任務(wù)二 測量電路的電流

知識講解一 認(rèn)識電流

1.電流的基本概念

電路中電荷沿著導(dǎo)體的定向運(yùn)動形成電流，其方向規(guī)定為正電荷流動的方向（或負(fù)電荷流動的反方向），其大小等于在單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電量，稱為電流強(qiáng)度（簡稱電流），用符號I或i（t）表示，討論一般電流時可用符號i。

設(shè)在Δt=t₂-t₁時間內(nèi)，通過導(dǎo)體橫截面的電荷量為Δq=q₂-q₁，則在Δt時間內(nèi)的電流強(qiáng)度可用數(shù)學(xué)公式表示為

i（t）=Δq

（221）

Δt

其中，Δt為很小的時間間隔，時間的國際單位制為s（秒），電量Δq的國際單位制為C（庫侖）。電流i（t）的國際單位制為A（安培）。

常用的電流單位還有mA（毫安）、μA（微安）、kA（千安）等，它們與安培的換算

關(guān)系為1mA=10^-3A；1μA=10^-6A；1kA=10³A。

2.直流電流

如果電流的大小及方向都不隨時間變化，即在單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電量相等，則稱之為穩(wěn)恒電流或恒定電流，簡稱直流（DirectCurrent），記為DC或dc，直流電流用I表示。

I=ΔΔqt=tQ=常數(shù)

直流電流I與時間t的關(guān)系在It坐標(biāo)系中為一條與時間軸平行的直線。3.交流電流

如果電流的大小及方向均隨時間變化，則稱之為變動電流。對電路分析來說，一種最為重要的變動電流是正弦交流電流，其大小及方向均隨時間按正弦規(guī)律作周期性變化，簡

稱交流（Alternatingcurrent），記為AC或ac，交流電流的瞬時值用i或i（t）表示。

知識講解二 電路工作狀態(tài)

一個電路正常工作時，需要將電源與負(fù)載連接起來。電源與負(fù)載連接時，根據(jù)所接負(fù)載的情況，電路有三種工作狀態(tài)：空載工作狀態(tài)、短路工作狀態(tài)、有載工作狀態(tài)。為了說明這三種工作狀態(tài)，現(xiàn)以圖22 1所示的簡單直流電路為例進(jìn)行分析。

1.空載狀態(tài)

空載狀態(tài)又稱斷路或開路狀態(tài)，如圖22

圖221 簡單直流電路

1所示。當(dāng)開關(guān)K斷開或連接導(dǎo)線折斷時，電路就處于空載狀態(tài)，此時電源和負(fù)載未構(gòu)成通路，外電路所呈現(xiàn)的電阻可視為無窮大，電路具有下列特征：

（1）電路中電流為零。

（2）電源的端電壓等于電源電壓。此電壓稱為空載電壓或開路電壓，用U_oc表示。因此，要想測量電源電壓，只要用電壓表測量電源的開路電壓即可。

（3）電源的輸出功率和負(fù)載所吸收的功率均為零。2.短路狀態(tài)

當(dāng)電源兩端的導(dǎo)線由于某種事故而直接相連時，電源輸出的電流不經(jīng)過負(fù)載，只經(jīng)連接導(dǎo)線直接流回電源，這種狀態(tài)稱為短路狀態(tài)，簡稱短路，如圖222所示。

短路時外電路所呈現(xiàn)的電阻可視為零，電路具有下列特征

U₁=0，I=UR_SS=I_S

圖222 短路的電路模型

在一般供電系統(tǒng)中，電源的內(nèi)電阻很小，故短路電流很大。電源所發(fā)出的功率全部消耗在內(nèi)電阻上。由于電源所發(fā)出的功率全部消耗在內(nèi)電阻上，因而會使電源發(fā)熱以至損壞。所以在實(shí)際工作中，應(yīng)經(jīng)常檢查電氣設(shè)備和線路的絕緣情

況，以防電源被短路的事故發(fā)生。此外，通常還在電路中接入熔斷器等保護(hù)裝置，以便在發(fā)生短路時能迅速切斷電路，達(dá)到保護(hù)電源及電路器件的目的。

3.有載狀態(tài)

當(dāng)開關(guān)K閉合時，電路中有電流流過，電源輸出功率，負(fù)載取用功率，這稱為電路的有載工作狀態(tài)。此時電路有下列特征：

（1）電路中有電流流過負(fù)載，負(fù)載消耗能量。

（2）電源兩端電壓大小是電路中其他元件兩端電壓之和。

有些電氣設(shè)備應(yīng)盡量工作在額定狀態(tài)，這種狀態(tài)又稱為滿載狀態(tài)。電流和功率低于額定值的工作狀態(tài)稱為輕載；高于額定值的工作狀態(tài)稱為過載。在一般情況下，設(shè)備不應(yīng)過載運(yùn)行。在電路設(shè)備中常裝設(shè)自動開關(guān)、熱繼電器等，用來在過載時自動切斷電源，確保設(shè)備安全。

知識講解三 電功和電功率

在日常生活中，電燈發(fā)光、電爐發(fā)熱、電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)都是電流通過用電器作了功，將電能轉(zhuǎn)成了光能、熱能和機(jī)械能。

1.電功

電路中電場力對定向移動的電荷所做的功簡稱電功，通常也說成是電流的功。它實(shí)質(zhì)是能量的轉(zhuǎn)化與守恒定律在電路中的體現(xiàn)，電能通過電流做功轉(zhuǎn)化為其他形式的能。電功的計算式為

W=UIT

（222）

其中，電流單位用A（安培），電壓單位用V（伏特），時間單位用s（秒），則電功的單

位是J（焦耳）。

說明：

（1）表達(dá)式的物理意義：電流在一段電路上的功，跟這段電路兩端電壓、電路中電流強(qiáng)度和通電時間成正比。

（2）適用條件：I、U不隨時間變化———恒定電壓、電流。2.電功率

電功率為單位時間內(nèi)電流所做的功，用來衡量電路做功的快慢。一段電路上的功率跟這段電路兩端的電壓和電路中的電流強(qiáng)度成正比。計算式為

P=UI

（223）

其中，電功的單位用J（焦耳），時間單位用s（秒），則功率單位為 W（瓦特）。1W=1J/s。電流在通過導(dǎo)體時，導(dǎo)體要發(fā)熱，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，這就是電流的熱效應(yīng)，描述它的定量規(guī)律是焦耳定律。

3.額定功率和實(shí)際功率

為了使用電器安全、正常地工作，對用電器工作電壓和功率都有規(guī)定數(shù)值。

（1）額定功率。用電器正常工作時所需電壓叫額定電壓，在這個電壓下消耗的功率稱額定功率。

一般說來，用電器電壓不能超過額定電壓，但電壓低于額定電壓時，用電器功率不是額定功率，而是實(shí)際功率。

（2）實(shí)際功率P。P=UI，U、I分別為用電器兩端實(shí)際電壓和通過用電器的實(shí)際電流。

技能訓(xùn)練 測量電路中的電流

訓(xùn)練要求：將數(shù)字萬用表串聯(lián)在被測回路中，測量某一條支路的電流，并做好記載。訓(xùn)練內(nèi)容：

（1）將數(shù)字萬用表的電源開關(guān)撥到“ON”，如圖223所示。

（2）量程開關(guān)撥到“DCA或Am”范圍內(nèi)的合適量程位置，如圖224所示。

（3）紅表筆插入“mA”插孔，黑表筆插入“COM”插孔，如圖225所示。

圖223 電源開啟示意圖 圖224 量程選擇示意圖

圖225 電流測試示意圖

測試時注意：若被測電流超過“mA-COM”輸入端口的測量范圍，則應(yīng)撥至

“20mA/10A”擋，并將紅表筆插入“10A”插孔。

（4）請將某開關(guān)端口，將萬用表接入電路，并將測試結(jié)果記入表221中。

表221

測試電流記錄表