1.1.3 电路的三种工作状态

知识链接——学一学

电路有三种可能的工作状态：通路、断路和短路。

1. 通路

通路就是电源与负载接成闭合回路，即图1-11所示电路中开关S合上时的工作状态。短距离输电导线的电阻很小，常忽略不计，于是负载的电压降UL就等于端电压降U

若输电导线较长，就应当考虑它的电阻。实际上为了简化电路计算，常用等值的集中电阻来代表实际导线的分布电阻，如图1-11中用虚线表示的电阻Rl。

输电导线的横截面积应根据线路上的容许电压损失（一般规定为额定电压的5%）和最大工作电流适当选定，截面过细导线的电压损失太大，过粗则浪费材料。

2. 断路（开路）

断路就是电源与负载没有接通成闭合回路，也就是图1-11电路中开关S断开时的工作状态。断路状态相当于负载电阻等于无穷大，电路的电流等于零，即

RL=∞，I=0

此时电源不向负载供给电功率，即

PS=0，PL=0

这种情况称为电源空载。电源空载时的端电压称为断路电压或开路电压。电源的开路电压UOC就等于电源电动势E，即

3. 短路

短路就是电源未经负载而直接由导线接通成闭合回路，如图1-12所示。图中折线是指明短路点的符号。电源输出的电流就以短路点为回路而不流过负载。

若忽略输电线的电阻，短路时回路中只存在电源的内阻R0。这时的电流为

ISC称为短路电流。因为电源内阻R0一般都比负载电阻小得多，所以短路电流ISC总是很大的。

实际工作中，若电源短路状态不迅速排除，由于电流热效应，很大的短路电流将会烧毁电源、导线以及短路回路中接有的电流表、开关等，以致引起火灾。所以，电源短路是一种严重的事故，应严加防范。

许多短路事故是因绝缘损坏引起的；错误的接线或误操作也常导致电源短路。

为了避免短路事故所引起的严重后果，通常在电路中接入熔断器或自动断路器，以便在发生短路时迅速将故障电路自动切断。

实践操作——做一做

在实验线路板上，按图1-13所示连接电路，电路图中的电源采用直流稳压电源，电压选择为12Ⅴ；灯泡选择12Ⅴ/2W。进行以下操作：

（1）合上开关S，逐渐调大电源电压，直至12Ⅴ，观察灯泡情况。

（2）合上开关S，测量线路中的电流及灯泡两端的电压。断开开关S，测量线路中的电流及灯泡两端的电压，将测量数据记入表1-1中。

（3）断开开关S，将电压表接在电流表左侧时，再分别将开关S闭合、断开，测量线路中电流及电压。

（4）在图1-13所示电路中，断开开关S，电源电压调为12Ⅴ，电阻R0=10Ω，测量电源、灯泡、R0及开关两端的电压。闭合开关S，灯泡用一根导线短接，用电压表分别测量电源、灯泡、R0及开关两端的电压，将测量数据填入表1-2中。

在测量时应注意：所有需要测量的电压值，均以电压表测量的读数为准。E1、E2 也需测量，不应取电源本身的显示值。

问题研讨——想一想

（1）当开关S断开时，灯不亮，是因为电路中没有________。合上开关S，当电源电压由0Ⅴ 逐渐增大至12Ⅴ 时，灯泡发光情况________，要使灯泡正常发光，灯泡两端电压应（大于/小于/等于）灯泡的额定电压。

（2）对图1-13所示电路，开关S闭合，电压表分别接在电流表的左侧、右侧时，电流表、电压表的读数有何变化？为什么？在什么情况下将电压表接在电流表的左侧？又在什么情况下将电压表接在电流表的右侧？

（3）电路开路时，外电路的电阻对电源来说相当于多少？电路中电流为多少？电源两端的电压为多少？负载两端的电压为多少？

（4）电源短路时，外电路的电阻相当于______（零/无穷大），电路中电流相当于______（零/无穷大）。在电路的实际运行中，电源短路是不允许出现的，为了防止电源短路现象的发生，在实际电路中都采取了什么措施？