1.1电路的基本概念

1.1.1 什么是电

在中学物理学中，我们曾学习过摩擦生电。用梳子梳理干燥的头发时，常常会听到“噼噼、啪啪”的响声，如果在黑夜里，还会看到一些细小的火花。将这把梳子放到一撮小纸屑的近旁，小纸屑会被梳子吸起来。电是什么呢？电是一种特殊的能量，称为电能。

世界是物质的。自然界的一切物质都是由分子组成的。分子又是由原子组成的。每一种原子都有一个处在中心的原子核，在原子核周围有若干个电子沿着一定的轨道做着高速度的旋转运动。原子核是带正电的，而电子是带负电的。在原子未受外力的作用时，原子核所带的正电荷与外层电子所带的负电荷相等。原子对外界处于平衡状态，不显电性。

不同的原子，其原子核的质量及其周围的电子数目是不同的。如铜原子和铝原子，它们的原子结构如图1-1所示。铜原子核内有29个带正电的质子，核外有29个带负电的中子。电子呈四层分布，最外层只有一个电子，如图1-1（a）所示。铝原子核内有13个质子，核外有与质子数相等的13个中子，最外层只有一个电子，如图1-1（b）所示。

那些处在最外层轨道上的电子，由于它们距离原子核比较远，受到原子核的束缚力比较弱，在受到外界因素（如热、光、机械力）影响时，很容易脱离自己的轨道，摆脱原子核的束缚，成为自由电子。铜、铝等金属物质都具有不稳定的外层电子，在常温下就会脱离轨道成为自由电子（如每cm3铜中包含8×1032个自由电子）。

如果原子失掉一个或几个外层电子，则它的电平衡就被破坏了，正电荷多于负电荷，这个原子就带正电；同理，飞出轨道的电子被另外的原子所吸收，另外的那个原子就带负电。这就是电的本质。

我们使用的电是由发电厂发电机组发出的，经高压输电、变电送到千家万户。目前，发电的方式很多，如火力发电、水力发电、太阳能发电、风力发电及核能发电等。

1.1.2 什么是电路

电路就是电流所通过的路径。

1．电路的结构形式

电路是由元器件按一定方式组合而成的。图1-2所示的电路是一个最简单的手电筒实物连接电路，由电源（干电池）、负载（电灯泡）和中间环节（包括连接导线和开关）三部分组成。在电路中，随着电流的流动，进行着不同形式能量之间的转换。

电源是将非电能转换成电能的装置。例如，干电池和蓄电池是将化学能转化成电能，而发电机是将热能、水能或原子能等转换成电能。所以，电源是电路中的能量来源，是推动电流运动的源泉，在它的内部进行着由非电能到电能的转换。

负载是将电能转换成非电能的装置，如电灯泡将电能转换成光能、电炉将电能转换成热能、电动机将电能转换成机械能等。所以，负载是电路中的受电器，是取用电能的装置，在它的内部进行着由电能到非电能的转换。

中间环节是把电源与负载连接起来的部分，起传递和控制电能的作用。

2．简单的电路

图1-3是图1-2的电路图。电路元件有干电池E、电灯泡HL、开关S和导线。电灯泡HL是电阻元件R；E是电源，内电阻为Ro；连接干电池与电灯泡的中间环节是开关S，其电阻可以忽略不计，认为是一无电阻的理想导体。

3．电路的作用

（1）传递和处理信号

电路的作用之一是传递和处理信号，常见的如扩音机，先由话筒把语言或音乐（通常称为信息）转换为相应的电压和电流，即电信号，而后通过电路传递到扬声器，把电信号还原为语言或音乐。由于话筒输出的电信号比较微弱，不足以推动扬声器发音，因此中间还要用放大器来放大。信号的这种转换和放大，称为信号的处理。

（2）传输和转换信号

供电系统中的电力电路起着实现电能的传输和转换的作用。把发电厂发出的高压电通过高压线路传输到各地，然后通过变压器把高压电转换成低压电。这类电路，一般要求在传输和转换过程中，尽可能地减少能量损耗以提高效率。