1.2 直流电路

1.2.1 直流电路的工作状态

直流电路是指电路中的电压、电流等物理量都为常数。通常电路有通路、开路和断路3种工作状态。

1. 通路

通路又称有载的工作状态。在如图1-1所示电路中，当开关S闭合时，电路形成闭合回路，为有载工作状态，电路中的电流为

当电源的电动势E和内电阻r0 为定值时，由上式可见，电路中电流的大小受负载大小的控制。随着负载电阻 RL 减小，电路中的电流增大；相反，当负载电阻RL 增大时，电路中的电流减小。

负载电阻两端的电压称为电源的端电压 U=IRL =E-Ir0。当电源电动势E和内阻r0不变时，随着负载电阻 RL 减小，电路中的电流增大，端电压U将随之减小；相反，当负载电阻RL增大时，电路中的电流减小，端电压U将随之增大。

2. 开路

当电路开关S断开或某点断开时，如图1-1所示，电路中没有电流，处于开路状态。开路时，电路的特征如下。

（1）电路中电流为零，即I=0。

（2）电源的端电压等于电源的电动势，即U0 =E。而负载RL两端电压U=0。

（3）电源不向负载提供电功率。

3. 短路

电路中某部分被导线直接连通起来，使该两端电压为零，这种现象称为电路的该部分短路。短路可能发生在电路的任意处，最严重的是电源短路，如图1-2所示。

在电源两端发生短路时，电流不经负载，直接从电源的正极经短路线流向负极。电路中电流称为短路电流。由于电源内阻r0很小，所以短路电流很大。电源所产生的功率全部消耗在内阻上，产生的巨大热量会将电源烧坏。因此，电源短路是一种严重电事故，应注意避免。通常在电路中接入熔断器或自动开关，当发生短路时，可迅速切除故障电路，以确保电源和其他设备的安全运行。

1.2.2 电阻的串并联

1. 电阻的串联

将两个或两个以上的电阻顺序首尾连接称为电阻的串联，如图1-3所示是两个电阻串联的电路。

电阻串联具有以下特点。

（1）各电阻上的电流相等，即I=I1 =I2。

（2）串联电路总电压等于各电阻上电压之和，即U=U1 +U2。

（3）串联电路的等效电阻等于各串联电阻之和，即R=R1 +R2。

（4）串联电阻具有分压作用，即各电阻上的电压与其电阻值成正比，即，，式中和称为分压比。

2. 电阻的并联

将两个或两个以上电阻的一端连接在一起，另一端也连接在一起，如图1-4所示是两个电阻并联的电路。

电阻的并联具有以下特点。

（1）并联电路中各支路的电压相等，即U=U1 =U2。

（2）并联电路的总电流等于各支路电流之和，即I=I1 +I2。

（3）并联电路的等效电阻的倒数等于各支路电阻倒数之和，即。

（4）电阻并联具有分流作用，当两个电阻并联时，流过每个电阻的电流与其电阻值成反比，即，I，式中和称为分流比。

1.2.3 欧姆定律

1. 部分电路欧姆定律

如图1-5所示，流过电阻R的电流为I，电阻R两端的电压为U，则流过电阻R的电流与电阻两端的电压成正比，与电阻R成反比，这就是欧姆定律，即。

2. 全电路欧姆定律

在电源和负载通过导线连接的闭合电路中，电路的电流与电源的电动势成正比，与电源的内阻和负载电阻之和成反比，称为全电路欧姆定律。如图1-6所示，电路的电流 I、电源的电动势E、内阻r0及负载电阻R之间的关系为。