水泵将河中的水抽到山顶的A处,水到达A处后再流到B处,水到B处后流往C处(河中),然后水泵又将河中的水抽到A处,这样使得水不断循环流动。水为什么能从A处流到B处,又从B处流到C处呢? 这是因为A处水位较B处水位高,B处水位较C处水位高。要测量A处和B处水位的高度,必须先要找一个基准点(零点),就像测量人的身高要选择脚底为基准点一样,这里以河的水面为基准(C处)。AC之间的垂直高度为A处水位的高度,用HA表示;BC之间的垂直高度为B处水位的高度,用HB表示。由于A处和B处水位高度不一样,它们存在着水位差,该水位差用 HAB表示,它等于 A 处水位高度 HA与 B 处水位高度 HB之差,即HAB=HA-HB。为了让A处源源不断有水往B、C处流,需要水泵将低水位的河水抽到高处的A点,这样做水泵是需要消耗能量的(如耗油)。
1.电位
电路中的电位、电压和电动势与上述水流情况很相似。如图 1-5 所示,电源的正极输出电流,流到A点,再经R1流到B点,然后通过R2流到C点,最后流到电源的负极。与图1-4所示水流示意图相似,图1-5所示电路中的A、B点也有高低之分,只不过不是水位,而称为电位,A点电位较B点电位高。为了计算电位的高低,也需要找一个基准点作为零
点,为了表明某点为零基准点,通常在该点处画一个“⊥ ”符号,该符号称为接地符号,接地符号处的电位规定为0V,电位单位不是米(m),而是伏特(简称伏),用“V”表示。在图1-5所示电
路中,以C点为0V(该点标有接地符号),A点的电位为3V,表示为VA=3V;B点电位为1V,表示为VB=1V。
- 电压
图1-5所示电路中的A点和B点的电位是不同的,有一定的差距,这种电位之间的差距称为电位差,又称电压。A点和B点之间的电位差用UAB表示,它等于A点电位VA与B点电位VB的差,即UAB=VA-VB=3V-1V=2V。因为A点和B点电位差实际上就是电阻器R1两端的电位差(即电压), R1两端的电压用UR1表示,所以UAB=UR1。
3.电动势
为了让电路中始终有电流流过,电源需要在内部将流到负极的电流源源不断地“抽”到正极,使电源正极具有较高的电位,这样正极才会输出电流。当然,电源内部将负极的电
流“抽”到正极需要消耗能量(如干电池会消耗掉化学能)。电源消耗能量在两极建立的电位差称为电动势,电动势的单位也为伏特,图1-5所示电路中电源的电动势为3V。由于电源内部的电流是由负极流向正极,故电源的电动势方向规定为从电源负极指向正极。 - 电路有3种状态:通路、开路和短路,这3种状态的电路如图1-6所示。
图1-6 电路的3种状态
1.通路
图1-6(a)所示电路处于通路状态。电路处于通路状态的特点有:电路畅通,有正常的电流流过负载,负载正常工作。
2.开路
图1-6(b)所示电路处于开路状态。电路处于开路状态的特点有:电路断开,无电流流过负载,负载不工作。
3.短路
图1-6(c)所示电路处于短路状态。电路处于短路状态的特点有:电路中有很大电流流过,但电流不流过负载,负载不工作。由于电流很大,电源和导线很容易被烧坏。
1.接地
接地在电子电路中应用广泛,电路中常用图1-7所示的符号表示接地和接机壳。
为了便于初学者理解,本书将接地和接机壳统一成接地来说明。在电子电路中,接地的含义不是表示将电路连接到大地,而是有以下的意义。
① 在电路中,接地符号处的电位规定为 0V。在图1-8(a)所示电路中,A 点标有接地符号,规定A点的电位为0V。
② 在电路中,标有接地符号的地方都是相通的。图1-8(b)所示的两个电路,虽然从形式上
看不一样,但电路的实际连接是一样的,故两个电路中的灯泡都会亮。
图1-7 接地和接机壳符号