电路的基本概念和基本定律
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电路的基本概念和基本定律
一、电路基本概述
1.电流流经的路径叫电路,它是为了某种需要由某些电工设备或元件按一定方式组合起来的,它的作用是A:实现电能的传输和转换;B:传递和处理信号(如扩音机、收音机、电视机)。一般电路由电源、负载和连接导线(中间环节)组成。
(1)电源是一种将其它形式的能量转换成电能或电信号的装置,如:发电机、电池和各种信号源。
(2)负载是将电能或电信号转换成其它形式的能量或信号的用电装置。如电灯、电动机、电炉等都是负载,是取用电能的设备,它们分别将电能转换为光能、机械能、热能。
(3)变压器和输电线是中间环节,是连接电源和负载的部分,它起传输和分配电能的作用。
2. 电路分为外电路和内电路。从电源一端经过负载再回到电源另一端的电路,称为外电路;电源内部的通路称为内电路。
3.电路有三种状态:通路、开路和短路。
(1)通路是连接负载的正常状态;
(2)开路是R→∝或电路中某处的连接导线断线,电路中的电流I=0,电源的开路电压等于电源电动势,电源不输出电能。例如生产现场的电流互感器二次侧开路,开路电压很高,将对工作人员和设备造成很大威胁;
(3)短路是相线与相线之间或相线与大地之间的非正常连接,短路时,外电路的电阻可视为零,电流有捷径可通,不再流过负载。因为在电流的回路中仅有很小的电源内阻,所以这时的电流很大,此电流称为短路电流。
短路也可发生在负载端或线路的任何处。
产生短路的原因往往是由于绝缘损坏或接线不慎,因此经常检查电气设备和线路的绝缘情况是一项很重要的安全措施。为了防止短路事故所引起的后果,通常在电路中接入熔断器或自动断路器,以便发生短路时,能迅速将故障电路自动切除。
4、电路中产生电流的条件:(1)电路中有电源供电;(2)电路必须是闭合回路;
5、电路的功能:(1)传递和分配电能。如电力系统,它是由发电机,升压变压器,输电线、降压变压器、供配电线路和各种高、低压电器组成。(2)传递和处理信号。如电视机,它接收到
载有声像的电磁波后,通过电路使之转变成电信号,再加到扬声器和显像管上还原成原来的声像。
二、基本定律
2.1.电路基本定律
2.1.1.欧姆定律:它是分析电路的基本定律之一。通常流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。使用于直流电路,表达式为:I=U/R.;由公式可知,当所加电压一定时,电阻愈大,则电流愈小。很显然,电阻具有对电流起阻碍作用的物理性质。
遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻,它是一个表示该段电路特性而与电压和电流无关的常数。
2.1.2.焦耳—楞次定律:
电流通过导体发热的现象。叫做电流的热效应。
实验证明:电流通过某段导体或用电器时所产生的热量与电流的平方、导体的电阻及通过的时间成正比,这一定律成为焦耳-楞次定律,其数学表达式如下:Q=I^2Rt,电流热效应有利有弊。利用这一现象制成许多电器,如电灯、电炉、电烙铁等。但热效应会使导线发热、电器设备温度升高等。
2.2基尔霍夫定律:一个电路的各部分会有电流和电压,这些电流之间、电压之间是如何相互联系,统一在电路整体之中的呢?这就是电路的基本定律——基尔霍夫定律要说明的问题。支路、节点、回路、网孔、支路电流和支路电压是电路分析的对象,电路的基本定律也用它们来表示。
2.2.1.基尔霍夫第1定律:又称节点电流定律,它指出在任一瞬间,流进某一节点的电流之和恒等于流出该节点的电流之和。即∑I进=∑I出。
2.2.2.基尔霍夫第2定律:又称回路电压定律。它指出在任意闭合回路中,各段电路电压降的代数和恒等于零。用公式表示为∑U=0.
对于不能用串联、并联简化的复杂直流电路,在分析和计算电路时,除了借助欧姆定律和电阻串、并联知识外,还要运用基尔霍夫定律。