電路的功能，無論是能量的輸送和分配，還是信號的傳輸和處理，都要通過電壓、電流和電功率來實現(xiàn)。因此，在電路分析中，人們所關(guān)心的物理量是電流、電壓和電功率，在分析和計算電路之前，首先要建立并深刻理解這些物理量及其相互關(guān)系的基本概念。

　　1. 電流

　　(1)電流的大小 電荷的有規(guī)則的定向運動就形成了電流。長期以來，人們習(xí)慣規(guī)定以正電荷運動的方向作為電流的實際方向。

　　電流的大小用電流強(qiáng)度(簡稱電流)來表示。電流強(qiáng)度在數(shù)值上等于單位時間內(nèi)通過導(dǎo)線某一截面的電荷量，用符號i表示。則：

　　(1.1)

　　式中dQ為時間dt內(nèi)通過導(dǎo)線某一截面的電荷量。

　　大小和方向都不隨時間變化的電流稱為恒定電流，簡稱直流電流，采用大寫字母I表示，則

　　式中q為時間t內(nèi)通過導(dǎo)線某一截面的電荷量。

　　電流的單位是安培(簡稱安)，用符號A表示;電荷量的單位為庫侖(簡稱庫)，用符號C表示;時間的單位為秒，用符號s表示。當(dāng)電流很小時，常用單位為毫安(mA)或微安( );當(dāng)電流很大時，常用單位為千安(kA)。它們之間的換算關(guān)系為：

　　1A=1000mA

　　1A=1000000 A

　　1kA=1000A

　　(2)電流的實際方向與參考方向 電流不但有大小，而且還有方向。在簡單電路中，如圖1.3所示，可以直接判斷電流的方向。即在電源內(nèi)部電流由負(fù)極流向正極，而在電源外部電流則由正極流向負(fù)極，以形成一閉合回路。但在較為復(fù)雜的電路中，如圖1.4所示的橋式電路中，電阻R5的電流實際方向有時難以判定。

　　由此可見，在分析、計算電路時，電流的實際方向很難預(yù)先判斷出來，交流電路中的電流實際方向還在不斷地隨時間而改變，很難也沒有必要在電路圖中標(biāo)示其實際方向。為了分析、計算的需要，引入了電流的參考方向。

　　在電路分析中，任意選定一個方向作為電流的方向，這個方向就稱為電流的參考方向(如圖1.4中用實線表示的I5)，有時又稱為電流的正方向，當(dāng)然，所選定的參考方向并不一定就是電流的實際方向。當(dāng)電流的參考方向與實際方向相同時，電流為正值。反之，若電流的參考方向與實際方向相反，則電流為負(fù)值。這樣，電流的值就有正有負(fù)，它是一個代數(shù)量，其正負(fù)可以反映電流的實際方向與參考方向的關(guān)系。因此電流的正、負(fù)，只有在選定了參考方向以后才有意義。

　　電流的參考方向一般用實線箭頭表示，既可以畫在線上，如圖1.5(a)表示;也可以畫在線外，如圖1.5(b);還可以用雙下標(biāo)表示，如圖1.5(c)，其中，Iab表示電流的參考方向是由a點指向b點。

　　2. 電壓

　　(1)電壓的大小

　　電路中a、b兩點間電壓，在數(shù)值上等于將單位正電荷從電路中a點移到電路中b點時電場力所作的功，用Uab表示，則：

　　(1.2)

　　其中，為電場力把正電荷dQ從電路中a點移到電路中b點時所作的功。并規(guī)定：電壓的方向為電場力作功使正電荷移動的方向。

　　大小和方向都不隨時間變化的電壓稱為恒定電壓，簡稱直流電壓，采用大寫字母U表示，如a、b兩點間的直流電壓為：

　　式中Wab為電場力把正電荷Q從電路中a點移到電路中b點時所作的功。

　　電壓的單位為伏特(V)，常用的單位為千伏(KV)、毫伏(mV)、微伏( )。它們之間的換算關(guān)系為：

　　1V=1000mV

　　1V=1000000 V

　　1kV=1000V

　　(2)電壓的實際方向與參考方向

　　與電流類似，分析、計算電路時，也要預(yù)先設(shè)定電壓的參考方向。同樣，所設(shè)定的參考方向并不一定就是電壓的實際方向。當(dāng)電壓的參考方向與實際方向相同時，電壓為正值，當(dāng)電壓的參考方向與實際方向相反時，電壓為負(fù)值。這樣，電壓的值有正有負(fù)，它也是一個代數(shù)量，其正負(fù)表示電壓的實際方向與參考方向的關(guān)系。

　　電壓的參考方向既可以用實線箭頭表示，如圖1.6(a);也可以用正(+)、負(fù)(-)極性表示，如圖1.6(b)，正極性指向負(fù)極性的方向就是電壓的參考方向;還可以用雙下標(biāo)表示，如圖1.6(c)，其中，uab表示a、b兩點間的電壓參考方向由a指向b。

　　進(jìn)行電路分析時，對于一個元件，我們既要對流過元件的電流選取參考方向，又要對元件兩端的電壓選取參考方向，兩者是相互獨立的，可以任意選取。也就是說，它們的參考方向可以一致，也可以不一致。如果電流的參考方向與電壓的參考方向一致，則稱之為關(guān)聯(lián)參考方向，見圖1.7(a)所示;如果電流的參考方向與電壓的參考方向不一致，則稱之為非關(guān)聯(lián)參考方向，見圖1.7(b)所示。

　　當(dāng)選取電壓、電流方向為關(guān)聯(lián)參考方向時，電路圖上只需標(biāo)出電流的參考方向或電壓的參考方向，如圖1.8所示的是兩種等效的表示方法。

　　3.電功率與電能

　　如前所述，帶電粒子在電場力作用下作有規(guī)則運動，形成電流。根據(jù)電壓的定義，電場力所作的功為Wab=QUab，單位時間內(nèi)電場力所作的功稱為電功率，簡稱為功率。它是描述傳送電能速率的一個物理量，以符號P表示，即：

　　(1.3)

　　在式(1.3)中，若電流的單位為安培(A)，電壓的單位為伏特(V)，則功率的單位為瓦特(W)，簡稱為“瓦”。

　　用式(1.3)計算電路吸收的功率時，若電壓、電流的參考方向關(guān)聯(lián)，則等式的右邊取正號;否則取負(fù)號。當(dāng)p>0，表明元件吸收功率;當(dāng)p<0，表明該元件釋放功率。

　　當(dāng)已知設(shè)備的功率為P時，則在t秒內(nèi)消耗的電能為

　　W=Pt　　　　　　　　　　　　　 　　　　(1.4)

　　電能就等于電場力所作的功，單位是焦耳(J)。工程上，直接用千瓦小時(Kw.h)作單位，俗稱“度”。且1 Kw.H=3600000J。

　　例1.1 圖1.9中，用方框代表某一電路元件，其電壓、電流如圖中所示，求圖中各元件吸收的功率，并說明該元件實際上是吸收還是發(fā)出功率?

　　解：

　　(1)電壓、電流的參考方向關(guān)聯(lián)，元件吸收的功率

　　P = UI = 5×3 = 15W>0

　　元件實際上是吸收功率。

　　(2)電壓、電流的參考方向非關(guān)聯(lián)，元件吸收的功率

　　P = -UI = -5×3 = -15W<0

　　元件實際上是發(fā)出功率。

　　(3)電壓、電流的參考方向關(guān)聯(lián)，元件吸收的功率

　　P = UI =(-5)×3 = -15W<0

　　元件實際上是發(fā)出功率。

　　(4)電壓、電流的參考方向非關(guān)聯(lián)，元件吸收的功率

　　P =-UI =-(-5)×3 = 15W>0

　　元件實際上是吸收功率。

　　例1.2 在圖1.10所示電路中，方框表示電源或電阻，各元件的電壓和電流的參考方向如圖1.10(a)所示。通過測量得知：，I1 = 2A，I2 = 1A，I3 = 1A，U1 = 4V，U2 = -4V，U3 = 7V，U4 = -3V。

　　(1)試標(biāo)出各電流和電壓的實際方向。

　　(2)試求每個元件的功率，并判斷其是電源還是負(fù)載。

　　解：

　　(1)當(dāng)電流和電壓為正值，其實際方向與參考方向一致;而電流和電壓為負(fù)值，其實際方向和參考方向相反。按照上述原則，各電流和電壓的實際方向(用虛線表示)如圖1.10(b)所示。

　　(2)計算各元件的功率

　　元件1：電壓和電流參考方向一致

　　P1 = U1I1 = 4×2W = 8W>0，該元件吸收功率，為負(fù)載。

　　元件2：電壓和電流參考方向一致

　　P2 = U2I2 = -4×1W = -4W<0，該元件發(fā)出功率，為電源。

　　元件3：電壓和電流的參考方向不一致

　　P3 = -U3I3 = -7×1W = -7W<0，該元件發(fā)出功率，為電源。

　　元件4：電壓和電流的參考方向不一致

　　P4 = -U4I3 =-(-3)×1W = 3W>0，該元件吸收功率，為負(fù)載。