1.3 欧姆定律（课件）-高二《电工电子技术与技能》同步教学（科学出版社）

1.3 欧姆定律 金属导体中的自由电子作定向移动时，除了不断地相互碰撞外，还要与组成导体的原子相互碰撞，而这些碰撞阻碍了自由电子的定向移动，即宏观表现为导体对电流的阻碍作用，称为电阻，用R表示，单位为是Ω(欧［姆］)，简称欧。 常用的电阻单位还有kΩ（千欧）、MΩ（兆欧）。它们的关系为 1kΩ=103Ω 1MΩ=106Ω 1.3.1 电阻 1. 电阻 导体的电阻不仅和导体的材料种类有关，而且还和导体的几何尺寸有关。实验证明，同一材料的导体电阻和导体长度L成正比，和导体的截面积S成反比，这个结论称为电阻定律。公式为 2. 电阻定律 1.3 欧姆定律 通常金属导体的电阻随温度的升高而增大。在0～100℃之间，金属导体电阻所增加的相对数值，基本上与温度上升的值成正比，可以证得 R2=R1［1+α(t2-t1)］ (1.8) 到目前为止，科学家们已经发现了许多种金属及其化合物具有超导电性。超导电性的实用价值很大，其中最主要的应用是做成电磁铁的超导线圈以产生强磁场。例如，医学上利用核磁共振成像技术（CT），可早期诊断癌症，而超导磁铁是核磁共振波谱仪的关键部件。目前在世界范围内科学家们正致力于高温超导材料的研制和努力扩大它的应用范围，有的材料的超导转变温度达到了130K以上，中国科学家的研究处于世界领先水平。例如，中国科学院合肥分院研究出6T超导磁铁以及在三峡水电枢纽变电站超导技术上的应用等。这项新兴技术在实际应用方面已显示出良好的前景。 3. 电阻与温度的关系 1.3 欧姆定律 当电阻两端加上电压时，电阻中就会有电流通过，如图1.9所示。实验证明：在一段没有电动势而只有电阻的电路中，电流I的大小与电阻R两端的电压U的高低成正比，与电阻值R的大小成反比，这就是一段电路的欧姆定律。欧姆定律可以表示为 1. 一段电路的欧姆定律 1.3.2 欧姆定律 引入电导后，欧姆定律还可以写成 因为电阻R是一个常数，R就称为线性元件，由线性元件构成的电路叫做线性电路，含有非线性元件的电路叫做非线性电路。 图1.9 电路中的欧姆定律 1.3 欧姆定律 以直流发电机或蓄电池等作为电源供电给负载的电路如图1.10所示。图中电源的电动势E和电源的内阻R0构成了电源的内电路，如图中虚线框部分所示；负载电阻只是电源的外电路，外电路和内电路共同组成了闭合电路。闭合电路的欧姆定律可以表示为 2. 闭合电路的欧姆定律 图1.10 含电源的闭合电路 1.3 欧姆定律 电路中各点都有一定的电位，在检测电路和维修电器时，往往要测量和分析电路中各点的电位。前面说过，电位是一个相对量，要确定电位必须在电路中先选择一个参考点，令参考点的电位为零，那么电路中任一点的电位就是该点到参考点的电压。 在计算电路中各点电位时，要注意以下两点： 1）电路中某一点电位等于该点与参考点之间的电压。 2）参考点选得不同，电路中各点的电位值随之而改变，但是任意两点间的电压值是不变的，所以各点电位的高低是相对的，而两点间的电压值是绝对的。 1.3.3 电路中电位的计算 1.4 电功率与电能 电路中电流通过用电设备时，电能将转换成其他形式的能量而做功。单位时间内电流所做的功称为电功率，简称功率，用符号p表示。设在dt时间内电路转换的电能为dW，则有 在直流电路中，用电设备的电功率P与电源的电压U，通过的电流I及负载电阻的关系可表示为 在国际单位制中，电功率的单位是W(瓦［特］)，简称瓦，还可采用kW（千瓦）和mW（毫瓦）表示。它们的关系是 1kW=103W 1W=103mW 1.4.1 电功率 1.4 电功率与电能 用电设备在t1～t2的一段时间内消耗的电能W为 W=∫t2t1pdt (1.15) 在直流电路中,负载上的功率不随时间变化,用电设备工作一定时间t之后消耗的电能W可用下式表示 W=Pt (1.16) 当功率的单位用kW（千瓦）、时间的单位用h(小时)表示时，电能的单位为kWh（千瓦时），习惯上称度。一般电度表的计量单位都以度表示 1kW=36×106J 1.4.2 电能 当电流通过金属导体时，导体会发热。这是因为电流通过导体时，要克服导体电阻的阻碍作用而做功，促使导体分子的热运动加剧，就有部分电能转换为内能，使导体的温度升高，导体发出热量。这种由电能转化为内能而放出热量的现象，叫做电流的热效应。 1.4.3 电流的热效应 1.4 电功率与电能 已经知道电路由电源、负载和中间环节3个基本部分组成。在实际工作中，由于连接方式不同，电路的工作状态常有空载（开路）、短路和负载（通路）情况。下面以最简单的直流电路为例介绍