1.电压
河水之所以能够流动,是因为有水位差,水总是从高水位流向低水位。电荷之所以能够流动,是因为有电位差。电路中,任意两点间的电位差称为两点间的电压,电压是形成电流的主要条件。在电路中,电压常用U表示。电压的单位是伏(V),大的计量单位可用千伏(kV)表示,小的计量单位常用毫伏(mV)或者微伏(μV)表示。它们之间的关系为
1kV=1000V
1V=1000mV
1mV=1000μV
我国规定的标准电压等级有很多,如直流安全电压12V、24V和36V,工业用电直流电压110V和220V等;民用市电电压为交流220V,工业动力用电电压为交流380V;高压配电电压6kV、10kV;高压输电电压110kV;远距离超高压输电电压330kV和500kV。
电压可以用电压表测量。测量的时候,把电压表并联在电路上,要选择电压表指针接近满偏转的量程。如果电路上的电压大小估计不出来,要先用大的量程粗略测量后再选用合适的量程,这样可以防止由于电压过大而损坏电压表。
2.电位
放在电场里某点的电荷的位能与它的电量之比就是该点的电位。如用U表示电位,A表示电荷q的位能,则
式中,U的单位为V,A的单位为J,q的单位为C。
在指明电路中某点电位时,必须首先确定参考点,设其电位为零,则电路中某点的电位在数值上就等于该点到参考点的电压。因此,电位的数值与参考点的选择有关。凡是电位的参考点都用接地符号(┻)表示,这样选择方便于计算,无须计算者自由选定参考点。
3.电源
把其他形式的能转换成电能的装置叫做电源。如发电机能把机械能转换成电能,干电池能把化学能转换成电能。干电池、发电机等都叫做电源。
通过整流电路把交流电变成直流电的装置叫做整流电源,能提供信号的电子设备叫做信号源。晶体管能把输入的信号加以放大,又能把放大了的信号传送到后面的电路中去,晶体管对后面的电路来说也可以看作是信号源。整流电源、信号源有时也叫做电源。
4.电动势
电动势是反映电源把其他形式的能转换成电能的本领的物理量,电动势使电源两端产生电压。在电路中,电动势常用E来表示,电动势的单位是伏(V)。
5.电位差
电位差就是两点之间的电位之差。如a、b两点的电位分别为10V和5V,则两点之间的电位差为Uab=10V-5V=5V。反之,Uba=5V-10V=-5V。
6.电流
电荷的定向移动叫做电流。在电路中,电流常用I表示。电流分直流和交流两种,电流的大小和方向不随时间变化的叫做直流;电流的大小和方向随时间变化的叫做交流。电流的单位是安(A),也常用千安(kA)、毫安(mA)或者微安(μA)做单位。它们之间的关系是
1kA=1000A
1A=1000mA
1mA=1000μA
直流电流的方向是从电源的正极流到电源的负极。
电流可以用电流表测量。测量的时候,把电流表串联在电路中,要选择电流表指针接近满偏转的量程。如果电路中的电流大小估计不出来,则要先用大的量程,粗略测量后再用合适的量程,这样可以防止电流过大而损坏电流表。
7.负载
把电能转换成其他形式的能的装置叫做负载。电动机能把电能转换成机械能,灯泡能把电能转换成热能和光能,扬声器能把电能转换成声能。电动机、电阻、灯泡、扬声器等都叫做负载。后级的晶体管对于前级来说,也可以看作负载。
8.电阻
电路中将电流通过有阻碍作用并且造成能量消耗的器件叫电阻。电阻常用R表示,电阻的单位是欧姆(Ω),也常用千欧(kΩ)或者兆欧(MΩ)做单位。它们之间的关系是
1kΩ=1000Ω
1MΩ=1000000Ω
导体的电阻由导体的材料、横截面积、长度和温度决定。一般导线的电阻可由以下公式求得:
式中 L——导线长度,单位为m;
S——导线的横截面积,单位为mm2;
ρ——电阻率,单位为Ω·mm2/m。
电阻率ρ是电工计算中的一个重要物理常数,不同材料物体的电阻率各不相同,它的数值相当于用这种材料制成长为1m、横截面积为1mm2的导线,在温度+20℃时的电阻值。电阻率直接反映着各种材料导电性能的好坏。材料的电阻率越大,表示它的导电能力越差;电阻率越小,则表示导电性能越好。
电阻可以用万用表欧姆挡测量。测量时,要选择万用表指针偏转量程一半的欧姆挡。如果被测电阻焊接在电路中,则应将其断开一端后进行测量。人体不能与电阻引线接触。
常用金属的电阻率见表3-1。
表3-1 常用金属的电阻率(20℃)
例[3-1] 100m长的铜导线,导线直径D为1mm,求它在20℃时的电阻R。
解:首先计算导线的截面积:
查表3-1得导线的电阻率ρ=0.0175Ω·mm2/m,则导线电阻为
例[3-2] 一根直径D为1mm的康铜导线,它的电阻R=11.2Ω,求它的长度L。(www.daowen.com)
解:先求出截面积S,即
查表3-1得导线的电阻率ρ=0.44Ω·mm2/m,则
9.电容
电容是衡量导体储存电荷能力的物理量。在两个相互绝缘的导体上,加上一定的电压,它们就会储存一定的电量。其中一个导体储存着正电荷,另一个导体储存着大小相等的负电荷。加上的电压越大,储存的电量就越多。储存的电量和加上的电压是成正比的,它们的比值叫做电容。如果电压用U表示,电量用Q表示,电容用C表示,那么
电容的单位是法拉(F),也常用微法(μF)或者皮法(pF)做单位。它们的关系是
1F=106μF
1F=1012pF
电容可以用电容测试仪测量,也可以用万用电表欧姆挡粗略估测。
10.电感
电感是衡量线圈产生电磁感应能力的物理量。给一个线圈通入电流,线圈周围就会产生磁场,线圈就有磁通通过。通入线圈的电流越大,磁场就越强,通过线圈的磁通就越大。实验证明,通过线圈的磁通量和通入的电流是成正比的,它们的比值叫做自感系数,也叫做电感。如果通过线圈的磁通量用Φ表示,电流用I表示,电感用L表示,那么
电感的单位是亨利(H),也常用毫亨(mH)或微亨(μH)做单位。它们的关系是
1H=1000mH
1mH=1000μH
11.电能
当电流流过电路时,将发生能量转换。在电源内部,外力不断克服电场力驱使正负电荷分别向电源两极移动而做功,从而把其他形式的能转换为电能。通过外电路,电荷不断地被送到负载,从而把电能转换为其他形式的能。
负载消耗的电能等于端电压与电荷的乘积,电荷又等于电流与时间的乘积,即
A=UQ=IUt (3-5)
式中 A——电能,单位为J;
U——端电压,单位为V;
Q——电荷,单位为C。
12.电功
电流做功等于电路消耗的电能,而电路里消耗的电能又等于使电荷在电路里移动所做的功。计算电功的公式为
或
A=I2Rt (3-7)
或 A=UIt
13.电功率
在单位时间内电路产生或消耗电能称为电功率,简称功率,用P表示,单位为瓦(W)。
P=A/t=IUt/t=IU (3-8)
或
或
P=I2R (3-10)
式中 P——电功率,单位为W,1W=1J/s;
t——时间,单位为s。
例[3-3] 5A的电流通过4Ω的电阻,经过10s后,计算电流在这段时间内所做的功A和功率P。
解:
A=I2Rt=52×4×10J=1000J
P=I2R=52×4W=100W
例[3-4] 有一个8W、400Ω的线绕电阻,求它的额定电流和最大耐压值各是多少。
解:
额定电流
最大耐压值U=IR=0.14×400V=56V取50V。
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