《恒定电流思维导图》
一、恒定电流基础
1.1 电流的形成
- 定义： 电荷的定向移动形成电流
- 条件：
- 存在自由电荷
- 存在电场（电压）
- 方向： 正电荷定向移动的方向（与负电荷定向移动方向相反）
- 单位： 安培（A）
1.2 电流强度
- 定义： 单位时间内通过导体横截面的电荷量
- 公式： I = Q/t
- 单位： 安培（A）
- 微观表达式： I = nqvS，其中：
- n: 单位体积内的自由电荷数
- q: 电荷的电荷量
- v: 电荷的定向移动速度
- S: 导体横截面积
1.3 电压
- 定义： 电场力做功与电荷量的比值
- 公式： U = W/q
- 单位： 伏特（V）
- 物理意义： 表示电场力做功的能力，即电势差。
1.4 电阻
- 定义： 导体对电流的阻碍作用
- 公式： R = U/I （定义式，适用于任何导体）
- 决定式： R = ρL/S，其中：
- ρ: 电阻率，与材料有关
- L: 导体长度
- S: 导体横截面积
- 单位： 欧姆（Ω）
- 影响因素： 材料、长度、横截面积、温度（金属电阻率随温度升高而增大，半导体电阻率随温度升高而减小）
1.5 欧姆定律
- 内容： 导体中的电流与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比。
- 公式： I = U/R
- 适用范围： 纯电阻电路（金属导体、电解液等）
- 理解： 电压是产生电流的原因，电阻是阻碍电流的因素。
二、电路
2.1 电路的组成
- 电源： 提供电压的装置
- 导线： 连接电路各元件，提供电流的通路
- 开关： 控制电路的通断
- 用电器： 将电能转化为其他形式能量的装置
2.2 电路的状态
- 通路： 电路中有电流通过
- 断路（开路）： 电路中无电流通过
- 短路： 用电器两端电压为零，电流直接通过电源（禁止短路！）
2.3 串联电路
- 特点：
- 电流：I = I1 = I2 = ... = In
- 电压：U = U1 + U2 + ... + Un
- 电阻：R = R1 + R2 + ... + Rn
- 分压规律：U1/U2 = R1/R2
- 应用：
- 分压
- 控制电路
2.4 并联电路
- 特点：
- 电压：U = U1 = U2 = ... = Un
- 电流：I = I1 + I2 + ... + In
- 电阻：1/R = 1/R1 + 1/R2 + ... + 1/Rn 或 R = (R1 * R2) / (R1 + R2) (仅适用于两个电阻并联)
- 分流规律：I1/I2 = R2/R1
- 应用：
- 分流
- 提供更大的电流
2.5 混合电路
- 定义： 既有串联又有并联的电路
- 处理方法： 将串联部分和并联部分分别等效成一个电阻，然后简化电路进行分析计算。
2.6 电路分析方法
- 电流法： 假设未知电流方向，根据节点电流定律和回路电压定律列方程求解。
- 电压法： 以某点为参考点，计算各点电势，从而求解各元件两端的电压和电流。
- 等效变换法： 将复杂电路等效成简单电路，方便分析计算。
三、电功与电功率
3.1 电功
- 定义： 电流所做的功
- 公式： W = UIt
- 单位： 焦耳（J）
- 常用公式：
- W = I²Rt
- W = U²/R * t
3.2 电功率
- 定义： 单位时间内电流所做的功
- 公式： P = W/t = UI
- 单位： 瓦特（W）
- 常用公式：
- P = I²R
- P = U²/R
- 额定功率： 用电器在额定电压下的功率
- 实际功率： 用电器在实际电压下的功率
3.3 焦耳定律
- 内容： 电流通过导体产生的热量与电流的平方成正比，与导体的电阻成正比，与通电时间成正比。
- 公式： Q = I²Rt
- 应用： 电热器、电炉等
3.4 电能表
- 作用： 测量用电器消耗的电能
- 单位： 千瓦时（kWh），俗称“度”
- 参数：
- 额定电压
- 额定电流
- 额定频率
- 脉冲常数 (imp/kWh 或 r/kWh)
四、测量
4.1 电流表
- 使用方法：
- 串联在电路中
- 电流从"+"端流入，从"-"端流出
- 选择合适的量程，避免超量程损坏仪表
- 内阻： 理想电流表内阻为零 (实际内阻很小，可忽略)
4.2 电压表
- 使用方法：
- 并联在用电器两端
- "+"端接高电位，"-"端接低电位
- 选择合适的量程，避免超量程损坏仪表
- 内阻： 理想电压表内阻无穷大 (实际内阻很大，电流表内阻很小)
4.3 伏安法测电阻
- 原理： 欧姆定律
- 方法：
- 电流表内接法：测量结果偏小，适用于小电阻测量
- 电流表外接法：测量结果偏大，适用于大电阻测量
- 选择原则：
- 大电阻用内接法 (Rₓ >> Rₐ)
- 小电阻用外接法 (Rₓ << Rᵥ)
4.4 电阻箱
- 作用： 提供可变电阻
- 使用方法： 通过调节旋钮改变接入电路的电阻值
五、电动势与内阻（补充）
5.1 电动势 (E)
- 定义： 非静电力（如化学能、光能等）做功把正电荷从负极移到正极的能力
- 公式： E = W/q (非静电力做功/电荷量)
- 单位： 伏特 (V)
- 物理意义： 电源提供能量的能力
5.2 内阻 (r)
- 定义： 电源内部的电阻
- 影响因素： 电源的材料、结构等
- 作用： 消耗部分电能，导致路端电压小于电动势
5.3 闭合电路欧姆定律
- 内容： 闭合电路中的电流与电动势成正比，与整个电路的总电阻成反比。
- 公式： I = E / (R + r)，其中R为外电路总电阻
- 路端电压： U = E - Ir
六、直流电动机（简单了解）
- 原理： 通电导体在磁场中受到力的作用
- 能量转化： 电能转化为机械能和内能
- 反电动势： 电动机转动时，线圈切割磁感线产生的感应电动势，方向与外加电压相反。