电路基本物理量的定义和应用

在分析电路时，物理量比较多，最常用的物理量有电流、电压、电动势和电功率等。

1.什么是电流，电流的大小和方向是如何规定的

如图2-4所示，当有电的电池接入电路时，自由电子向电池正极（+）移动，电池的负极（-）供给电子，这样就产生了连续的电子流。我们把电荷的定向有规则移动称为电流。

电流的方向规定为正电荷流动的方向（或负电荷流动的反方向）；在金属导体中，电流的方向与自由电子定向移动方向相反。

图2-4 电路中导体内的电子运动及电流方向

电流的方向记忆口诀

形成电流有规定，电荷定向之移动。

正电移动的方向，定为电流的方向。

金属导电靠电子，电子方向电流反。

电流的大小等于在单位时间内通过导体横截面的电量，称为电流，用符号I（表示直流电流）或i（表示交流电流）表示。

设在Δt=t₂-t₁时间内，通过导体横截面的电荷量为Δq=q₂-q₁，则在Δt时间内的电流强度可用数学公式表示为

式中，Δt为很小的时间间隔，国际单位制为s（秒）；q为电量，国际单位制为C（库仑）。I为电流，国际单位制为A（安培）。

常用的电流单位还有毫安（mA）、微安（μA）、千安（kA）等，它们与A的换算关系为

1mA=10^-3A； 1μA=10^-6A； 1kA=10³A

电路中有电流通过，常常表现为热、磁、化学效应等物理现象。如灯泡发光、电饭煲发热、扬声器发出声音等。

2.什么是直流电流

如图2-5a所示，如果电流的大小及方向都不随时间变化，即在单位时间内通过导体横截面的电量相等，则称之为稳恒电流或直流电流，简称为直流（Direct Current），记为DC或dc，直流电流要用大写字母I表示。

如果电流的大小随时间变化，但方向不随时间变化，称为脉动直流电流，如图2-5b所示。

3.什么是交流电流

如果电流的大小及方向均随时间变化，则称为变动电流。对电路分析来说，一种最为重要的变动电流是正弦交流电流，其大小及方向均随时间按正弦规律作周期性变化，简称为交流（Alternating Current），记为AC或ac，交流电流的瞬时值要用小写字母i表示，如图2-5c所示。

图2-5 电流与时间的关系曲线

a）稳恒直流电流 b）脉动直流电流 c）交流电流

4.什么是电压，电压的大小和方向如何表示

如同水会从高处向较低处流一样，在电路中，任意两点（例如A、B两点）之间的电位差称为该两点间的电压，简称为电压。

表示电压的符号用U，单位为V（伏），即

U=U_A-U_B

电压的大小等于单位正电荷因受电场力作用从A点移动到B点所做的功，即

式中，W的单位为J（焦），电荷q的单位为C（库），电压U的单位为V（伏）。常用的单位还有毫伏（mV）、微伏（μV）、千伏（kV）等，它们与V的换算关系为

1mV=10^-3V； 1μV=10^-6V； 1kV=10³V

电压的方向规定为从高电位指向低电位的方向。电压的方向在电路图中有三种表示方法，如图2-6所示，这三种表示方法的意义相同。

图2-6 电压的方向

a）正负极表示法 b）箭头表示法 c）双字母下标表示法

在实际应用中提到的电压，一般是指两点之间的电位差，通常是指定电路中某一点作为参考点。在电力工程中，规定以大地作参考点，认为大地的电位等于零。如果没有特别说明，所谓某点的电压，就是指该点与大地之间的电位差。

5.电压的种类及等级有哪些

电压可分为直流电压和交流电压。(www.xing528.com)

如果电压的大小及方向都不随时间变化，称为直流电压，用大写字母U表示。例如各种干电池、蓄电池的电压就为直流电压，它是通过化学反应维持电能量的。

如果电压的大小及方向随时间变化，则称为变动电压。一种最为重要的变动电压是正弦交流电压，简称交流电压，交流电压的瞬时值用小写字母u表示。发电厂的电压一般为交流电压。

我国规定标准电压有许多等级。经常接触的有：安全电压12V、36V，照明灯用的单相电压为220V，三相电动机用的三相电压380V，城乡高压配电电压10kV和35kV，输电电压110kV和220kV，还有长距离超高压输电电压330kV和500kV。

6.什么是电动势

在图2-4所示电路中，干电池内的化学力具有持续提供电能的能力，保证电流不断流动。干电池等称为电源。这种电源内部的力叫做电源力，电源力在单位时间内将正电荷从电源负极移送到正极，所做的功叫电动势。

电动势是产生和维持电路中电压的保证，电源一旦电动势耗尽，电路就会失去电压，就不再有电流产生。例如在图2-1所示的小实验电路中，当换上已用过的无电电池后，合上开关，灯泡不亮，就是这个道理。

7.电动势的大小如何表示

电动势等于在电源内部电源力将单位正电荷由低电位（负极）移到高电位（正极）做的功与被移动电荷电量的比值，即

式中，W的单位为J；q的单位为C；E的单位为V。

电动势是衡量电源的电源力大小（即做功本领）及其方向的物理量。

8.电动势的方向是如何规定

规定电动势方向由电源的负极（低电位）指向正极（高电位）。在电源内部，电源力移动正电荷形成电流，电流由低电位（正极）流向高电位（负极）；在电源外部电路中，电场力移动正电荷形成电流，电流由高电位（正极）流向低电位（负极），如图2-7所示。

读者在理解电动势时，应注意以下几点。

1）电动势既有大小，又有方向。其大小在数值上等于电源正负极之间的电位差；电动势与电压的实际方向相反。

2）电源电动势由电源本身决定，与外电路的性质以及通断状况无关。

图2-7 电动势的方向示意图

3）每个电源都有一定的电动势。但不同的电源，其电动势则不一定相同。

4）对于一个电源来说，既有电动势，又有端电压。电动势只存在于电源内部，其方向是由负极指向正极；端电压只存在于电源的外部，其方向由正极指向负极。一般情况下，电源的端电压总是低于电源内部的电动势，只有当电源开路时，电源的端电压才与电源的电动势相等。

9.什么是电功率

电功率是衡量电能转化为其他形式能量快慢的物理量。我们平常说这个灯泡是40W，那个灯泡60W，电饭煲1000W，这就是指的电功率。我们平时一般把电功率简称为功率。

10.电功率的大小如何表示

电路元件或设备在单位时间内所做的功称为电功率，用符号“P”表示。计算电功率的公式为

式中，W的单位为J；t的单位为s，则P的单位为W（瓦）。功率常用的单位还有毫瓦（mW）、千瓦（kW），它们与W的换算关系为

1mW=10^-3W； 1kW=10³W

由于用电器的电功率与其电阻有关，所以电功率的公式还可以写成

在相同电压下，并联接入同一电路中的25W和100W灯泡的发光亮度明显不同，这是因为100W灯泡的功率大，25W灯泡的功率小，如图2-8所示。

图2-8 相同电压下，功率不同的灯泡，其发光亮度不同

我们在日常生活中还有这样的体验，同一盏灯，在不同电压的时候发光强度不一样，这说明电功率与电压有关。

电功率记忆口诀

电灯电器有标志，额定电压额功率。

消耗电能的快慢，功率为P单位瓦，

常用代号达不溜（W），大的单位为千瓦。

功率计算有多法，阻性负载压乘流。

电流平方乘电阻，也可算出电功率。