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第1章 直流电阻电路
【学习要点】:本章主要介绍电学中的一些基本概念、基本定律、直流电阻电路的分析计算方法。这些内容也是本书涉及到的最基础的电学知识。为了使读者对抽象的概念、定律有更加感性的认识,本章列举了一些与日常生活息息相关的实例,力求做到使概念、定律、计算融为一体。学习本章时,应注意把基本概念、基本定律与实际应用联系起来。
1.1 电路
1.2 直流电阻电路
1.1 电路
一. 电路与电路图
电路的组成
电路有三种基本状态:
(1)通路;
(2)开路;
(3)短路。
2. 电路图
常用电路符号
二. 电路中的基本物理量
1.电流
电荷的定向移动形成电流,并且规定正电荷移动方向为电流方向。电流强度为:
常用的电流强度的单位和它们之间的换算关系如下:
1 A =103mA(毫安) 1mA = 103μA(微安)
电流根据其大小、方向随时间变化情况的不同,可以分为以下几种:
(1)直流电流;
(2)稳恒电流;
(3)脉动直流电流;
(4)交流电流。
2. 电阻
电流流过导体时会受到阻碍作用,这种阻碍作用用电阻来表示。电阻的单位为欧姆(Ω),常用的单位如下:
1kΩ = 103Ω 1MΩ = 103kΩ = 106Ω
在温度不变时,横截面积均匀的导体的电阻与导体的长度成正比,与导体的横截面积成反比,并与导体材料的电阻率有关:
电阻率是衡量材料导电能力的物理量。电阻率越大的材料,其导电能力越弱;电阻率越小的材料,其导电能力越强。
3.电压和电位
用Vab表示a、b两点之间的电压,Va、Vb分别表示a、b两点的电位,则a、b两点之间的电压为:
在分析计算电路中各点的电位时,一般先选择电路中某一点作为参考点,并规定参考点电位为0V,然后其它各点的电位在数值上就等于该点和参考点之间的电压。
用电流的方向来判定电路中各点电位的高低。
4. 电源与电动势
电源为整个电路提供电能。电源有正极和负极两个端子,电位高的一端为正极,电位低的一端为负极。
电动势的单位和电压的单位一样,也是伏特(V),它的方向规定为从电源的负极经内部指向正极。
三. 欧姆定律
1. 部分欧姆定律
它的表达式为:
2. 全电路欧姆定律
它的表达式为:
3. 路端电压及电源外特性
路端电压与电源输出电流之间的关系,也称为电源的外特性:随着电源输出电流增大,加在外电路电阻两端的路端电压会降低。
四.电功和电功率
电流流过负载时要作功,称为电功,它等于负载在工作时消耗的电能。电功与电压、电流强度、通电时间之间的关系为:
在实际生产生活中,常用的电功、电能的单位是“度”。
1度 = 1千瓦时 = 1kW×1h = 1000 W×3600 s= 3.6×106 J
电功率是衡量在单位时间里,电流所作电功多少的物理量:
或 (纯电阻电路)
五. 电阻消耗的能量
电流流过电阻时所作的电功,都转化成了热量,这种现象称为电流的热效应。焦耳定律的表达式为:
六 全电路中负载获得最大功率的条件
只有当R = ro时,电源输出功率为最大值,即负载获得的功率最大,且最大值为:
1.2 直流电阻电路
直流电阻电路按复杂程度不同,可以分为简单直流电阻电路和复杂直流电阻电路。简单直流电阻电路又可以分为电阻串联电路和电阻并联电路。
一.电阻串联电路
电阻串联电路有如下一些特点:
(1)电路的总电流等于流过各电阻的电流。
(2)电路的总电压等于各电阻两端电压之和。
(3)电路的总等效电阻等于各电阻之和。
(4)电路中各电阻两端的电压与电阻的阻值成正比,即阻值大的电阻,其两端的电压也大,阻值小的电阻,其两端的电压也小,这种关系称为分压关系。
(5)电路中各电阻消耗的功率与电阻的阻值成正比。这表明阻值大的电阻消耗的功率多,阻值小的电阻消耗的功率少。
(6)电路中消耗的总功率等于各电阻消耗的功率之和。
二. 电阻并联电路
电阻并联电路有如下特点:
(1)电路的总电流等于流过各电阻的分电流之和。
(2)电路的总电压等于各电阻两端的电压。
(3)电路总电阻的倒数等于各电阻倒数之和。
(4) 电路中流过各电阻的电流与电阻的阻值成反比,
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