電路的基本概念與基本定律
電路的基本組成
電路及電路模型
1．電路的基本概念
任何實際電路通常是由多種電氣裝置及元器件組成的，無論是簡單電路還是複雜電路，電路中各元件所表徵出的電磁現象和能量轉換和特徵一般都比較複雜。 常見的電路元件有電阻元件、電容元件、電感元件、電壓源、電流源。
日常生活中最簡單的乙個實際電路——手電筒電路。它由乾電池（電源）、小燈泡（負載）、開關及連線導線（中間環節）、筒體組成。圖1-1（a）所示為電路實物圖，而其相對應的電路模型如圖（b）所示。
模型中的電阻元件r作為燈泡的電路模型，反映了將電能轉換為熱能和光能這一物理現象，主要具有消耗電能的性質；乾電池用電壓源e和電阻元件的串聯組合作為模型，分別反映了電池內儲化學能轉換為電能以及電池本身耗能的物理過程;筒體用來連線電池和燈泡，其電阻忽略不計，認為是無電阻的理想導體。連線導線也是用理想導線（電阻為零）表示。開關是用來控制電路的通斷。
電路是由電源、負載和中間環節組成，其中電源是提供電能的裝置，如發電機、訊號源等；
負載是指用電裝置，如電燈、空調、冰箱等；中間環節是作電源和負載的連線，如開關、導線等。
1．電路的基本組成
電路的基本組成包括以下四個部分：
（1）電源(供能元件)：為電路提供電能的裝置和器件(如電池、發電機等2）負載(耗能元件)：使用(消耗)電能的裝置和器件(如燈泡等用電器
（3）控制器件：控制電路工作狀態的器件或裝置(如開關等)。
（4）聯接導線：將電器裝置和元器件按一定方式聯接起來(如各種銅、鋁電纜線等)。
2、電路的作用
（ 1.實現電能的傳輸、分配與轉換
（2.實現訊號的傳遞與處理
電路的基本物理量
電流及電流的參考方向
1．電流
電流是電路中乙個具有大小和方向的基本物理量，
定義為在單位時間內通過導體截面的電通量或電荷量。
2．電流的單位
在國際單位制（si）中，電流的單位為安培（簡稱安），用a表示。常用的單位有千安（ka）, 毫安（ma）, 微安（μa）等。
3．電流的實際方向
物理中對基本物理量的實際方向規定：電流是正電荷運動的方向。也就是說，在物理學中，規定電流的方向是正電荷運動的方向，即電流的真實方向。
4．電流的參考方向
設定電流的參考方向是任意假定的電流方向，是任意選定的。若電路分析中計算出的電流值為正值，則說明電流的參考方向與實際方向相同；若電路分析中計算出的電流值為負值，則說明電流的參考方向與實際方向相反。於是在指定的電流參考方向下，電流值的正和負，就可以反映出電流的實際方向。
電壓及電壓的參考方向
1．電壓
電壓是電路中乙個具有大小和方向（極性）的重要物理量，又稱其為電壓差或電壓降，它與電路中的某兩點（如a,b）有關。電壓 uab的大小定義為在電路中，單位正電荷經任意路徑由節點a運動到節點b電場力所做的功。用公式表示為：
正電荷順著電場力的方向由a點移動到b點，電場力作正功，此時uab>0，所以a點到b點的電壓也稱電壓降。電壓總是指兩點之間而言， uab前乙個下標a代表起點，後乙個下標代表b代表終點，方向則由起點指向終點。
量值和方向都不隨時間變化的電壓稱為直流電壓, 用大寫字母u表示。量值和方向都隨時間變化的電壓稱為交流電壓, 用小寫字母u表示。
2、電壓的單位
在國際單位制（si）中，電壓的單位為伏特（簡稱伏），用v表示，常用單位還有千伏（kv）、毫伏（mv）。
1kv=103v 1mv=10-3v
3、電壓的實際方向
物理中對基本物理量的實際方向規定：電壓是高電位指向低電位的方向，即電位降低的方向；而電動勢是低電位指向高電位，即電位公升高的方向；
電壓的方向又稱為電壓的極性，其定義為如該電場力做功的數值為正，則a,b兩節點之間的電壓為正，反之亦然。
4、電壓的參考方向
電路中任意設定的電壓極性稱為電壓參考極性。如在分析計算電路中得到uab>0,說明電壓的真實極性與參考極性一致；反之則不一致 。
對於一段電路或元件兩端也可以任意選定乙個方向為電壓的參考方向，當電壓的實際方向與參考方向一致時，電壓為正值（ｕ＞0）；反之，當電壓的實際方向與參考方向相反時，電壓為負值（u＜0）。見圖1-6，箭頭方向為電壓的實際方向，正負極性表示電壓的參考方向，則u1的參考方向與實際方向一致，取u1>0,而u2的參考方向與實際方向不一致，取u2<0。
對電路中兩點之間的電壓也可以指定參考方向或參考極性。指定電壓參考方向後，電壓就成為乙個代數量。電壓的參考方向是任意指定的。
在電路中，電壓的參考方向可以用乙個箭頭表示，也可以用正（+）、負（－）極性來表示，由正極指向負極的方向就是電壓的參考方向，還可以用雙下標表示，
電流和電壓的關聯參考方向
乙個元件的電流或電壓的參考方向可以獨立地任意指定。如果指定流過元件的電流參考方向是從電壓正極性的一端指向負極性的一端，即兩者的參考方向一致，則把電流和電壓的這種參考方向稱為關聯參考方向，如圖1-7，即沿電流參考方向為電壓降低的參考方向；當兩者不一致時，稱為非關聯參考方向。人們常常習慣採用關聯參考方向。
關聯參考方向對負載而言，其電壓u和電流i的參考方向相同；對電源而言，其電流i參考方向與電動勢e的參考方向相同，而與電壓的參考方向相反。
在參考方向選定後，電流（或電壓） 值才有正負之分。對任何電路分析時都應先指定各處的電流i和電壓u的參考方向。
電動勢衡量電源做功能力的物理量叫做電源的電動勢。常用符號e或e(t)表示，e表示大小與方向都恆定的電動勢(即直流電源的電動勢)，e(t)表示大小和方向隨時間變化的電動勢，也可簡記為e。電動勢的國際單位制為伏特，記做v。
電動勢的大小等於電源力把單位正電荷從電源的負極，經過電源內部移到電源正極所作的功。如設w為電源中非靜電力(電源力)把正電荷量q從負極經過電源內部移送到電源正極所作的功，則電動勢大小為
電動勢的方向規定為從電源的負極經過電源內部指向電源的正極，即與電源兩端電壓的方向相反。
電功率與電能
1．電功率
電功率(簡稱功率)所表示的物理意義是電路元件或裝置在單位時間內吸收或發出的電能。兩端電壓為u、通過電流為i的任意二端元件的功率大小為
p = ui
功率的國際單位制單位為瓦特(w)，常用的單位還有毫瓦(mw)、千瓦(kw)，它們與w的換算關係是
1 mw = 10-3w； 1 kw = 103 w
乙個電路最終的目的是電源將一定的電功率傳送給負載，負載將電能轉換成工作所需要的一定形式的能量。即電路中存在發出功率的器件(供能元件)和吸收功率的器件(耗能元件)。
【例1-1】求圖1-8所示各元件的功率。
解：（a）電壓電流為關聯方向
p=ui=5×2=10w，
p>0，吸收10w功率。
（b）電壓電流為關聯方向
p=ui=5×(－2)=－10w，
p<0，發出10w功率。
（c）電壓電流為非關聯方向
p=－ui=－5×(－2)=10w，
p>0，吸收10w功率。
2．電能
電能是指在一定的時間內電路元件或裝置吸收或發出的電能量，用符號w表示，其國際單位制為焦爾(j)，電能的計算公式為
w = pt = uit
通常電能用千瓦小時()來表示大小，也叫做度(電)
1度(電) = 1 = 3.6 106 j
即功率為1000 w的供能或耗能元件，在1小時的時間內所發出或消耗的電能量為1度。
【例1-3】乙個電磁爐額定值為（220v,2000w）,每天累計使用2小時，問
(1)乙個月（按30天計算）用電多少度？
(2)每度電電費為0.39元，則應付電費多少元？
解： （1）乙個月的用電量為w＝pt＝2000×10-3×2×30kwh＝120度
（2）電費為￥＝0.39×120=46.8 元
電路中電位的計算
電位當在電路中任選一點為參考點，則某點到參考點的電壓降就叫做這一點（相對於參考點）的電位。參考點是可以任意選定的，但一經選定，各點電位的計算即以該點為準。
如果參考點變了，那麼電路中各點電位也隨之發生變化。參考點一般用符號「⊥」表示，並規定參考點的電位值為零。某點電位為正，說明該點電位比參考點高；某點電位為負，說明該點電位比參考點低。
在電路中的電位值是相對的，參考點選取的不同，電路中各點的電位也將隨之改變；電路中兩點間的電壓值是固定的，不會因參考點的不同而變，即與零電位參考點的選取無關。也就是說，若同一電路中參考點選擇不同，則同一點ａ或ｂ的電位也會不同，但兩點間的電位差uab卻保持不變。在直流電路中當電源的乙個極接地時，可省略電源不畫，而用沒有接地極的電位代替電源。
求取電路中電位的一般步驟：
(1) 選定電路中某點作為參考點，並規定參考點的電位值為零；
(2) 標出各電流參考方向並計算；
(3) 計算電路中各點與參考點間的電壓即為各點的電位。
電位與電壓的關係
電路中某點的電位其實就是該點與參考點之間的電壓，即ua= ua0，兩點間的電壓等於兩點間電位之差，即 uab=ua- ub。
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