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项目一直流电路分析任务1电路构成我们都知道，矿井下面光线不好，下井必须配戴矿灯，而矿灯的电路是如何组成的，这值得我们去学习。一、电路构成1．电路：一个基本的电流回路。电路如图1.1所示。图1.1电路的基本结构2．电路组成：电源、负载、导线和开关。（1）电源：是将非电能形态的能量转换成电能的供电设备，例如，发电机、电池等。（2）负载：是将电能转换成非电能形态能量的用电设备，例如，电动机、照明灯等。（3）连接导线：传送信号、传输电能。（4）辅助设备：保证电路安全、可靠地工作（例如控制电路通、断的开关及保障安全用电的熔断器），而且使电路自动完成某些特定工作成为可能。【小结】1．电路定理图不考虑电气元件的实际安装位置和实际连线情况，只是把各元件按接线顺序用符号展开在平面图上，用直线将各元件连接起来。2．电路的组成：电源、负载、连接导线、辅助设备：二、电路的主要物理量1.2.1电流1．电流：电路中带电粒子在电源作用下有规则地移动（习惯上规定正电荷移动的方向为电流的实际方向）。2．电流参考方向：是预先假定的一个方向，参考方向也称为正方向，在电路中用箭头标出。（1）图1.2（a），I=3A计算结果为正，表示电流实际方向与参考方向一致。（2）图1.2（b），I=-3A计算结果为负，表示电流实际方向与参考方向相反。注意：电流的正、负只有在选择了参考方向之后才有意义。图1.2电流的方向特例：交流电的实际方向是随时间而变的。如果某一时刻电流为正值，即表示该时刻电流的实际方向与参考方向一致；如果是负值，则表示该时刻电流的实际方向与参考方向相反。3．电流的大小为I=电流的单位是安(培)(A)。常用的电流单位还有毫安(mA)、微安(A)等。1A=103mA=106A4．电流对负载有各种不同的作用和效应，如表1.1所示。表1.1热效应总出现磁效应总出现光效应在气体和一些半导体中出现化学效应在导电的溶液中出现对人体生命的效应电熨斗、电烙铁、熔断器继电器线圈、开关装置白炽灯、发光二极管蓄电池的充电过程事故、动物麻醉1.2.2电压与电动势1．电压：可以通过电荷的分离产生，如图1.3所示。要把不同极性的电荷分离开，就必须对电荷做功。在电荷分离过程中，这两种不同极性的电荷之间便产生了电压。电压为零低电压高电压图1.3电压是分离电荷的结果2．非静电力在电源内部搬运（分离）电荷，且分离电荷后产生的电压越高，对电荷所做的功也越大。例如：（1）图1.4是通过感应来产生电压。将条形磁铁插入线圈再从线圈中拔出，电压表的指针摆动，这是利用磁来产生电压，称为电磁感应。图1.4通过电磁感应产生电压（2）图1.5是通过热来产生电压。将一段铜丝和一段康铜丝绞合或焊接起来，将另外的导线端接在一个电压表上，并在两段导线的连接处加热，这两段导线的另外两端会产生电压。图1.5通过热来产生电压（3）图1.6所示为通过光来产生电压。将一光敏器件接在电压表上，用光源来照射该光敏器件，光敏器件的两端就会产生电压。图1.6通过光来产生电压（4）图1.7所示为通过晶体的形变产生电压（压电效应）。将压电晶体与高内阻的电压表相连接，并在其表面施加压力，当压力增大和减小时，电压表显示出电压。图1.7通过压力产生电压（5）通过对绝缘材料摩擦也可以产生电压，摩擦起电的现象就是通过摩擦将电荷分离转移，从而形成电压。这种方式产生的电称为静电。综上所述，电压产生的过程是非静电力搬运（分离）电荷做功过程，非静电力做的功越大，电源把其他形式的能转化为电能的本领就越大。3．电源电动势（电动势）：它表征非静电力在电源内部搬运电荷所做的功与被移送电荷量的比值。4．电动势的大小为电动势的单位为伏[特]（V）。5．电动势的方向规定由电源负极指向电源正极，如图1.8所示。图1.8电动势的方向图1.8所示电路中，非静电力将电荷分离搬运到电源两端，当外电路闭合时，电荷会经外电路移动而形成外电路电流I。6．电压表征静电力在电源外部搬运电荷所做的功（W）与被移送电荷量（Q）的比值。即电压的单位和电动势的单位一样也是伏[特]（V）。7．电压的方向规定由电源正极（高电位端）指向电源负极（低电位端）。1.2.3电位1．什么是电位？就像空间的每一点都有一定的高度一样，电路中每一点都有一定的电位。2．电位有什么作用？由于空间高度的差异，才会引起液体从高向低流动。电路中电流产生也必须有一定的电位差，在电源外部通路中，电流从高电位点流向低电位点。3．电位用字母V表示，不同点的电位用字母V加下标表示。例如VA表示A点的电位值。4．零电位点：衡量电位高低的一个计算电位的起点，该点的电位值规定为0V。习惯上常规定大地的电位为零，称为参考点。5．电路中零电位点规定之后，电路中任何一点与零电位之间的电压，就是该点的电位。反之各点电位已知后，就能求出任意两点（A、B）间的电压。例如，VA=5V，VB=3V，那么A、B之间的电压为UAB=VA-VB=（5-3）V=2V1.2.4电能1．电能：若导体两端电压为U，通过导体横截面积的电荷量为Q，电场力所做的功就是电路所消耗的电能：W=QU=UIt2．电能的单位为焦[耳]（J）。在实际应用中常以千瓦时（kWh）(曾称度)作为电能的单位。1kWh时在数值上等于功率为1kW的用电器工作1h所消耗的电能。1度=1kWh=1000W3600s=3.6Ws=3.6106J3．电能的测量是利用电能表（俗称电度表），如图1.9所示。图1.9电度表及接线[例1.1]一台25in.彩电额定功率是120W，每千瓦时电的电费为0.45元，共计工作5小时，电费为多少？[解]电费=千瓦数用电小时数每千瓦时费用=0.1250.45元=0.27元1.2.5电功率1．电功率：用电设备单位时间（t）里所消耗的电能（W）叫做电功率：=UI若是纯电阻电路：P=UI=I2R=2．电功率是利用功率表进行测量的，其测量线路如图1.10所示。图1.10功率表测功率功率表测电压的线圈（1、2）并联在电路上，测量电流的线圈（3、4）串联在电路上。[例1.2]一台电炉的额定电压为220V，额定电流为5A，该电炉电功率为多大？[解]P=UI=2205W=1100W=1.1kW【小结】1．电流是一种物理现象，又是一个表示带电粒子定向运动强弱的物理量（电流会使导线发热，指的是物理现象；电路中有3A的电流，是指其电流的强弱）。2．电流的参考方向是任意假定的，在电路图中用箭头标示。如果有了电流的参考方向又有了电流的正值或负值，才可以判定出导体中电流的真实方向。3．电压产生的本质是不同极性的电荷分离，而产生电压的方式有多种，它们是：电压的实际方向，习惯上规定高电位点指向低电位点。4．电动势不仅有大小，也有方向。它的实际方向习惯上规定由低电位点指向高电位点（经内电路）。电动势单位与电压单位一致是“伏［特］”。5．为了描述某点电位高低，在选定一零电位点（参考点）以后，就可以用电位概念来表征某点电位的高低了。6．电位的值与参考点的选择有关，而电压与电位参考点的选择无关。7．电路所消耗的电能是指在电场力的作用下，该电路两端电压使电路中电荷移动所做的功。8．电能测量可使用电能表，电能表接线按“相线1进2出，零线3进4出”的原则。9．电功率数学表达式为P=UIP=UI=RI2=U2/R三、欧姆定律1．基本概念：（1）内电路：电源本身的电流通路。（2）内阻：内电路的电阻。（3）外电路：电源以外的电流通路。（4）全电路：内电路和外电路总称。2．图1.11所示为全电路。图1.11全电路（1）对于外电路，在电路电压一定的情况下，电路电阻越大，电路中电流就越小。应用欧姆定律时，应注意电流I和电压U的参考方向：图1.12（a）中，电流为图1.12（b）中，电流为[例1.3]试求图1.13（a）所示电路中的电流，图中电压为1.5V，电阻为1。(a)(b)图1.12应用欧姆定律时的参考方向(a)(b)(c)图1.13例题1.3附图[解]图1.13（a）所示电路中没有标出电流方向，可以设定其参考方向如图1.13（b）所示，电压和电流参考方向一致，那么=A=1.5A若按图1.13（c）设定其参考方向，由于电压和电流参考方向选用不一致，那么=A=-1.5A计算结果I0，说明图1.13（c）设定的电流方向与实际方向相反。（2）全电路欧姆定律电源内阻越小，可以更多地向外电路提供电流（电能）。【小结】1．应用欧姆定律列式时，当电压和电流的正方向选得相反时，表达式须带负号。2．全电路欧姆定律。电流形式表达式为I=电压形式表达式为E=RI+R0I=U+U0技能训练一、电工常用工具的使用电工常用工具是指一般专业电工都要使用的工具。正确使用和维护电工工具，既能提高工作效率和施工质量，又能减轻劳动强度、保证操作安全和延长电工工具的使用寿命。常用的电工工具包括通用工具、线路安装工具、登高工具和设备装修工具等，这里只介绍通用工具。通用工具是指一般专业电工都要应用的常用工具装备。1、验电笔2.螺钉旋具1）螺钉旋具的式样和规格2）使用螺钉旋具的安全知识3）使用方法3.钢丝钳4.尖嘴钳5.断线钳6.剥线钳7.电工刀1）电工刀的使用2）使用电工刀的安全知识3）实训内容8.活络扳手二、简单直流电路测试任务评价一、操作检查二、验收标准表1-2电压电流测量值与计算值任务2电路基本定律及分析电阻元件电阻元件的电流、电压关系1．电阻的电流、电压关系特性：将电阻两端电压与流过电阻电流的关系用图形表示。在电阻为恒定值时，电流、电压关系特性如图1.14所示。图1.14电阻的电流、电压特性注意：电阻越小，这条直线越陡。线性电阻和非线性电阻1．线性电阻：电压、电流特性如图1.15（a）所示，电阻是常数。2．非线性电阻：电压、电流特性如图1.15（b）所示，电阻不是常数。(a)(b)图1.15电阻的电流、电压特性常用电阻元件1．线性性电阻（1）电阻参数标注：①直接标注在电阻上；②色环标注。色环表示的意义如表1.2所示。表1.2色标符号规定颜色有效数字乘数允许偏差（%）工作电压/V银色10-210金色10-15黑色010-04棕色110116.3红色2102210橙色310316黄色410425绿色51050.532蓝色61060.2540紫色71070.150灰色810863白色9109+50，-20无色20（2）二位有效数字色环标记：如图1.17所示，该电阻的阻值为2700，允许偏差±5%；（3）三位有效数字色环标记：如图1.18所示，该电阻的阻值为33200，允许偏差±1%。图1.17两位有效数字色标示例图1.18三位有效数字色标示例2．非线性电阻（1）热敏电阻外形如图1.19所示。（2）热敏电阻：①负温度系数热敏电阻，简称NTC（NegativeTemperatureCoefficient）电阻；应用于温度测量和温度调节，还可以作为补偿电阻，对具有正温度系数特性的元件（例如晶体管）进行补偿；抑制小型电动机、电容器和白炽灯在通电瞬间所出现的大电流（冲击电流）。②正温度系数热敏电阻，简称PTC（PositiveTemperatureCoefficient）电阻。PTC电阻可用于小范围的温度测量、过热保护和延时开关。（3）压敏电阻：如图1.20所示。图1.19热敏电阻图1.20压敏电阻压敏电阻可用于过压保护，将它并联在被保护元件两端，当出现过电压时，其电阻急剧减小，将电流分流以保护并联在一起的元件。【小结】1．线性电阻元件电流、电压特性直线的斜率能反映电阻值的大小。2．工程应用中常用电阻元件为：串联电路一．电阻的串联把多个元件逐个顺次连接起来，就组成了串联电路。电阻串联电路的特点（1）电路中流过每个电阻的电流都相等。（2）电路两端的总电压等于各电阻两端的分电压之和，即U=U1＋U2＋…＋Un电阻串联电路的特点（3）电路的等效电阻（即总电阻）等于各串联电阻之和，即R=R1＋R2＋…＋Rn电阻串联电路的特点上式表明，在串联电路中，阻值越大的电阻分配到的电压越大；反之电压越小。电阻串联电路的特点若已知R1和R2两个电阻串联，电路总电压为U,可得分压公式如下图所示