1、电路及其基本物理量

本节目录：

一、电路和电路图

        1、电路

        2、电路图

        3、串联电路和并联电路

二、电路的基本物理量

        1、电流

        2、电压

        3、电位

        4、电动势

        5、电功和电功率

三、电路的三种状态

一、电路和电路图

1、电路

电路就是电的流通路径，通常由电源、负载、连接导线和控制器组成。如下图所示：

2、电路图

在实际工作中，为了便于分析，通常将电路的实际元件用图形符号表示在电路中，称为：电路图。 

思考：判断下面两图哪个是电路图？

     

                  图1                                             图2

分析：电路图中，用图形符号表示电路中的实际元件，因此，图2是电路图；图1不是标准的电路图，或者只能说是实物图。

3、串联电路和并联电路

比较简单，不再做详细分析和记录。总结如下：

（1）如果要使几个电器总是同时工作（只要有一个开路，其他的就停止工作），可以把它们串联在电路中；

（2）如果要求几个电器可以分别控制，就应该把它们并联在电路中，并且分别装上开关。

几个常用的电路元件符号，记录如下图所示：

 特别要注意交叉不相连的导线和交叉相连的导线的区别，交叉相连的导线在交叉点处是有实心小圆点的；而交叉不相连的导线再交叉点处没有实心小圆点。

二、电路的基本物理量

1、电流

电流是由电荷的移动形成的，在一定时间内，通过导体某一横截面的电荷越多即电量越多，电流就越大。注意：此处的通过导体某一横截面，并不一定是朝着某一特定的方向通过，也可能是随时间不断变换方向、来回通过。

电流的大小用电流强度来表示，电流强度=1秒内通过导体横截面的电量。注意：此处也没说明是朝着特定的方向通过。

I = q / t

I	电流，单位：安（A）
q	通过导体横截面的电量，单位：库（C）
t	通电时间，单位：秒（s）

1A = 1000mA    1mA = 1000uA

电流的方向：

电流既有大小，又有方向，习惯规定正电荷运动的方向为电流的实际方向。电路总电流数值的正与负与参考方向密切相关。

参考方向是计算复杂电路时任意假定的电流或电压方向，不一定是它们的实际方向。

引入参考方向这个概念的目的在于，可以用代数量来说明电流的大小和方向，代数量的绝对值表示电流的大小，正式或负值可以判断它们的实际方向。

注意点：

（1）参考方向一经选定，在电路计算中就要以此为标准，不能随意变动。

（2）在不注明参考方向时，电流的正负值没有意义。

（3）对同一电流，若参考方向选择不同，则电流的计算结果应差一个负号。

电流的分类：

直流	大小和方向不随时间变化的恒定电流
交流	大小和方向均随时间变换的电流

思考：大小随时间改变，但方向不变的电流是否是交流呢？

分析：目前笔者也无法给出答案，但这种情况可以这么理解，即一个大小和方向都随时间变化的交流电流又同时叠加了一个直流电流的结果。如下图所示：

 几种常见的交流电流：

   

 2、电压

电压的定义：

从电场力做工概念定义，电压就是将单位正电荷从电路中的一点移动至电路中的另一点电场力做工的大小。如下图所示：

   

a、b两点间的电压U(ab) 在数值上=把单位正电荷从a点移动到b点时，电场力所做的功，用公式表示为：U(ab) = W / q

问题：上图中，如何理解正电荷从a点移动到b点？是不是从a点开始，经过导线、灯泡，最后移动到b点？

分析：也许很多人都有这样的疑惑，我也曾疑惑过，但书本上又没有把电荷的这种移动过程讲清楚，于是才有了上面的问题。我们可以这样分析：假设如问题中所描述那样，电荷从a点开始，经过导线、灯泡，最后移动到b点才算是从a点移动到b点，那么，我们可以把导线无线延长或缩短（导线各处电阻均匀），很显然，对应不同的导线长度，电荷从a点移动到b点这个过程中，导线的产热是不同的，即电荷的做功是不同的，这就导致U（ab）是不确定的，这显然是荒谬的。于是，我们不能按上面问题中所描述的那样理解。

我们不妨这样理解：回路在建立的瞬间，整个回路中便瞬间建立起了电场，正电荷只要从a点稍有移动，那么对应的，就会有电荷从导体中移动到b点，整个过程在电场的环境中是连续的，就像水流的连续性一样，在一端加压，则另一端瞬间就会有等量的水流出。

对于这个问题，读者朋友会有什么想法呢？

电压的方向：

电压不但有大小，而且还有方向，电压的实际方向规定由实际高电位指向实际低电位。在不知道电压实际方向时，可以先假定一个参考方向。

在电路中，一般用+号和-号标出电压的参考方向，由高电位指向低电位的方向为电压的参考方向。如上图（a）中，电压参考方向为从a到b；上图（b）中，电压参考方向为从b到a。

表示方法：

图（a）	U(ab)
图（b）	U(ba)

 电压的分类：

直流电压	大小和方向均不随时间变化
变动电压	大小和方向均随时间变化

周期性变化且平均值为0的变动电压称为交流电压。如下图所示的正弦交流电压：

 此时，我想起了上边电流部分记录的一个问题：大小随时间改变，但方向不变的电流是否是交流呢？我们参考“变动电压”的定义，把这种电流称为“变动电流”应该也不为过。由于电流部分举的交流电流的例子也都是周期性变化且电流的平均值为0，因此，我们暂且认为，交流电流就是周期性变化且电流的平均值为0的电流。

3、电位

在电路中任选一参考点，计算或测量其他各点对参考点的电压降，所得的结果就是该点的电位。

（1）电位是相对物理量，如果不确定参考点，则讨论电位的高低是无意义的。

（2）在同一电路中，参考点不同时，各电位值是不同的（需重新看待）。

（3）在同一电路中，参考点确定后，电路中各点电位有唯一确定的数值。

（4）常选大地或设备机壳作为参考点。

（5）电位的单位和电压单位相同。

4、电动势

是表征电源非静电力做功大小的物理量。电动势这个概念没理解透彻，暂且记录以下关键点：

（1）电源电动势是电源中非静电力做功能力大小的标志，在数值上=电源内部非静电力移送电位正电荷从负极到正极所做的功。（这是电源放电的过程）

（2）电源电动势的大小只取决于电源本身的结构和所处状态，和外电路无关。

（3）单位与电压单位相同。

（4）电动势是电源特有的物理量，其值始终是正的。

（5）电动势的方向是从电源的负极指向正极。

用下图来简单的对比一下电动势和电压的概念吧：

 

5、电功和电功率

电功：W = UIt       电功率：P = W / t

生活中常用“度”作为电功的单位，即千瓦时，符号是kW·h

额定值：

制造厂对产品使用参数的规定。

额定值一般用带下标N的的符号表示

U(n)	额定电压
I(n)	额定电流
P(n)	额定功率

三、电路的三种状态

通路（闭路）、断路（开路）、短路（捷路）