第1章 电工基础知识

1.1 电的基础知识

电路是由一些电气元件按照一定的方式连接起来的通路。电路中的电气元件包括电源、负载、导线和开关等。电源是将其他形式的能量转变为电能的装置，常见的直流电源有干电池、蓄电池和直流发电机等。负载是将电能转变成其他形式能量的装置，如电灯、电铃、电动机和电炉等利用电能工作的设备。导线是连接电源与负载的金属线，它将电源产生的电能输送到负载，常用铜、铝等材料制成。导线的电阻很小，在电路分析计算中常忽略不计。开关在电路中起到将负载与电源接通或断开的作用。一般将导线与开关称为电路的中间环节。

电路的功能可概括为以下两点。

（1）进行能量的转换、传输和分配。其中，包括将其他能量转变为电能的电源，如发电机、电池等设备；将电能转变为其他能量的负载，如电动机、电炉和电灯等。而在电源和负载之间的连接导线、变压器和控制电器等便是执行传输和分配任务的器件。

（2）传递和处理信号。通过电路元件，可以将信号源施加的信号变换或加工成所需的输出信号。例如，电子设备中放大器的作用是把微弱的输入信号加以放大，成为满足工作需要的强输出信号。

描述电路特性的物理量主要有电流、电压及电功率等。

1.1.1 电流

带电粒子的定向移动形成电流。电流的大小是指单位时间内通过导体横截面的电荷量，用I表示，即。式中，Q是在时间t内通过导体横截面的电荷量。如果电流不随时间而变化，即电流为常数，则称为直流电流。

电流的方向规定正电荷运动的方向为电流的实际方向。但在电路分析中，往往难于判断某支路中电流的实际方向。因此，常常任意选定一个参考方向标在电路图中。当电流的参考方向与实际方向一致时，则电流为正值；反之，电流为负值。

在电路分析中要注意以下两点。

（1）电流的实际方向是客观存在的，而参考方向则是根据分析计算的需要任意选取的。参考方向一经选定后，在全部分析计算过程中就必须依此为据，不能随意变动。

（2）在电路中的某支路上，若选择相反的参考方向，则电流的数值相等而符号相反。因此，电流值的正负只有在选定了参考方向时才有意义。

在国际单位制中，电流的单位是安培（简称安），用符号A表示。1A电流是指每秒钟有1库仑（C）的电荷量通过导体横截面。电流单位还有千安（kA）、毫安（mA）和微安（μA）等。

1kA=1000A

1A=1000mA

1mA=1000μA

1.1.2 电压

电压是指单位正电荷在电场力的作用下从一点移动到另一点电场力所做的功，用符号U表示。如果电场力把正电荷Q从a点移到b点所做的功为W，则电场中a点到b点的电压为

电压也有正、负之分，规定电场力移动正电荷做功的方向为电压的实际方向。在电路分析中，与电流相似，也常假设电压的参考方向。若电压的参考方向与实际方向相同，则电压为正值；反之，为负值。

在国际单位制中，电压的单位是伏特（V）。1V电压是指电场力把1库仑（C）电量的电荷从a点移到b点做1焦耳（J）的功。电压单位还有千伏（kV）、毫伏（mV）和微伏（μV）等。

1kV=1000V

1V=1000mV

1mV=1000μV

1.1.3 电功率和电能

1. 电功率

电功率是描述电场力做功能力的物理量，即单位时间内电场力做功的大小，用P表示。

由上式可见，某电路元件的电功率还等于该元件两端的电压与流过该元件电流的乘积。

电场力做功消耗电能。所以，负载在电路中消耗电能转换为热能和机械能等其他形式的能量，其电功率为正值；电源是将其他形式的能量转换为电能，是释放电能的，其电功率为负值。

电功率的单位为瓦特，简称瓦（W），还有兆瓦（MW）、千瓦（kW）、毫瓦（mW）和微瓦（μW）等。

1MW=1000kW

1kW=1000W

1W=1000mW

1mW=1000μW

2. 电能

电能是指一段时间内电场力做功的大小，用W表示。如果某用电设备的功率为 P，使用时间为 t，则其消耗的电能为W=Pt=UIt。

电能的单位为焦耳（J），电功率为1瓦（W）的电器设备1秒钟（s）消耗的电能为1焦耳（J）。生活中，用电的多少常用“度”来计算。1度是指电功率为1千瓦（kW）的用电设备在1小时（h）内消耗电能的大小，即1度=1kW·h=3.6 × 106 J。