【正文】 ?2 k ?3 V( a )ABO1 k ?2 k ?3 V( b )第 1章 電路的基本概念與基本定律 電動(dòng)勢(shì) 在圖 13所示的電路中 ， 在電場(chǎng)力的作用下 ， 正電荷不斷地從 A移動(dòng)到 B， A、 B兩極板間的電場(chǎng)逐漸減弱 ， 最后消失 ， 導(dǎo)線中的電流也逐漸減小為零 。 為了維持持續(xù)不斷的電流 ， 就必須保持 A、 B間有一定的電位差 ， 即保持一定的電場(chǎng) 。 這必然要借助于外力來(lái)克服電場(chǎng)力把正電荷不斷地從 B極板移到 A極板去 。 這種外力是非電場(chǎng)力 ， 我們稱之為電源力 ， 電源就是能產(chǎn)生這種力的裝置 。 例如 ， 在發(fā)電機(jī)中 ， 當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí) ， 磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)換為電源力； 在電池中 ， 化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電源力 。 第 1章 電路的基本概念與基本定律 電動(dòng)勢(shì)是用來(lái)衡量電源力大小的物理量。 電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于電源力把單位正電荷從電源的負(fù)極板移到正極板所做的功， 用 E表示。 電動(dòng)勢(shì)的方向是電源力克服電場(chǎng)力移動(dòng)正電荷的方向， 從低電位到高電位。 對(duì)于一個(gè)電源設(shè)備， 若其電動(dòng)勢(shì) E與其端電壓 U的參考方向相反， 如圖 17（ a）所示， 當(dāng)電源內(nèi)部沒(méi)有其他能量轉(zhuǎn)換 (如不計(jì)內(nèi)阻 )時(shí)， 根據(jù)能量守恒定律， 應(yīng)有U=E； 若參考方向相同， 如圖 17（ b）所示， 則 U=E。 本書(shū)在以后論及電源時(shí)， 一般用其端電壓 U來(lái)表示。 第 1章 電路的基本概念與基本定律 圖 17 電源的電動(dòng)勢(shì) E與端電壓 U (a) E與 U反向； (b) E與 U同向 電源 UE( a )電源 UE( b )第 1章 電路的基本概念與基本定律 電能和電功率 在圖 18所示的直流電路中 ， a、 b兩點(diǎn)間的電壓為U, 在時(shí)間 t內(nèi)電荷 Q受電場(chǎng)力作用 ， 從 a點(diǎn)移動(dòng)到 b點(diǎn) ， 電場(chǎng)力所做的功為 W=UQ=UIt (16) 若負(fù)載為電阻元件 ， 則在時(shí)間 t內(nèi)所消耗的電能為 tRURtIU I tW22 ???(17) 第 1章 電路的基本概念與基本定律 圖 18 電路的功率 負(fù)載＋－E UIab第 1章 電路的基本概念與基本定律 單位時(shí)間內(nèi)消耗的電能稱為電功率 （ 簡(jiǎn)稱功率 ） ， 即 RURIUItWP 22 ???? （ 18） 在我國(guó)法定計(jì)量單位中 ， 能量的單位是焦耳 ， 簡(jiǎn) 稱焦 （ J） ； 功率的單位是瓦特 ， 簡(jiǎn)稱瓦 （ W） 。 第 1章 電路的基本概念與基本定律 電場(chǎng)力做功所消耗的電能是由電源提供的 。 在時(shí)間 t內(nèi) ， 電源力將電荷 Q從電源負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移到電源正極所做的功及功率為 WE=EQ=EIt (19) PE=EI (110) 根據(jù)能量守恒的觀點(diǎn) ， 在忽略電源內(nèi)部能量損耗的條件下有 W=WE 第 1章 電路的基本概念與基本定律 一段電路， 在 u和 i取關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)， 若 P＞ 0， 說(shuō)明這段電路上電壓和電流的實(shí)際方向是一致的， 電路吸收了功率， 是負(fù)載性質(zhì)； 若 P＜ 0， 則這段電路上電壓和電流的實(shí)際方向不一致， 電路發(fā)出功率， 是電源性質(zhì)。 第 1章 電路的基本概念與基本定律 電路的三種狀態(tài) 電源與負(fù)載相連接 ， 根據(jù)所接負(fù)載的情況 ， 電路有三種工作狀態(tài)： 空載 、 短路 、 有載 。 現(xiàn)以圖 19所示簡(jiǎn)單直流電路為例來(lái)分析電路的各種狀態(tài) ， 圖中電動(dòng)勢(shì) E和內(nèi)阻 R0串聯(lián) ， 組成電壓源 ， U1是電源端電壓 ， U2是負(fù)載端電壓 ， RL是負(fù)載等效電阻 。 第 1章 電路的基本概念與基本定律 圖 19 簡(jiǎn)單直流電路 ＋－ER0RLSU1U2第 1章 電路的基本概念與基本定律 空載狀態(tài) 空載狀態(tài)又稱斷路或開(kāi)路狀態(tài) ， 如圖 19所示 ， 當(dāng)開(kāi)關(guān) S斷開(kāi)或連接導(dǎo)線折斷時(shí) ， 電路就處于空載狀態(tài) ， 此時(shí)電源和負(fù)載未構(gòu)成通路 ， 外電路所呈現(xiàn)的電阻可視為無(wú)窮大 ， 電路具有下列特征： （ 1） 電路中電流為零， 即 I=0。 （ 2） 電源的端電壓等于電源的電動(dòng)勢(shì) ， 即 U1=ER0I=E 第 1章 電路的基本概念與基本定律 此電壓稱為空載電壓或開(kāi)路電壓 ， 用 U0表示 。 因此 ， 要想測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì) ， 只要用電壓表測(cè)量電路的開(kāi)路電壓即可 。 （ 3） 電源的輸出功率 P1和負(fù)載所吸收的功率 P2均為零 ， 即 P1=U1I=0， P2=U2I=0 第 1章 電路的基本概念與基本定律 短路狀態(tài) 在圖 19所示電路中 ， 當(dāng)電源兩端的導(dǎo)線由于某種事故而直接相連時(shí) ， 電源輸出的電流不經(jīng)過(guò)負(fù)載 ， 只經(jīng)連接導(dǎo)線直接流回電源 ， 這種狀態(tài)稱為短路狀態(tài) ， 簡(jiǎn)稱短路 。 短路時(shí)外電路所呈現(xiàn)的電阻可視為零 ， 電路具有下列特征： 0REIa ? (111) 此電流稱為短路電流 。 在一般供電系統(tǒng)中 ， 電源的內(nèi)電阻很小 ， 故短路電流很大 。 但對(duì)外電路無(wú)輸出電流 ， 即 I=0。 第 1章 電路的基本概念與基本定律 (2) 電源和負(fù)載的端電壓均為零， 即 U1=ER0Is=0 U2=0 E=R0Is 上式表明電源的電動(dòng)勢(shì)全部落在電源的內(nèi)阻上 ， 因而無(wú)輸出電壓 。 第 1章 電路的基本概念與基本定律 (3) 電源的輸出功率 P1和負(fù)載所吸收的功率 P2均為零 ， 這時(shí)電源電動(dòng)勢(shì)發(fā)出的功率全部消耗在內(nèi)電阻上 ， 即 P1=U1I, P2=U2I 0202RIREEIP ssE ???(112) 第 1章 電路的基本概念與基本定律 由于電源電動(dòng)勢(shì)發(fā)出的功率全部消耗在內(nèi)電阻上 ， 因而會(huì)使電源發(fā)熱以至損壞 。 所以在實(shí)際工作中 ， 應(yīng)經(jīng)常檢查電氣設(shè)備和線路的絕緣情況 ， 以防電壓源被短路的事故發(fā)生 。 此外 ， 通常還在電路中接入熔斷器等保護(hù)裝置 ， 以便在發(fā)生短路時(shí)能迅速切除故障 ， 達(dá)到保護(hù)電源及電路器件的目的 。 第 1章 電路的基本概念與基本定律 有載工作狀態(tài) 當(dāng)開(kāi)關(guān) S閉合時(shí) , 電路中有電流流過(guò) ， 電源輸出功率 ， 負(fù)載取用功率 ， 這稱為有載工作狀態(tài) 。 此時(shí)電路有下列特征： （ 1） 電路中的電流為 LRREI?? 0 (113) 當(dāng) E和 R0一定時(shí) ， 電流由負(fù)載電阻 RL的大小決定 。 第 1章 電路的基本概念與基本定律 （ 2） 電源的端電壓為 U1=ER0I (114) 電源的端電壓總是小于電源的電動(dòng)勢(shì) ， 這是因?yàn)殡娫吹碾妱?dòng)勢(shì) E減去內(nèi)阻壓降 R0I后才是電源的輸出電壓 U1。 若忽略線路上的壓降 ， 則負(fù)載的端電壓等于電源的端電壓 ， 即 U1=U2 第 1章 電路的基本概念與基本定律 （ 3） 電源的輸出功率為 P1=U1I=（ ER0I） I=EIR0I2 (115) 上式表明 ， 電源電動(dòng)勢(shì)發(fā)出的功率 EI減去內(nèi)阻上消耗的功率 R0I2才是供給外電路的功率 。 若忽略連接導(dǎo)線上的電阻所消耗的功率 ， 則負(fù)載所吸收的功率為 P2=U2I=U1I=P1 第 1章 電路的基本概念與基本定律 電源內(nèi)阻及負(fù)載電阻上所消耗的電能轉(zhuǎn)換成熱能散發(fā)出來(lái) ， 使電源設(shè)備和各種用電設(shè)備的溫度升高 。 電流越大 ， 溫度越高 。 當(dāng)電流過(guò)大時(shí) ， 設(shè)備的絕緣材料會(huì)因過(guò)熱而加速老化 ， 縮短使用壽命 ， 甚至損壞 。 另外 ， 當(dāng)電壓過(guò)高時(shí) ， 也可能使設(shè)備的絕緣被擊穿而損壞 。 反之 ， 電壓過(guò)低將使設(shè)備不能正常工作 ， 如電動(dòng)機(jī)不能起動(dòng) ， 電燈亮度低等 。 第 1章 電路的基本概念與基本定律 為了保證電氣設(shè)備和器件能安全 、 可靠 、 經(jīng)濟(jì)地工作 ， 制造商規(guī)定了每種設(shè)備和器件在工作時(shí)所允許的最大電流 、 最高電壓和最大功率 ， 這稱為電氣設(shè)備和器件的額定值 ， 常用下標(biāo)符號(hào) “ N”表示 ， 如額定電流 IN、 額定電壓 UN和額定功率 PN。 這些額定值常標(biāo)記在設(shè)備的銘牌上 ， 故又稱為銘牌值 。 第 1章 電路的基本概念與基本定律 電氣設(shè)備應(yīng)盡量工作在額定狀態(tài) ， 這種狀態(tài)又稱為滿載狀態(tài) 。 電流和功率低于額定值的工作狀態(tài)叫輕載； 高于額定值的工作狀態(tài)叫過(guò)載 。 在一般情況下 ， 設(shè)備不應(yīng)過(guò)載運(yùn)行 。 在電路設(shè)備中常裝設(shè)自動(dòng)開(kāi)關(guān) 、 熱繼電器等 ， 用來(lái)在過(guò)載時(shí)自動(dòng)切斷電源 ， 確保設(shè)備安全 。 第 1章 電路的基本概念與基本定律 圖 110 例