1.3 电路

1.3.1 电路

电路就是电流通过的路径。如在“绪论”中所述，人类对电能的利用主要体现在两个方面：一是作为能源，二是作为信号。因此电路的作用也有两个方面：一是实现电能的传输和转换，如图1.6所示，通过电网（电路）将发电站发出的电输送到各个用电的地方，供各种电气设备使用，将电能转换成我们所需要的各种能量；电路的另一个作用是实现信号的传输、处理和储存，如电视接收天线将具有音像信息的电视信号通过高频传输线输送到电视机中，经过电视机的处理还原出原来的音像信息，在电视机的屏幕上显示出图像并在扬声器中发出声音。

1.3.2 电路的组成

如图1.7所示的手电筒电路就构成一个最简单也是最基本的电路。所谓“电路”，就是电流通过的路径。一个基本的电路由三部分组成。

①电源。电源在电路中的作用是将非电形态的能量转换成电能[如图1.7（a）中所示的干电池]。一般把电源内部的电路称为“内电路”[图1.7（b）的虚线部分]，而把电源外部的电路称为“外电路”。

②负载。负载是将电能转换成非电形态能量的用电设备[如图1.7（a）中的小电珠]。

③连接导线和起控制、保护作用的电器（如开关、熔断器）等[如图1.7（a）中的手电筒开关]。

1.3.3 电路的状态

电路有三种状态：开路、工作和短路。

1.开路状态

如果图1.7中的开关S没有闭合，负载RL与电源E断开，电路中没有电流流过，此时电源与负载之间没有能量的转换和传输，电路的这种状态称为“开路”。在开路时，电路中电流I = 0，电源的两个输出端A、B之间的电压称为电源电动势E，E的方向由低电位端指向高电位端[如图1.7（b）所示]，即

U = E

2.工作状态

当图1.7中的开关合上时，电路接通，电流在回路中流过，进行能量的转换和传输，电路处于工作状态（也称为“通路状态”）。根据能量守恒定律，在电源内部所产生的电能应等于负载所消耗的电能加上电源内部（内电阻）和线路所消耗的电能。在通路状态下，电路的电流与电动势E及负载电阻RL、电源内阻Ri之间的关系为

公式（1.2）为“全电路欧姆定律”，对应公式（1.1）为部分电路欧姆定律。

当加在电气设备（负载）上的电压为额定电压，流过电气设备的电流为额定电流时，该设备消耗的功率为额定功率，此时该设备工作在额定状态下，也称为该设备满载运行。如果电气设备所加的电压太高或流过的电流过大，极可能会使设备的绝缘材料老化甚至击穿导致设备损坏，称之为“过载运行”；反之，如果电气设备的电压与电流比额定值小很多，则不能达到合理的工作状态，也不能充分利用电气设备的工作能力，称之为“轻载运行”。

为使电气设备工作在合理的状态下，就应该使设备在额定工作状态（或者接近额定工作状态）下运行。因此，电气设备的制造厂商都为其产品标明了额定值——使产品在给定的工作条件下正常运行而规定的允许值，以供用户正确使用该产品。有的额定值直接标注在产品上，有的则印在一块金属铭牌上（如电动机或变压器，将在第3、第4章中介绍），所以电气设备的额定值有时也称为“铭牌值”。

3.短路状态

短路状态如图1.8所示，用一根导线将电源的输出端短接，电流不再流过负载。此时电源的输出端电压U = 0，电路中的电流I = E/Ri，因为电源的内电阻Ri一般很小，所以电路中的电流比正常工作时要大得多，会引起电源和导线过热而烧毁。所以在电路中接入短路保护的电器（如熔断器、断路器等，将在本书第4章介绍），在发生短路时能够自动及时地切断电路。