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第1节 电路和电路模型案例1．１手电筒电路是大家所熟悉的一种用来照明的最简单的用电器具，如图1.1所示。它由四部分组成：(1)干电池，它将化学能转换为电能；(2)小电珠，它将电能转换为光能；(3)开关，通过它的闭合与断开，能够控制小电珠的发光情况；(4)金属容器、卷线连接器，它相当于传输电能的金属导线，提供了手电筒中其它元件之间的连接。1．1．1电路电路是由若干电气设备或元器件按一定方式用导线联接而成的电流通路。通常由电源、负载及中间环节等三部分组成。电源是将其它形式的能量转换为电能的装置，如发电机、干电池、蓄电池等。负载是取用电能的装置，通常也称为用电器，如白炽灯、电炉、电视机、电动机等。中间环节是传输、控制电能的装置，如连接导线、变压器、开关、保护电器等。实际电路的结构形式多种多样，但就其功能而言，可以划分为电力电路（强电电路）、电子电路（弱电电路）两大类。电力电路主要是实现电能的传输和转换。电子电路主要是实现信号的传递和处理。1．1．2电路模型1．电路模型由电路元件构成的电路，称为电路模型。电路元件一般用理想电路元件代替，并用国标规定的图形符号及文字符号表示。今后本书中未加特殊说明时，我们所研究的电路均为电路模型。图1．1所示的手电筒电路，其电路模型如图1．2所示。2．电路元件实际电路中的元器件品种繁多，有的元器件主要是消耗电能，如各种电阻器、电灯、电烙铁等；有的元器件主要是储存磁场能量，如各种电感线圈；有的元器件主要是储存电场能量，如各种类型电容器；有的元器件主要是提供电能，如电池、发电机等。对某一个元器件而言，其电磁性能却并不是单一的。例如，实验室用的滑线电阻器，它由导线绕制而成，主要具有消耗电能的性质，即具有电阻的性质；其次由于电压和电流会产生电场和磁场，它又具有储存电场能量和磁场能量的性质，即具有电容和电感的性质。上述性质总是交织在一起的，当电压、电流的性质不同时，其表现程度也不一样。为了便于对电路进行分析和计算，将实际元器件近似化、理想化，使每一种元器件只集中表现一种主要的电或磁的性能，这种理想化元器件就是实际元器件的模型。理想化元器件简称电路元件。实际元器件可用一种或几种电路元件的组合来近似地表示。例如，上面提到的滑线电阻器可用电阻元件来表示；若考虑磁场的作用，则可用电阻元件和电感元件的组合来表示。同时，对电磁性能相近的元器件，也可用同一种电路元件近似地表示。例如，各种电阻器、电灯、电烙铁、电熨斗等，都可用电阻元件来近似表示。第2节 电路的基本物理量及相互关系　　电路的功能，无论是能量的输送和分配，还是信号的传输和处理，都要通过电压、电流和电功率来实现。因此，在电路分析中，人们所关心的物理量是电流、电压和电功率，在分析和计算电路之前，首先要建立并深刻理解这些物理量及其相互关系的基本概念。　　1. 电流　　(1)电流的大小 电荷的有规则的定向运动就形成了电流。长期以来，人们习惯规定以正电荷运动的方向作为电流的实际方向。　　电流的大小用电流强度(简称电流)来表示。电流强度在数值上等于单位时间内通过导线某一截面的电荷量，用符号i表示。则：　　(1.1)　　式中dQ为时间dt内通过导线某一截面的电荷量。　　大小和方向都不随时间变化的电流称为恒定电流，简称直流电流，采用大写字母I表示，则　　式中q为时间t内通过导线某一截面的电荷量。　　电流的单位是安培(简称安)，用符号A表示;电荷量的单位为库仑(简称库)，用符号C表示;时间的单位为秒，用符号s表示。当电流很小时，常用单位为毫安(mA)或微安(?);当电流很大时，常用单位为千安(kA)。它们之间的换算关系为：　　1A=1000mA　　1A=1000000 A　　1kA=1000A　　(2)电流的实际方向与参考方向 电流不但有大小，而且还有方向。在简单电路中，如图1.3所示，可以直接判断电流的方向。即在电源内部电流由负极流向正极，而在电源外部电流则由正极流向负极，以形成一闭合回路。但在较为复杂的电路中，如图1.4所示的桥式电路中，电阻R5的电流实际方向有时难以判定。　　由此可见，在分析、计算电路时，电流的实际方向很难预先判断出来，交流电路中的电流实际方向还在不断地随时间而改变，很难也没有必要在电路图中标示其实际方向。为了分析、计算的需要，引入了电流的参考方向。　　在电路分析中，任意选定一个方向作为电流的方向，这个方向就称为电流的参考方向(如图1.4中用实线表示的I5)，有时又称为电流的正方向，当然，所选定的参考方向并不一定就是电流的实际方向。当电流的参考方向与实际方向相同时，电流为正值。反之，若电流的参考方向与实际方向相反，则电流为负值。这样，电流的值就有正有负，它是一个代数量，其正负可以反映电流的实际方向与参考方向的关系。因此电流的正、负，只有在选定了参考方向以后才有意