电工基础知识第一课：基本物理量

一、电场、电位及电压

1.电场：当两个带电物体相互靠近时，同性带电相互排斥，异性带电相互吸引。说明带电物体周围的空间存在一种特殊物质，相互作用力就是靠这种特殊物质来传递的，我们把它称为电场。电荷的多少和位置都不变化，则电场也不变化，这种电场称为静电场。

2.电位：一个物体带有电荷时，这物体就具有一定的电位能，我们把这电位能叫作电位。参考点点位为零

3.电压（电位差）：电路中任意两点间的差值称为电压（电位差）。A,B两点的电压以UAB表示，UAB=VA-VB。

二、电流与电流密度

1.电流：就是电荷有规律定地向移动。电流的方向规定为正电荷移动的方向。

通常规定：1S内通过导体横截面的电量称为电流强度，以字母I表示。若在t时间内通过导体横截面的电量是Q，则电流强度I就可以用下式表示：

电流强度I——A（安培）。安培简称安，以字母A表示。

电流分交流电和直流电：直流电路中的电流、电压和电动势的大小和方向都是不随时间变化的。

大小随时间变化，方向不随时间变化的电压或电流称为脉动直流电。

大小方向都随时间变化的电流称为交流。

2.电流密度：是指电流I在导体的横截面S上均匀分布时，该电流I与导体横截面S的比值，用字母J表示，即：

导体允许通过的电流强度随导体的截面不同而不同。1mm2的铜导线允许通过6A的电流。

三、电源与电动势

电源是将其他能量转换为电能的装置。电动势是衡量电源将其他能量转换为电能的本领大小的物理量。电动势简称为电势，单位是V（伏）。

电荷的运动规律：①电源外部：正电荷由高电位向低电位移动。②电源内部：正电荷由低电位向高电位移动。

当电路开路时电源端电压在数值上等于电源的电动势。

四、电阻与电导

1、电阻：反映导体对电流阻碍作用大小的物理量。导体对电流的阻力小，导电能力强；导体对电流的阻力大，导电能力差。

电阻用字母R表示，单位是欧姆，简称欧，用字母Ω表示。导体电阻的大小与导体的长度成正比，与导体的截面积成反比，同时跟导体材料的性质、环境温度很多因素有关。电阻的表达式为：

式中：ρ——电阻率，单位是欧姆·米（Ω·m）； L——导体的长度，单位是米（m）; S——导体的截面积，单位是平方毫米（mm2）。

2、电导：电阻的倒数称为电导，电导用符号G表示，即：

导体的电阻越小，电导就越大，表示该导体的导电性能越好。电导的单位是1/欧姆（1/Ω),称西门子，用字母s表示。

五、欧姆定律

欧姆定律是反映电路中电压、电流、电阻三者之间关系的定律，它是电路的基本定律之一，应用非常广泛。

1.部分电路欧姆定律

如果加在电阻R两端电压U发生变化时，流过电阻的的电流I也随着变化，而且成正比例变化，即电压和电流的比值是一个常数，这个常数就是电路中的电阻R，写成公式为：

式中：U——电压（V）； R——电阻（Ω）； I——电流（A）。

2.全电路欧姆定律

在闭合回路中，电流强度与电源的电动势成正比，与电路中内阻和外阻之和成反比。这个定律称为全电路欧姆定律。

式中：E——电源的电动势（V）；R——外电路的电阻（Ω）； R0——电源内电阻（Ω）； I——电路中电流（A）。

流过导体的电流强度与这段导体两端的电压成正比，与这段导体的电阻成反比，这一规律称为欧姆定律。

六、电路连接（串联、并联、混联）

1.电阻串联电路

两个或两个以上的电阻按头尾相接的顺序一个接一个地连接起来，使电流中有一条回路，电阻的这种连接方式称为电阻的串联。

电阻串联电路中具有一下一些特点：

（1）串联电路中通过每个电阻的电流相等，是同一个电流，即I=I1=I2=I3=···=In

（2）电路两端的总电压等于各个电阻两端电压之和，即U=U1 U2 U3 Un=IR1 IR2 IR3 ··· IRn

（3）串联电路的等效电阻（即总电阻）等于各电阻之和，即R=R1 R2 R3 ··· Rn

2.电阻并联电路

两个或两个以上的电阻一端连在一起，尾端也连在一起（各个电阻的头连在一起，尾也连在一起），使每个电阻两端都承受同一电压的作用，电阻的这样连接方式称为电阻并联。

电阻并联电路具有下面的一些特点：

（1）各电阻两端的电压相等，且电路两端的电压，即 U=U1=U2=U3=···=Un

（2）电路中的电流等于各电阻中的电流之和，即I=I1 I2 I3 In=U/R1 U/R2 U/R3 ··· U/Rn

（3）电路的等效电阻（总电阻）的倒数，等于各并联电阻倒数之和，即 1/R=1/R1 1/R2 1/R3 ··· 1/Rn

两个电阻R1、R2并联，其等效电阻R可直接按下式计算：

在并联电路中，所有支路负载都相互独立，互不影响。

3.电阻混联电路

在一个电路中既有电阻的串联，又有电阻的并联，这种连接方式称为混合连接，简称混联。

计算混联电路时要根据电路的情况，运用串联和并联电路的知识，逐步化简，最后求出总的等效电阻，计算出总电流。

七、电路与电路的三种状态

电流经过的路径称为电路，又称回路由电源、负荷、开关和连接导线组成，如下图所示。

电路通常有三种状态：

通路：开关s闭合，电路构成回路，电路中有电流流过。

开路（断路）：开关s断开或电路中某处断开，电路被切断，这时电路中没有电流流过，开路又称断路。

短路：若灯泡两端用导线直接接通，称为负载短路。若电池两端用导线直接接通，称电源短路。

八、电能与电功率

1.电能：在直流电路中，两点间的电压为U，电路中形成的电流为I,在t时间内电流I所做的功被电阻R吸收并全部转换为热能，此时电阻元件消耗（或吸收）的电能为W，即

根据欧姆定律，也可以表示为：

2.电功率：单位时间内消耗的电能，成为电功率，简称功率，用字母P表示，即

式中：W——电能（焦耳）； t——时间（秒）； P——电功率（千瓦）。

电功率为1kW的设备，用电1h消耗的电能为1kW·h，俗称1度电。