第1章 電路基礎與安全用電

1.1 電路基礎

1.1.1 電路與電路圖

圖1-1（a）所示是一個簡單的實物電路，該電路由電源（電池）、開關、導線和燈泡組成。使用實物圖展現電路雖然直觀，但有時很不方便，為此人們就采用以一些簡單的圖形符號代替實物的方法來繪制電路，這樣畫出來的圖形就稱為電路圖。圖1-1（b）所示的圖形是圖1-1（a）所示實物電路的電路圖，用電路圖來表示實際的電路非常方便。

1.1.2 電流與電阻

1.電流

電流說明圖如圖1-2所示。

大量的電荷朝一個方向移動（也稱定向移動）就形成了電流，這就像公路上有大量的汽車朝一個方向移動就形成“車流”一樣。實際上，我們把電子運動的反方向作為電流方向，即把正電荷在電路中的移動方向規定為電流的方向。圖1-2所示電路的電流方向是：電源正極→開關→燈泡→電源負極。

電流用字母“I”表示，單位為安培（簡稱安），用“A”表示，比安培小的單位有毫安（mA）、微安（μA），它們之間的關系為

1A=10³mA=10⁶μA

將開關閉合，燈泡會發光，為什么會這樣呢？

原來當開關閉合時，帶負電荷的電子源源不斷地從電源負極經導線、燈泡、開關流向電源正極。這些電子在流經燈泡內的鎢絲時，鎢絲會發熱，溫度急劇上升而發光。

2.電阻

在圖1-3（a）所示實物電路中，給電路增加一個元器件—電阻，發現燈光會變暗，該實物電路的電路圖如圖1-3（b）所示。為什么在電路中增加了電阻后燈泡會變暗呢？原來電阻對電流有一定的阻礙作用，從而使流過燈泡的電流減小，燈光變暗。

導體對電流的阻礙稱為該導體的電阻，電阻用字母“R”表示，單位為歐姆（簡稱歐），用“Ω”表示，比歐姆大的單位有千歐（kΩ）、兆歐（MΩ），它們之間的關系為

1MΩ=10³kΩ=10⁶Ω

導體的電阻計算公式為

式中，L為導體的長度（m）；S為導體的截面積（m²）；ρ為導體的電阻率（Ω· m）。不同的導體，ρ值一般不同。表1-1列出了一些常見導體的電阻率（20℃時）。

在長度L和截面積S相同的情況下，電阻率越大的導體其電阻越大。例如，L、S相同的鐵導線和銅導線，鐵導線的電阻約是銅導線的5.9倍。由于鐵導線的電阻率較銅導線大很多，為了減小電能在導線上的損耗，讓負載得到較大電流，供電線路通常采用銅導線。

導體的電阻除了與材料有關外，還受溫度影響。一般情況下，導體溫度越高電阻越大。例如，常溫下燈泡（白熾燈）內部鎢絲的電阻很小，通電后鎢絲的溫度上升到千度以上，其電阻急劇增大。導體溫度下降電阻減小，某些導電材料在溫度下降到某一值時（如-109℃），電阻會突然變為零，這種現象稱為超導現象，具有這種性質的材料稱為超導材料。

1.1.3 電路的三種狀態

電路有三種狀態：通路、開路和短路，如圖1-4所示。

電路處于通路狀態的特點：電路暢通，有正常的電流流過負載，負載正常工作。

電路處于開路狀態的特點：電路斷開，無電流流過負載，負載不工作。

電路處于短路狀態的特點：電路中有很大電流流過，但電流不流過負載，負載不工作。由于電流很大，很容易燒壞電源和導線。

1.1.4 接地與屏蔽

1.接地

接地在電工電子技術中應用廣泛，接地符號如圖1-5所示。接地的含義說明如圖1-6所示。

2.屏蔽

在電氣設備中，為了防止某些元器件和電路工作時受到干擾，或者為了防止某些元器件和電路在工作時產生干擾信號影響其他電路正常工作，通常對這些元器件和電路采取隔離措施，這種隔離稱為屏蔽。屏蔽符號如圖1-7所示。

屏蔽的具體做法是用金屬材料（稱為屏蔽罩）將元器件或電路封閉起來，再將屏蔽罩接地（通常為電源的負極）。圖1-8所示為帶有屏蔽罩的元器件和導線，外界干擾信號無法穿過金屬屏蔽罩干擾內部元器件和電路。