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第一篇 电气工程基础篇 · 0 · 第一章 电气工程基础理论 第一节 电路及其基本定律 一、电路的内涵 （一）电路的物理量 !” 电流 当我们合上电源开关的时候，电灯就会发光，电炉就会发热，电动机就会转动，这是因为在电 路中有电流通过的缘故。电流虽然用肉眼看不见，但是可以通过它的各种表现而被人们所觉察。 那么什么叫做电流呢？电流是电荷（带电粒子）有规则的定向运动而形成的。如图 !# ! 所示，若将电源 开关闭合，灯泡就会发光，从灯泡闪光的一瞬间开始，就发生了电荷向一定方向的移动。 简单电路 （!）电流的大小和单位：表征电流强弱的物理量叫做电流强度，简称电流，用字母“!”或“””表示。 电流在数值上等于单位时间内通过某一导体横截面的电荷量，即 ” $ %&’%( 如果电流不随时间而变化，即 %&’%($ 常数，则这种电流称为恒定电流，简称直流，常用大写字母 ! 表示。 即 ! $ #$ % 式中 # 是在时间% 内通过导体横截面& 的电荷量。 在国际单位制（)*）中，电流的单位名称是安培，简称安，用符号 + 表示。并规定每秒钟通过导线截面的 电量为 ! 库时的电流为 ! 安。电流的单位也可用千安（,+）、毫安（-+）、微安（!+）或纳安（.+）表示，它们之间 的换算关系是： 电流的方向：实际上，导体中的电流是由负电荷在导体中流动形成的，而我们习惯上规定正电荷运动 的方向或负电荷运动的相反方向作为电流的方向（实际方向）。 电流的实际方向是一定的，但在实际电路中，电流的实际方向，往往难以确定。为此，在分析与计算电路 时，常可任意选定某一方向作为电流的正方向或称为参考方向。所选电流的正方向并不一定与电流的实际方 向一致。当电流的实际方向与其正方向一致时，则电流为正值（图!%)*）；反之，电流为负值（图!%)+）。因此， 在正方向选定之后，电流之值才有正负之分，显然，在未标定正方向的情况下，电流的正或负是毫无意义的。 图 !%) 电流的方向 综上所述，导体中的电流不仅具有大小，而且具有方向性。 大小和方向都不随时间而变化的电流为恒定直流，简称直流，如图 ! %&*所示。 方向始终不变，大小随时间而变化的电流称为脉动直流电流，如图 ! %&+所示。 大小和方向均随时间变化的电流称为交流电流，通常其大小和方向 随时间作周期性变化，且平均值为零的交流电，简称交流。 工业上普遍应用的交流电流是按正弦函数规律变化的，称为正弦交 流电流，如图 !%&,所示。图 !%&-所表示的电流，是非正弦交流电流。 ). 电压（电位差）与电位 电路中负载与电源接通后就会有电流通 过。电灯发光，是因为电源正负极之间存在电压。电压是电场中两点间 的电位差，是变量电场力做功本领的物理量，是产生电流的能力，如图所示，在导体内部，单位 正电荷自 * 点移动到 + 点，电场力所作的功 定义为 两点间的电压。用 !*+表示。即 式中电场力所做的功，单位为焦（0）；被移动正电荷的电量，单位为库（1）。 电压有时也叫电位差。电位是电场中某点与零电位之间的电位差， 其数值与零电位点的选择有关。供电线路中，通常选择大地的电位为零 电位；但在电路中通常以电源的负极作为参考点（零电位）。 若!*、!+ 分别表示 *点、+点电位（且 * 点电位高于 + 点电位），若用 电位来表示 *、+两点间的电压，则在电路中，习惯上将正电荷受电场力方向即电位降方向，定为电压 图电流的种类 方向。当正电荷顺电场方向由 *点移向 +点，电场力作正功，即 * 点电位高于 +点电位，反之相反。 电流总是从高电位向低电位流动，就像水从高处流向低处一样，电位差愈大即电压愈高，产生的电流就 愈大。 第一篇 电气工程基础篇 · / · 电压通常用 ! 表示，在国际单位制中，电压的基本单位名称是伏特，简称 伏，用字母 &表示。电压的单位也可用千伏（’&）、毫伏（(&）和微伏（!&）表示，它 们之间的换算关系是：电动势 在电路中，电源是维持流过持续的电流，设法不断地向电路补 图!”# $、%两点间的电压 充能量的装置。电源的正、负极之间存在电位差，这是因为电源产生电源力克服 电场力所做功的缘故。不同的电源产生电源力的方向不同。例如：蓄电瓶靠内部的电极与电解液之间的化 学反应产生电源力；发电机靠磁场中电磁感应的作用产生电源力。它们分别依靠化学能和机械能将正电荷 从低电位（负极）移到高电位（正极）。我们用电动势这个物理量衡量电源力对电荷做功的能力。 在电源内部，电源力把单位正电荷从电源负极（低电位），移到正极（高电位）所做的功叫做电源的电动 势，用符号 ” 表示，单位为伏（&）。即 # ” ) $ 式中 #———电源力做的功，单位为焦（-）； $———被移动电量，单位为库（.）。 在国际单位制中，电动势和电压的单位名称一样，都采用伏特，简称伏（&）。 电源电压与电源电动势在概念上不能混淆。电压指两个电极之间的电位差，它表示电能输出做功的能 力；电动势是指电源内部建立电位差的本领，它表明电源依靠化学能或机械能产生电压的能力。 如图 !”/ 所示，电源电压 !$%，也就是 $、%两点间的电压，是单位正电荷从 $ 点（高电位）经导线和负载 移到 %点（低电位）所失去的电能。电源电动势 ” 是在电源内部电源力克服电场力，将单位正电荷从 %点（低 电位）移到 $点（高电位）所得到的电能。 通常习惯上，将正电荷所受电源力的方向定为电动势正方向，因此，电动势的正方向是从电源负极到正 极的方向，即电位升的方向；电压的正方向是正极到负极的方向，即电位降的方向。因此，电动势的正方向与 电压的正方向相反，如图 !”/ 所示。 在电路中，电动势的符号如图!”0 所示。图!”0$为电池的表示符号，图!”0%为直流发电机的表示符 号。电动势和电压的方向如图所示。
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