1.4.2 电路的工作状态
电路的实际工作状态一般分为通路、开路和短路 3 种。各种状态都有各自的特征。下面以简单直流电路为例来进行讲述。
1.电路的通路状态
当开关S闭合后，电源接通负载，形成闭合回路，此时的电路状态称为通路状态。电路构成通路后，电源处于有载工作状态，电源向负载输出电流和功率，电路开始能量转换，如图1-44所示。电源由理想电压源US（电动势的端电压）与内阻RS串联构成，负载电阻为RL，开关为S。
图1-44 电源有载工作状态
当电源处于有载工作状态时，具有以下特征（电流、电压和功率情况）：
（1）电源输出电流I为
（2）电源输出端电压U1为
若不计连接导线电阻和开关的接触电阻，电源的输出端电压U1就等于负载两端的电压UL。所以，式（1-47）可以改写为
（3）负载端电压UL为
注意：电源输出端电压与负载端电压这两者在物理概念上是不同的。在实际的电力供电电路中，一般电源的输出端电压U1（如配电房的输出电压）与负载端电压UL（如客户用电器端电压）是不一样的。这一点读者考虑一下，为什么？所以，在实际电路检修和电路故障排除的过程中要注意测量点的位置。
（4）电路的功率平衡关系。
将式（1-48）中各项乘以电流I，得到的功率平衡式为
ULI=USI-I2RS
即
PL=PE-ΔP
其中，PE=USI，为电源电动势产生的功率；ΔP=I2RS，为电源内阻损耗的功率；PL=ULI，为负载电阻取用的功率。
综上所述，电路在通路状态下，电源输出的电流和功率大小取决于负载，并且电源电动势产生的功率PE应该等于负载取用的功率PL（包含输电线路等各电阻）与电源内阻损耗的功率ΔP之和，符合能量守恒定律。为了使电路经济、安全的工作，应该使电路的各物理量不超过额定值。
2.电路的开路状态（空载或断路）
当图1-44中开关S断开或电路中某处断开时，电路被切断，这时电路中没有电流。电路处于开路（或称断路）状态。电源此时输出的电流为零，又称为电源空载（或称开路）状态，如图1-45所示。
图1-45 开路工作状态
当电源处于空载状态时，具有以下特征（电流、电压和功率情况）：
（1）电路中没有电流I：I=0。
（2）电源的端电压U1：U1=UOC=US-IRS=US，其中，UOC是电源的开路电压或称为空载电压。
（3）电源不输出功率PE：PE=0。
（4）负载功率PL：PL=0。
虽然电路的开路状态使电流为零，但是，在足够高的电压下，断点间的绝缘材料会被击穿导电。若绝缘体是空气，则高电压产生的强电场使空气电离，断点间会产生瞬时电流脉冲通路，而产生“弧光放电”现象。例如，汽车发动机中的火花塞就是利用这个原理点燃发动机内的气燃混合物来产生汽车动力；日常家用燃气具的点燃也同样应用这个原理。
3.电路的短路状态
当电路中某段负载的两端被直接短接时，电路处于有短路现象的状态。如在图 1-46（a）中，a、c 两点用导线直接接通，则称为负载电阻 R1被短路，或称为电路出现了部分短路。而如在图1-46（b）中，a、b两点用导线直接接通，则称为负载全部被短路，或称为电源被短路。
图1-46 电路短路状态
当发生电源短路故障后，电源输出电流直接通过短路连接点流回电源，负载上电压为零。
当电源短路故障时有以下特征：
（1）电源输出电流I为
式中ISC——电源的短路电流。
（2）负载端电压U为
U=0
（3）负载的功率P为
P=0
（4）电源的功率PE为
其中，PE都消耗在电源内阻上，电源严重发热而损坏。
当电源短路时，短路电流将大大超过电源和导线允许的额定电流，此时必须及时切断，否则将会损坏电源、烧毁导线，甚至引起火灾等。
在供电线路中，由于绝缘破损、设备故障或操作不当等原因，都可能造成短路事故。所以，必须要有保护措施。简单可行的方法是在线路中接入熔断器FU（又称保险丝）或自动断路器。一旦发生短路事故，它将迅速把事故电路自动切断，使电源和供电线路得到保护。
但也有些短路现象是出于工作需要而设置的电路工作状态。例如，电动机在起动时电流很大（是正常运行时电流的几倍），容易毁坏用于测量线路的电流表。若在电流表两端并联一个短接开关S2，如图1-47所示。只要在电动机起动前合上开关，使电流表短接，电流表就得到了保护。待电动机起动过程结束后，再把开关打开，电流表就能显示电动机的工作电流了。为了区别于事故短路现象，将工作短路操作称为短接或称为旁路。
图1-47 熔断器的短路保护和短接开关的旁路作用
例 1-14有一个电源，当开路时，电源的端电压UOC=12V，当有载工作时，电源输出电流I=2A，此时，电源端电压U=11.8V，求
（1）电源电动势的端电压US；
（2）电源的内阻RS；
（3）发生电源短路时的短路电流ISC。
解：
由题意画出电路图，如图1-48所示。
图1-48 例1-14图
（1）电源电动势的端电压US为
US=UOC=12V
（2）电源的内阻RS为
（3）电源的短路电流ISC为
可见，电源的短路电流很大，本例中电路的工作电流是I=2A，而电源短路时的电流是工作电流的60倍。