在图1-1所示的电路中,自由电子的定向移动有点像自来水管中的水流,因而被称为电流。在电工技术中,电流通常用I或i表示。电流的大小用电流强度来描述,单位为安培(简称为安),用英文字母“A”表示。1 A的电流表示在1s的时间内通过电线截面的电量为1C。这里的电量是指参与定向移动的全部自由电子所携带的总电量。在物理学中,把1个电子所携带的电量作为电量的基本单位。因为电子本身很小,所带的电量也很少,在电力工程中,1个电子所带的电量没有多少实用价值。1C的电量大约为6.24×1019个电子所带电量的总和。由此不难想象,对于1 A的电流,1s中通过电线截面的电子数量是一个天文数字。实际应用中,比安培小的单位为毫安培(简称毫安),写作mA,1 mA=10-3A;更小的单位为微安培(简称微安),写作μA,1μA=10-3mA=10-6A。
如果对图1-1所示电路进一步思考,不免会有这样的疑问:当开关接通时,电路中为什么会产生电流? 显然,这是电路中存在电源的缘故。为了便于说明这个问题,仍然以自来水水管中的水流为例。要想使水不停地在水管中流动,管道中必须设置一台水泵,如图1-2所示。水泵只要均匀地高速运转,便会在其A、B两端产生并保持一个固定的水压差,管中的水就会持续不断地从A流向B。显然,水泵产生的水压差越大,水流越快。通俗地说,电路中电源的作用类似于水泵,它能在电路中产生并始终保持一个电压差,从而使电路中的自由电子做定向移动,即产生电流I。同样道理,电压差越大,电量流动越快,则电流I越大。
(a) 直流电路
(b)实际电路
图1-1 干电池、小灯泡、开关组成的电路
图1-2 水压差与水流
在电工技术中,电压差简称电压,通常用U或u来表示。电压的单位为伏特(简称伏),用V来表示。例如,1节干电池的电压为1.5 V,汽车电瓶的电压为12 V,电动自行车电瓶电压为36 V或48 V等。比伏大的单位为千伏,写作kV,1 kV=1 000 V;比伏小的单位为毫伏,写作mV,1 mV=0.001 V=10-3V。
如果要保持1Ω电阻中通过的电流为1A,则其两端需要的电压为1V。也可以反过来说:如果施加在1Ω电阻两端的电压为1 V,则通过它的电流为1 A。即1 A=1 V/1Ω或1V=1A×1Ω。