列出回路 c b d a c KVL 方程式。 方程式。 根据电压参考方向， 根据电压参考方向，回 路 c b d a c KVL 方程式， 方程式， 为 U1 – U2 + U4 – U3 = 0
b
即 ∑U = 0 上式也可改写为 即 ∑U = ∑E 或 I2 R2 – I1R1 = E2 – E1 即 ∑IR = ∑E
U4 – U3 = E2 – E1
21
KVL 推广应用于假想的闭合回路
A + E + U _ C + UA _ _ UB +
+
UAB _ B
_
R
I
根据 KVL 可列出 E − RI− U = 0 或 U = E − RI
小结 二、基尔霍夫定律
(1) KCL是确定连接在同一结点（或者封闭面）上的各 是确定连接在同一结点（或者封闭面） 是确定连接在同一结点 支路电流之间的约束关系； 支路电流之间的约束关系； (2) KCL与组成支路的元件性质及参数无关； 与组成支路的元件性质及参数无关； 与组成支路的元件性质及参数无关 (3) KCL表明在每一节点 （ 或者封闭面 ） 上电荷是守 表明在每一节点（或者封闭面） 表明在每一节点 恒的； 恒的；
电路的基本物理量
电 流 表 的 刻 度 盘
根据量程确定每个大格和每个小格(分度值)所表示 的电流值 乙 图 量程 0-3 A 0.2 安 0.02 安 1 安 每个大格 分度值 0.1 安
甲 图 量程 0-0.6 A 每个大格 分度值
• 那么电流表使用时应注意什么呢？
调 在使 零 零用 刻前 线检 处查 指 针 是 否 指
电压、电位与电动势
电路的基本物理量
------电能与电功率
在许多电气设备中，所需要的并不是电流本身，而 是伴随着电流电压的电场能量因为电能可以转化为 热、机械能、光能、化学能等。
电 能 有 什 么 用 途 ？
电能→机械能
电能→机械能
电能→机械能
电能→热能
电能→机械能
下列各图中，电能分别转化为什么形式的能？
生产化肥0.7kg
灌溉农田330m2
采煤105kg
炼钢1.6kg
机织棉布11m
2、电功率
电工技术中，单位时间内电流所作的功称为电功率。 电功率用“P ”表示： W UIt
P
t
t
UI
国际单位制：U 【V】，I【A】，电功率P用瓦特【W】 电功率反映了电路元器件能量转换的本领。如100W的电灯 表明在1秒钟内该灯可将100J的电能转换成光能和热能；电机 1000W表明它在一秒钟内可将1000J的电能转换成机械能。 用电器额定工作时的电压叫额定电压，额定电压下的电功 率称为额定功率；额定功率通常标示在电器设备的铭牌数据 上，作为用电器正常工作条件下的最高限值。 通常情况下，用电器的实际功率并不等于额定电功率。当 实际功率小于额定功率时，用电器实际功率达不到额定值， 当实际功率大于额定功率时，用电器易损坏。
B、测量通过电流大小的仪表
电路的基本物理量
C、测量电流做功多少的仪表 D、测量电能转化为多少其他 形式能的仪表
电能的转换是在电流作功的过程中进行的。因此，电 流作功所消耗电能的多少可以用电功来量度。电功：
W UIt
式中单位：U【V】；I【A】；t【s】时，电功W为焦耳【J】
日常生产和生活中，电能（或电功）也常用
度作为量纲：1度=1KW•h=1KV•A•h =3.6×106 J
1000W的电炉加热1小时； 1度电的概念 100W的电灯照明10小时；
电路的基本物理量
电路基本物理量： 电流、 电压、 电位、 电动势、 电能和电功率
一、电荷及特性
同种电荷相排斥 异种电荷相吸引
电路的基本物理量
------电流
一、电流的形成
电流概念
带电粒子或电荷在电场力作用下的定 向运动形成电流。
二、电流大小
1.电流的大小
电荷的有规则的定向运动就形成了电流。人们习惯规 定以正电荷运动的方向作为电流的实际方向。(电流动 画)
在许多电气设备中，所需要的并不是电流本身，而 是伴随着电流电压的电场能量因为电能可以转化为 热、机械能、光能、化学能等。
电
能
有
什
么 用
电能→机械能
途
？
电能→机械能
电能→机械能
电能→热能
电能→机械能
下列各图中，电能分别转化为什么形式的能？
电能→ 机械能
电能→ 热能
电能→光能、声能 电能→ 化学能 电能→机械能
量。在指定的电压参考方向下，电压值的正和负
就可以反映出电压的实际方向。
三、电压的测量
电路的基本物理量
------电动势
（1）定义：在电源内部，非静电力所做的功W与被移送的电荷q 的比值叫电源的电动势。
描述电路基本物理量
描述电路基本物理量电路基本物理量是指在电路中用来描述电流、电压、电阻等物理现象的量。
电路基本物理量的了解对于理解电路的工作原理和性能具有重要意义。
本文将从电流、电压和电阻三个方面来介绍电路的基本物理量。
一、电流是电荷在单位时间内通过导体横截面的量度，通常用字母I表示，单位是安培（A）。
在电路中，电流是指正电荷（即正电子）的流动方向，与电子的流动方向相反。
电流大小与电荷数目和流动速度有关，当电荷数目或流动速度增加时，电流也随之增大。
电流可以通过电流表进行测量，电流表的连接方式有串联和并联两种。
二、电压是电势差的量度，通常用字母U表示，单位是伏特（V）。
电压可以理解为电荷在电路中移动时所具有的能量，也可以理解为电流在电路中流动时所受到的驱动力。
电压的大小取决于电源的电动势和电路中的电阻。
在电路中，电压可以通过电压表进行测量，电压表的连接方式有串联和并联两种。
三、电阻是物质对电流流动的阻碍程度，通常用字母R表示，单位是欧姆（Ω）。
电阻是电路中的重要组成部分，它会消耗电能，产生热量。
电阻的大小取决于物质的导电性能和物体的几何形状。
在电路中，电阻可以通过电阻表进行测量，电阻表的连接方式有串联和并联两种。
在电路中，电流、电压和电阻之间存在着重要的关系。
根据欧姆定律，电流与电压成正比，与电阻成反比。
即I=U/R，其中I表示电流，U表示电压，R表示电阻。
当电压一定时，电阻越大，电流越小；当电阻一定时，电压越大，电流越大。
这个关系在电路分析和设计中具有重要的应用。
除了电流、电压和电阻外，电路中还存在其他重要的物理量，如功率、电能和电荷等。
功率是电路中能量转换的速率，通常用字母P 表示，单位是瓦特（W）。
功率可以表示为P=UI，其中P表示功率，U表示电压，I表示电流。
电能是电路中的能量，通常用字母E表示，单位是焦耳（J）。
电能的大小取决于电压和电流的大小及其作用时间。
电荷是电子的基本单位，通常用字母Q表示，单位是库仑（C）。
电路基本物理量
e=dw∕dq
6.1电动势的实际方向与电压实际方向相反，规定由负极指向正极。
四.电功率
1.电场力在单位时间内所做的功率称为电功率，简称功率。
p=dw∕dt
2.功率与电流、电压的关系
2.1.关联方向时：p=ui
2.2.非关联方向时：p=－ui
2.3.P>0时吸收功率，P<0放出功率。
3.列如，求图标各组件的功率
1．电路
1.为了某种需要而由电源、导线、开关和负载按一定方式组合起来的电流的通路称为电路。
2.电路的主要功能理。
3.电路的主要任务在于解得电流物理量，其中最基本的电路物理量就是电流、电压、功率。
二．电流
1.电荷的定向移动形成电流。
2.电流的大小用电流强度表示。
1.电路中的ab两点间的电压定义为单位正电荷，由a点移到b点电场力所作的功。
2.电路中某点的电位定义为单位正电荷，由该点移至参考点，电场力所作的功。
3.uab=ua－ub电路中ab两点间的电压等于ab两点的电位差。
4.电压的实际方向规定为电位高处指向电位低处与电流方向的处理方法类似。
4.1.可任选一方向为电压的参考方向。
4.2最后求得的电压为正值，说明电压的实际方向与参考方向一致否则说明两者相反。
5.对一个组件的电流参考方向与电压参考方向可以相互独立的任意确认，但为了方便起见，常将其取为一致称为关联方向。
6.电动势是衡量外力，即非静电力，做功能力的物理量，外力克服电场力把单位正电荷从电流的负极搬运到正极所做的功，称为电流的电动势。
3.电流强度：单位时间内通过导体裁面的电荷量
i＝aq∕at
大写I=支流电流小写i=电流的一般符号
正电荷运动方向规定位电流的实际方向。
6.1电动势的实际方向与电压实际方向相反，规定由负极指向正极。
四.电功率
1.电场力在单位时间内所做的功率称为电功率，简称功率。
p=dw∕dt
2.功率与电流、电压的关系
2.1.关联方向时：p=ui
2.2.非关联方向时：p=－ui
2.3.P>0时吸收功率，P<0放出功率。
3.列如，求图标各组件的功率
1．电路
1.为了某种需要而由电源、导线、开关和负载按一定方式组合起来的电流的通路称为电路。
2.电路的主要功能理。
3.电路的主要任务在于解得电流物理量，其中最基本的电路物理量就是电流、电压、功率。
二．电流
1.电荷的定向移动形成电流。
2.电流的大小用电流强度表示。
1.电路中的ab两点间的电压定义为单位正电荷，由a点移到b点电场力所作的功。
2.电路中某点的电位定义为单位正电荷，由该点移至参考点，电场力所作的功。
3.uab=ua－ub电路中ab两点间的电压等于ab两点的电位差。
4.电压的实际方向规定为电位高处指向电位低处与电流方向的处理方法类似。
4.1.可任选一方向为电压的参考方向。
4.2最后求得的电压为正值，说明电压的实际方向与参考方向一致否则说明两者相反。
5.对一个组件的电流参考方向与电压参考方向可以相互独立的任意确认，但为了方便起见，常将其取为一致称为关联方向。
6.电动势是衡量外力，即非静电力，做功能力的物理量，外力克服电场力把单位正电荷从电流的负极搬运到正极所做的功，称为电流的电动势。
3.电流强度：单位时间内通过导体裁面的电荷量
i＝aq∕at
大写I=支流电流小写i=电流的一般符号
正电荷运动方向规定位电流的实际方向。
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2.1 电流
电流的大小和方向都不随时间改变，称其直流电流（简写为DC 或dc），简称直流，用大写字母 I 表示。
大小和方向随时间做周期性变化且平均值为零的电流为交变电流
（简写AC或ac）, 简称交流，用小写字母 i 表示。
I
i
0
t
直流电流（DC）
0
t
交流电流（AC）
2.2 电压
电场力移动单位正电荷由电场中的a点到b点所做的功称为a、b
C
阳极
阴极
D
二极管
B
E
三极管
计算电路中各点电位时，通常选取电路的某一点作为电位的参
考点，并用“接地”符号 表示 。 一般设参考点的电位为零，
任一点的电位就等于该点与参考点之间的电压。
2.4 电位
讨论图中各点的电位大小和极性
a 6I
b
10V
4
c
a 6I
b
设 Vc 0 ，则 Va 10V 。
I 10 A 1A 6 4
R2 15V
15V
R3
15V
R3
O
（a) 原电路
（b) 简化电路
第2讲 电路的基本物理量及其单位
主讲 吴建强
2.1 电流
电路中带电粒子在电源作用下有规则的移动形成电流。
通过光热 感受
它的存在
习惯上规定正电荷的移动方向为电流的实际方向。
2.1 电流
在电路中电流用 i 表示，它与电荷[量]q、时间t 的关系为
i dq dt
电荷量的单位为库仑（C），电流单位为安培（A），规定1秒 内通过某截面的电荷量为1库仑时电流为1安培。 常用的电流单位还有千安（kA)、毫安（mA) 和微安(µA)等。
U
u
0
t
直流电压（DC）
0
t
交流电压（AC）
2.3 电动势
通常用电动势这个物理量来衡量电源对电荷做功的能力。电源的 电动势在数值上等于电源力（非电场力即局外力）把单位正电荷 从低电位端经电源内部移到高电位端所做的功，其数值大小与电 源电压相等。
2.4 电位
电位在物理学中称为电势。它是一个相对物理量，即某点电位 的大小和极性是相对于参考点而言的。
两点间的电压，用 u 表示。 ab
uab
va
vb
dw dq
电位和电压的单位为伏特（V) , w 表示能量（或电能），单位为
焦耳。当电场力把1库仑的正电荷从一点移到另一点所做的功为
1焦耳时，则该两点间的电压为1V。常用的电压单位还有千伏
（KV）、毫伏（mV）和微伏（uV）等。
2.2 电压
如果电压的大小和极性都不随时间改变，称其为直流电压(或恒 定电压），通常用字母U 表示。大小和极性作周期性变化且平均 值为零的电压称为交变电压，用小写字母 u 表示。
Vb Ubc 4 1V 4 V
Uab 6 1V 6 V,
Ubc 4V
10V
4
设 Va 0 ，则 Vc 10 V。
c
Vb Va Uab 0 6 1V 6 V
参考点选的不同，电路中各点的电位也不同，但任意两点间的电压是不变的。
2.4 电位
ห้องสมุดไป่ตู้如图（a）可以简化为图（b）
R1
R2
15V R1