1.电路基础知识

1.电路基础知识

电路就是电流通过的路径。电路可分为直流电路和交流电路。

(1)直流电路 大小和方向与时间无关且保持恒定的电动势、电压及电流称为直流电。在直流电作用下的电路称为直流电路。

(2)交流电路 大小和方向随时间作周期性变化的电动势、电压及电流称为交流电。在交流电作用下的电路称为交流电路。在实际生产和生活中,交流电得到广泛应用。这是因为交流电有一系列的好处,如电路计算简便,便于远距离输电,发电设备和用电设备构造简单、性能良好等。交流电分单相交流电和三相交流电。

目前电能的产生、输送和分配,绝大多数都是采用三相制。在用电设备方面,三相交流电动机最为普遍。此外,需要大功率直流电的厂矿企业,大多数也采用三相整流。三相交流电得到广泛应用的原因为:

1)三相发电机的铁心和电枢磁场能得到充分利用,与同功率的单相发电机比较,具有体积小、节约原材料的优点。

2)三相输电比较经济,如果在相同的距离内以相同的电压输送相同的功率,三相输电线路比单相输电线路所用的材料少。

3)三相交流电动机具有结构简单、性能良好、工作可靠、价格低廉等优点。

4)三相交流电经整流以后,其输出波形较为平直,比较接近于理想的直流电。

(3)电路的基本组成 最基本的电路由电源、导线、负载和控制器组成。

1)电源。把化学能或机械能等其他形态的能量转换为电能的设备叫电源,如干电池、蓄电池等。电源内部的分离电荷,使其两端分别聚集正电荷和负电荷,保持电位差,不断向外供电的能力叫电动势,用字母E表示,单位是伏特(V),它总是针对电源的内部而言。规定电流流出的一端为正极,流入的一端为负极,E的方向规定为在电源内部从负极指向正极。

2)负载。将电能转换为其他形式能量的装置,如电灯、电动机等。

3)控制器。控制器在电路中起开断的控制作用。

4)导线。导线把电流输送给负载。

电源的内部电路叫内电路,外部电路叫外电路。一般电路可能具有通路、断路和短路三种工作状态。短路是由于某种原因使电源的正、负极直接接通的情况,可能会引起火灾、烧毁电气设备、人员触电等事故,通常在电路中需串联熔断器作为保护装置。

(4)电路中的基本物理量

1)电荷。指组成物质的带电粒子,它分为正、负电荷两种。同性电荷相斥,异性电荷相吸。带有电荷的物体称为带电体。

导体中电荷的定向移动形成电流,通常用I表示。规定正电荷的移动方向为电流方向。电流的强弱以单位时间内通过导体横截面的电量(电荷的数量)来计算,其单位为安培(A)。

2)电压。任何两个带电体之间(或电场中某两点之间)具有的电位差,就叫该两带电体(或电场中某两点)之间的电压。电位差越大,电压越高。

电压用字母U表示,它的单位是伏特(V)、千伏(kV)、毫伏(mV)等,电压的方向由高电位指向低电位,或说从正极(+极)指向负极(-极)。

电场当一个物体带有电荷时,它就具有一定的电位,通常把大地的电位当作零电位。

3)电功。电流所做的功叫电功,用W表示。电流通过负载时,负载把电能转变为光能、热能和机械能等。电能的单位是焦耳(J)、千瓦·小时(kW·h)等,千瓦·小时也称度,1kW·h=3.6MJ。

电能的计算公式为

WUIt式中,W为电功,单位为焦(J);U为电压,单位为伏特(V);I为电流,单位为安培(A);t为时间,单位为小时(h)。

电流在单位时间内对负载做的功称为电功率,用P表示。电功率的单位是瓦特(W)、千瓦(kW)、毫瓦(mW)等。

电功率的计算公式为

PUI

(5)电路中的基本元件

1)电阻。电流在物体中流动时遇到的阻力称电阻。常用R表示,它的单位是欧姆(Ω)、千欧(kΩ)、兆欧(MΩ)等。

2)电容。电容是储存电场能量的元件,用字母C表示。

3)电感。电感是储存磁场能量的元件,用字母L表示。

4)导体。能很好地传导电流的物体叫导体,例如铜、铝、铁等一般金属,此外溶有盐类的水也可以导电。导体的电阻大小与其长度成正比,与其横截面积成反比,并与导体材料的导电性能有关。

5)绝缘体。基本上不能传导电流的物体为绝缘体,常见的有橡胶、陶瓷、玻璃、棉纱、塑料及干燥的木材、空气等。

6)半导体。半导体的特性介于导体和绝缘体之间,常见的有硅、锗、氧化铜等。