基础篇
第1章 电工基础知识
1.1 电路基础
1.1.1 电流与电动势
1 电流
在导体的两端加上电压，导体内的电子就会在电场力的作用下做定向运动，形成电流。电流的方向规定为电子（负电荷）运动的反方向，即电流的方向与电子运动的方向相反。
图1-1为由电池、开关、灯泡组成的电路模型，当开关闭合时，电路形成通路，电池的电动势形成电压，继而产生了电场力，在电场力的作用下，处于电场内的电子便会定向移动，从而形成电流。
图1-1 由电池、开关、灯泡组成的电路模型
提示说明
电流的大小称为电流强度，它是指在单位时间内通过导体横截面的电荷量。电流强度使用字母“I”（或i）来表示，电荷量使用“Q”表示。若在时间t（s）内通过导体横截面的电荷量是Q，则电流强度可用下式计算：
电流强度的单位为安培，简称安，用字母“A”表示。根据不同的需要，还可以用千安（kA）、毫安（mA）和微安（μA）来表示。它们之间的关系为
1kA =1000A 1mA=10-3A 1μA=10-6A
2 电动势
电动势是描述电源性质的重要物理量，用字母“E”表示，单位为“V”（伏特，简称伏）。它是表示单位正电荷经电源内部，从负极移动到正极所做的功，标志着电源将其他形式的能量转换成电路的动力，即电源供应电路的能力。
电动势用公式表示，即
式中，E为电动势，单位为伏特（V）；W为将正电荷经电源内部从负极引到正极所做的功，单位为焦耳（J）；Q为移动的正电荷数量，单位为库仑（C）。
图1-2为由电池、开关、可变电阻器构成的电路模型。
图1-2 由电池、开关、可调电阻器构成的电路模型
在闭合电路中，电动势是维持电流流动的电学量，电动势的方向规定为经电源内部，从电源的负极指向电源的正极。电动势等于路端电压与内电压之和，用公式表示为
E=U路+U内=IR+Ir
式中，U路表示路端电压（即电源加在外电路端的电压）；U内表示内电压（即电池因内阻自行消耗的电压）；I表示闭合电路的电流；R表示外电路总电阻（简称外阻）；r表示电源的内阻。
提示说明
对于确定的电源来说，电动势E和内阻r都是一定的。若闭合电路中外电阻R增大，电流I便会减小，内电压U内减小，故路端电压U路增大。若闭合电路中外电阻R减小，电流I便会增大，内电压U内增大，故路端电压U路减小。当外电路断开，外电阻R无限大，电流I便会为零，内电压U内也变为零，此时路端电压就等于电源的电动势。
1.1.2 电位与电压
1 电位
电位是指该点与指定的零电位的大小差距。电位也称电势，单位是伏特（V），用符号“φ”表示。它的值是相对的，电路中某点电位的大小与参考点的选择有关。
图1-3是由电池、三个阻值相同的电阻和开关构成的电路模型（电位的原理）。电路以A点作为参考点，A点的电位为0V（即φA=0V），则B点的电位为0.5V（即φB=0.5V），C点的电位为1V（即φC=1V），D点的电位为1.5V（即φD=1.5V）。
图1-3 由电池、三个阻值相同的电阻和开关构成的电路模型（一）
图1-4为以B点为参考点，B点的电位为0V（即φB=0V），则A点的电位为-0.5V（即φA=-0.5V），C点的电位为0.5V（即φC=0.5V），D点的电位为1V（即φD=1V）。
图1-4 由电池、三个阻值相同的电阻和开关构成的电路模型（二）
提示说明
若以C点为参考点，C点的电位即为0V（即φC=0V），则A点的电位为-1V（即φA=-1V），B点的电位为-0.5V（即φB=-0.5V），D点的电位为0.5V（即φD=0.5V）。若以D点为参考点，D点的电位为0V（即φD=0V），则A点的电位为-1.5V（即φA=-1.5V），B点的电位为-1V（即φB=-1V），C点的电位为-0.5V（即φC=-0.5V）。
2 电压
电压也称电位差（或电势差），单位是伏特（V）。电流之所以能够在电路中流动是因为电路中存在电压，即高电位与低电位之间的差值。
图1-5为由电池、两个阻值相等的电阻器和开关构成的电路模型。
图1-5 电池、两个阻值相等的电阻器和开关构成的电路模型