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第一章 直流電路本章學(xué)習(xí)要點(diǎn)： 1熟悉電流、電壓、電阻、電功率、電功等常用的物理量；2了解常用電氣元件的電路符號，能夠看懂電路圖的連接關(guān)系； 3熟練掌握歐姆定律的兩種形式，明確U，J，R，E，r之間的關(guān)系； 4準(zhǔn)確辨識簡單電路電阻的串、并聯(lián)關(guān)系，掌握兩種連接形式中每個元件上電壓、電流與總電壓、總電流的關(guān)系。現(xiàn)實(shí)生活中，我們經(jīng)常聽到或說起很多有關(guān)電方面的名詞、術(shù)語，也經(jīng)常有很多用電方面的困惑。這些名詞、術(shù)語究竟是怎樣定義的?它們之間有什么關(guān)系?是什么因素導(dǎo)致電壓的高低、電流的大小?為什么會發(fā)生由用電引發(fā)的火災(zāi)?為什么家里幾個月沒人住，還會產(chǎn)生電費(fèi)?很多經(jīng)常聽到的，看似簡單，又不容易說清的問題，通過本章的學(xué)習(xí)都會有明確的答案。 11 電學(xué)的基本物理量一、電量自然界中的一切物質(zhì)都是由分子組成的，分子又是由原子組成的，而原子是由帶正電荷的原子核和一定數(shù)量帶負(fù)電荷的電子組成的。在通常情況下，原子核所帶的正電荷數(shù)等于核外電子所帶的負(fù)電荷數(shù)，原子對外不顯電性。但是，用一些辦法，可使某種物體上的電子轉(zhuǎn)移到另外一種物體上。失去電子的物體帶正電荷，得到電子的物體帶負(fù)電荷。物體失去或得到的電子數(shù)量越多，則物體所帶的正、負(fù)電荷的數(shù)量也越多。物體所帶電荷數(shù)量的多少用電量來表示。電量是一個物理量，它的單位是庫侖，用字母C表示。1C的電量相當(dāng)于物體失去或得到6.251018個電子所帶的電量。 二、電流 電荷的定向移動形成電流。電流有大小，有方向。1電流的方向1、人們規(guī)定正電荷定向移動的方向?yàn)殡娏鞯姆较颉＝饘賹?dǎo)體中，電流是電子在導(dǎo)體內(nèi)電場的作用下定向移動的結(jié)果，電子流的方向是負(fù)電荷的移動方向，與正電荷的移動方向相反，所以金屬導(dǎo)體中電流的方向與電子流的方向相反，如圖11所示。 2電流的大小電學(xué)中用電流強(qiáng)度來衡量電流的大小。電流強(qiáng)度就是l秒鐘通過導(dǎo)體截面的電量。電流強(qiáng)度用字母表示，計(jì)算公式如下：式中 電流強(qiáng)度，單位安培(A)； 在t秒時間內(nèi)，通過導(dǎo)體截面的電量數(shù)，單位庫侖(C)； 時間，單位秒(s)。 實(shí)際使用時，人們把電流強(qiáng)度簡稱為電流。電流的單位是安培，簡稱安，用字母A表示。如果1秒內(nèi)通過導(dǎo)體截面的電量為1庫侖，則該電流的電流強(qiáng)度為1安培，習(xí)慣簡稱電流為1安。實(shí)際應(yīng)用中，除單位安培外，還有千安()、毫安()和微安()。它們之間的關(guān)系為：三、電壓為了弄清楚電荷在導(dǎo)體中定向移動而形成電流的原因，我們對照圖12a水流的形成來理解這個問題。 從圖12a可以看到外水由一A槽經(jīng)C管向8槽流去。水之所以能在C管中進(jìn)行定向移動，是由于A槽水位高，B槽水位低所致：A，B兩槽之間的水位差即水壓，是實(shí)現(xiàn)水形成水流的原因。與此相似，當(dāng)圖12b中的開關(guān)S閉合后，電路里就有電流。這是因?yàn)殡娫吹恼龢O電位高，負(fù)極電位低。兩個極間電位差(電壓)使正電荷從正極出發(fā)，經(jīng)過負(fù)載R移向負(fù)極形成電流。所以，電壓是自由電荷發(fā)生定向移動形成電流的原因。在電路中電場力把單位正電荷由高電位a點(diǎn)移向低電位b點(diǎn)所做的功稱為兩點(diǎn)間的電壓，用表示。所以電壓是a與b兩點(diǎn)間的電位差，它是衡量電場力做功本領(lǐng)大小的物理量。 電壓用字母U表示，單位為伏特，電場力將1庫侖電荷從a點(diǎn)移到b點(diǎn)所做的功為1焦耳，則ab間的電壓值就是1伏特，簡稱伏，用字母V表示。常用的電壓單位還有千伏(kV)，毫伏(mV)等。它們之間的關(guān)系為： 1 kV=Vl V=mV 電壓與電流相似，不但有大小，而且有方向。對于負(fù)載來說，電流流人端為正端，電流流出端為負(fù)端。電壓的方向是由正端指向負(fù)端，也就是說負(fù)載中電壓實(shí)際方向與電流方向一致。在電路圖中，用帶箭頭的細(xì)實(shí)線表示電壓的方向。四、電動勢、電源 在圖12a中，為使水在C管中持續(xù)不斷地流動，必須用水泵把B槽中的水不斷地泵入A槽，以維持兩槽間的固定水位差，也就是要保證C管兩端有一定的水壓。在圖12b中，電源與水泵的作用相似，它把正電荷由電源的負(fù)極移到正極，以維持正、負(fù)極間的電位差，即電路中有一定的電壓使正電荷在電路中持續(xù)不斷地流動。電源是利用非電力把正電荷由負(fù)極移到正極的，它在電路中將其他形式能轉(zhuǎn)換成電能。電動勢就是衡量電源能量轉(zhuǎn)換本領(lǐng)的物理量，用字母E表示，它的單位也是伏特，簡稱伏，用字母V表示。 電源的電動勢只存在于電源內(nèi)部。人們規(guī)定電動勢的方向在電源內(nèi)部由負(fù)極指向正極。在電路中也用帶箭頭的細(xì)實(shí)線表示電動勢的方向，如圖12b所示。當(dāng)電源兩端不接負(fù)載時，電源的開路電壓等于電源的電動勢，但二者方向相反。生活中用測量電源端電壓的辦法，來判斷電源的狀態(tài)。比如測得工作電路中兩節(jié)5號電池的端電壓為2.8 V，則說明電池電量比較充足。五、電阻 一般來說，導(dǎo)體對電流的阻礙作用稱為電阻，用字母R表示。電阻的單位為歐姆，簡稱歐，用字母表示。如果導(dǎo)體兩端的電壓為1伏，通過的電流為1安，則該導(dǎo)體的電阻就是1歐。常用的電阻單位還有千歐(k)、兆歐(M)。它們之間的關(guān)系為： 1 k=1 M=k應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)指出：電阻是導(dǎo)體中客觀存在的，它與導(dǎo)體兩端電壓變化情況無關(guān)，即使沒有電壓，導(dǎo)體中仍然有電阻存在。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)溫度一定時，導(dǎo)體電阻只與材料及導(dǎo)體的幾何尺寸有關(guān)。對于二根材質(zhì)均勻、長度為L、截面積為S的導(dǎo)體而言，其電阻大小可用下式表示：式中 導(dǎo)體電阻，單位為歐()；導(dǎo)體長度，單位為米(m)；導(dǎo)體截面積，單位為平方毫米()；電阻率，單位為歐米(m)。式中電阻率是與材料性質(zhì)有關(guān)的物理量。電阻率的大小等于長度為1m，截面積為1的導(dǎo)體在一定溫度下的電阻值，其單位為歐米(：m)。例如，銅的電阻率為1.7m，就是指長為1m，截面積為1mmz的銅線的電阻是1.7。幾種常用材料在20時的電阻率見表11。從表中可知，銅和鋁的電阻率較小，是應(yīng)用極為廣泛的導(dǎo)電材料。以前，由于我國鋁的礦藏量豐富，價格低廉，常用鋁線作輸電線。由于銅線有更好的電氣特性，如強(qiáng)度高、電阻率小，現(xiàn)在銅制線材被更廣泛應(yīng)用。電動機(jī)、變壓器的繞組一般都用銅材。表11 幾種常用材料在20時的電阻率材料名稱電阻率(m)銀1.6銅1.7鋁2.9鎢5.3鐵1.0康銅5.0錳銅4.4鋁鉻鐵電阻絲1.2六、電功、電功率 電流通過用電器時，用電器就將電能轉(zhuǎn)換成其他形式的能，如熱能、光能和機(jī)械能等。我們把電能轉(zhuǎn)換成其他形式的能叫做電流做功，簡稱電功，用字母W表示。電流通過用電器所做的功與用電器的端電壓、流過的電流、所用的時間和電阻有以下的關(guān)系： 如果公式(13)中，電壓單位為伏，電流單位為安，電阻單位為歐，時間單位為秒，則電功單位就是焦耳，簡稱焦，用字母J表示。電流在單位時間內(nèi)通過用電器所做的功稱為電功率，用字母P表示。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為： 將公式(13)代入公式14后得到： 若在公式(14)中，電功單位為焦耳，時間單位為秒，則電功率的單位就是焦耳/秒。焦耳/秒又叫瓦特，簡稱瓦，用字母W表示。在實(shí)際工作中，常用的電功率單位還有千瓦(kW)、毫瓦(mW)等。它們之間的關(guān)系為：1kW=W1W=mW從公式15中可以得出如下結(jié)論：1當(dāng)用電器的電阻一定時，電功率與電流平方或電壓平方成正比。若通過用電器的電流是原來電流的2倍，則電功率就是原功率的4倍；若加在用電器兩端電壓是原電壓的2倍,則電功率就是原功率的4倍。2當(dāng)流過用電器的電流一定時，電功率與電阻值成正比。對于串聯(lián)電阻電路，流經(jīng)各個電阻的電流是相同的，則串聯(lián)電阻的總功率與各個電阻的電阻值的和成正比。3當(dāng)加在用電器兩端的電壓一定時，電功率與電阻值成反比。對于并聯(lián)電阻電路，各個電阻兩端電壓相等，則各個電阻的電功率與各電阻的阻值成反比。在實(shí)際工作中，電功的單位常用千瓦小時(kWh)，也叫“度”。1千瓦小時是1度，它表示功率為1千瓦的用電器1小時所消耗的電能，即：1kWh=1kW1h=3.6J例題1 一臺42英寸(1英寸=2.54厘米)等離子電視機(jī)的功率約為300W，平均每天開機(jī)3小時，若每度電費(fèi)為人民幣0.48元，問一年(以365天計(jì)算)要交納多少電費(fèi)?解：電視機(jī)的功率P=300 W=0.3 kW電視機(jī)一年開機(jī)的時間t=3365=1 095 h電視機(jī)一年消耗的電能W=Pt=0.31 095=328.5 kWh一年的電費(fèi)為328.50.48=157.68元想一想：現(xiàn)在的電氣在不工作時經(jīng)常是通電的，(待機(jī)狀態(tài))，此時的功耗很低，一般不超過10 W(計(jì)算時可以估算為5 W)，假定家中有空調(diào)、電視機(jī)、DVD播放器、家庭影院功放、計(jì)算機(jī)主機(jī)、計(jì)算機(jī)顯示器，如果這些電氣長期處在待機(jī)狀態(tài)，它們一年要消耗多少電費(fèi)?有沒有其他問題? 七、電流的熱效應(yīng)電流通過導(dǎo)體使導(dǎo)體發(fā)熱的現(xiàn)象叫做電流的熱效應(yīng)。電流的熱效應(yīng)是電流通過導(dǎo)體時電能轉(zhuǎn)換成熱能的效應(yīng)。 電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量，用焦耳一楞次定律表示如下：式中 熱量，單位焦耳(J)； 通過導(dǎo)體的電流，單位安培(A)； 導(dǎo)體電阻，一單位歐姆()； 導(dǎo)體通過電流的時間，單位秒(S)焦耳一楞次定律的物理意義是：電流通過導(dǎo)體所產(chǎn)生的熱量，與電流強(qiáng)度的平方、導(dǎo)體的電阻及通電時間成正比。 在生產(chǎn)和生活中，應(yīng)用電流熱效應(yīng)制作各種電氣。如白熾燈、電烙鐵、電烤箱、熔斷器等在工廠中最為常見；電吹風(fēng)、電褥子等常用于家庭中。但是電流的熱效應(yīng)也有其不利的一面，如電流的熱效應(yīng)能使電路中不需要發(fā)熱的地方(如導(dǎo)線)發(fā)熱，導(dǎo)致絕緣材料老化，甚至燒毀設(shè)備，導(dǎo)致火災(zāi)，是一種不容忽視的潛在禍因。例題2 已知當(dāng)一臺電烤箱的電阻絲流過5 A電流時，每分鐘可放出1.2J的熱量，求這臺電烤箱的電功率及電阻絲工作時的電阻值。解： 根據(jù)公式(14)，電烤箱的電功率為：電阻絲工作時電阻值為：12 電 路一、電路的組成和作用 電流所流過的路徑稱為電路。它是由電源、負(fù)載、開關(guān)和連接導(dǎo)線等4個基本部分組成的，如圖13所示。電源是把非電能轉(zhuǎn)換成電能并向外提供電能的裝置。常見的電源有干電池、蓄電池和發(fā)電機(jī)等。負(fù)載是電路中用電器的總稱，它將電能轉(zhuǎn)換成其他形式的能。如電燈把電能轉(zhuǎn)換成光能；電烙鐵把電能轉(zhuǎn)換成熱能；電動機(jī)把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。開關(guān)屬于控制電器，用于控制電路的接通或斷開。連接導(dǎo)線將電源和負(fù)載連接起來，擔(dān)負(fù)著電能的傳輸和分配的任務(wù)。電路電流方向是由電源正極經(jīng)負(fù)載流到電源負(fù)極，在電源內(nèi)部，電流由負(fù)極流向正極，形成一個閉合通路。二、電路圖在設(shè)計(jì)、安裝或維修各種實(shí)際電路時，經(jīng)常要畫出表示電路連接情況的圖。如果是畫如圖13所示的實(shí)物連接圖，雖然直觀，但很麻煩。所以很少畫實(shí)物圖，而是畫電路圖。所謂電路圖就是用國家統(tǒng)一規(guī)定的符號，來表示電路連接情況的圖。表12是幾種常用的電工符號。圖14是圖13的電路圖。表12 幾種常用的電工符號名稱符號名稱符號電池電流表導(dǎo)線電壓表開關(guān)熔斷器電阻電容照明燈接地三、電路的三種狀態(tài) 電路有三種狀態(tài)：即通路、開路、短路。 通路是指電路處處接通。通路也稱為閉合電路，簡稱閉路。只有在通路的情況下，電路才有正常的工作電流開路是電路中某處斷開，沒有形成通路的電路。開路也稱為斷路，此時電路中沒有電流；短路是指電源或負(fù)載兩端被導(dǎo)線連接在一起，分別稱為電源短路或負(fù)載短路。電源短路時電源提供的電流要比通路時提供的電流大很多倍，通常是有害的，也是非常危險(xiǎn)的，所以一般不允許電源短路。 13 歐姆定律一、一段電阻電路的歐姆定律所謂一段電阻電路是指不包括電源在內(nèi)的外電路，如圖15所示。實(shí)驗(yàn)證明，二段電阻電路歐姆定律的內(nèi)容是，流過導(dǎo)體的電流強(qiáng)度與這段導(dǎo)體兩端的電壓成正比；與這殷導(dǎo)體的電阻成反比。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：式中 導(dǎo)體中的電流，(A)； 導(dǎo)體兩端的電壓，(V)；導(dǎo)體的電阻，()。在公式（17)中，已知其中兩個量，就可以求出第三個未知量；公式(17)又可寫成另外兩種形式： 1. 已知電流、電阻，求電壓：2. 已知電壓、電流，求電阻：例題3 一臺直流電動機(jī)勵磁繞組在220V電壓作用下，通過繞組的電流為0.427A，求繞組的電阻。解：已知電壓U=220 V，電流I=0.427 A，由公式(19)得：二、全電路歐姆定律全電路是指含有電源的閉合電路。全電路是由各段電路連接成的閉合電路。如圖16所示，電路包括電源內(nèi)部電路和電源外部電路，電源內(nèi)部電路簡稱內(nèi)電路，電源外部電路簡稱外電路。在全電路中，電源電動勢、電源內(nèi)電阻、外電路電阻和電路電流之商的關(guān)系為： 式中 電路中的電流，(A)； 電源電動勢，(V)； 外電路電阻，()； 內(nèi)電路電阻，()。 公式(110)是全電路歐姆定律。定律說明電路中的電流強(qiáng)度與電源電動勢()成正比，與整個電路的電阻（）成反比。將公式(110)變換后得到：式中 外電路電壓； 內(nèi)電路電壓。外電路電壓是指電路接通時電源兩端的電壓，又叫做路端電壓，簡稱端電壓。這樣，公式(111)的含義又可敘述為：電源電動勢在數(shù)值上等于閉合回路的各部分電壓之和。根據(jù)全電路歐姆定律研究全電路處于三種狀態(tài)時，全電路中電壓與電流的關(guān)系是： 1當(dāng)全電路處于通路狀態(tài)時，由公式(111)可以得出端電壓為： 由公式可知，隨著電流的增大，外電路電壓也隨之減小。電源內(nèi)阻越大，外電路電壓減小得越多。在直流負(fù)載時需要恒定電壓供電，所以總是希望電源內(nèi)阻越小越好。2. 當(dāng)全電路處于斷路狀態(tài)時，相當(dāng)于外電路電阻值趨于無窮大，此時電路電流為零，開路內(nèi)電路電阻電壓為零，外電路電壓等于電源電動勢。3當(dāng)全電路處于短路狀態(tài)時，外電路電阻值趨近于零，此時電路電流叫短路電流。由于電源內(nèi)阻很小，所以短路電流很大。短路時外電路電壓為零，內(nèi)電路電阻電壓等于電源電動勢。全電路處于三種狀態(tài)時，電路中電壓與電流的關(guān)系見表13。 表13 電路中電壓與電流的關(guān)系電路狀態(tài)負(fù)載電阻電路電流外電路電壓通路=常數(shù)開路短路0通常電源電動勢和內(nèi)阻在短時間內(nèi)基本不變，且電源內(nèi)阻又非常小，所以可近似認(rèn)為電源的端電壓等于電源電動勢。今后不特別指出電源內(nèi)阻時，就表示其阻值很小忽略不計(jì)。但對于電池來說，其內(nèi)阻隨電池使用時間延長而增大。如果電池內(nèi)阻增大到一定值時，電池的電動勢就不能使負(fù)載正常工作了。如舊電池開路時兩端的電壓并不低，但裝在收音機(jī)里，卻不能使收音機(jī)發(fā)聲，這是由于電池內(nèi)阻增大所致。例題4如圖1一6所示的電路。電源電動勢=24 V，電源內(nèi)阻=-4，負(fù)載電阻=20 。求電路中的電流，電源的端電壓，負(fù)載電壓和電源內(nèi)阻電壓。解：根據(jù)公式(110)，電路中的電流：由公式(1一11)，電路中電源的端電壓： 根據(jù)公式(18)，電路中的負(fù)載電壓： 根據(jù)公式(1一8)，電路中電源內(nèi)阻的電壓： 14 電阻的串聯(lián)、并聯(lián)電路一、電阻的串聯(lián)電路在一段電路上，將幾個電阻的首尾依次相連所構(gòu)成的一個沒有分支的電路，叫做電阻的串聯(lián)電路。如圖17a所示是電阻的串聯(lián)電路。圖17b是圖17a的等效電路。電阻的串聯(lián)電路有以下特點(diǎn)： 1串聯(lián)電路中流過各個電阻的電流都相等，即： 2串聯(lián)電路兩端的總電壓等于各個電阻兩端的電壓之和，即： 3串聯(lián)電路的總電阻(即等效電阻)等于各串聯(lián)的電阻之和，即：根據(jù)歐姆定律得出，可以得出：或者 此公式表明，在串聯(lián)電路中，龜阻的阻值越大，這個電阻所分配到的電壓越大；反之，電壓越小，即電阻上的電壓分配與電阻的阻值成正比。這個理論是電阻串聯(lián)電路中最重要的結(jié)論，用途極其廣泛。比如，用串聯(lián)電阻的辦法來擴(kuò)大電壓表的量程：在如圖17a所示的，電路中，將代人公式(114）式中這兩個公式可以直接計(jì)算出每個電阻從總電壓中分得的電壓值，習(xí)慣上就把這兩個式子叫做分壓公式。電阻串聯(lián)的應(yīng)用極為廣泛。例如： (1)用幾個電阻串聯(lián)來獲得阻值較大的電阻。(2)用串聯(lián)電阻組成分壓器，使用同一電源獲得幾種不同的電壓。如圖18所示，由RR4組成串聯(lián)電路，使用同一電源，輸出4種不同數(shù)值的電壓。(3)當(dāng)負(fù)載的額定電壓(標(biāo)準(zhǔn)工作電壓值)低于電源電壓時，采用電阻與負(fù)載串聯(lián)的方法，使電源的部分電壓分配到串聯(lián)電阻上，以滿足負(fù)載正確的使用電壓值。例如，一個指示燈額定電壓6 V，電阻6，若將它接在12 V電源上，必須串聯(lián)一個阻值為6的電阻，指示燈才能正常工作。(4)用電阻串聯(lián)的方法來限制調(diào)節(jié)電路中的電流。在電工測量中普遍用串聯(lián)電阻法來擴(kuò)大電壓表的量程。二、電阻的并聯(lián)電路 將兩個或兩個以上的電阻兩端分別接在電路中相同的兩個節(jié)點(diǎn)之間，這種連接方式叫做電阻的并聯(lián)電路。如圖9a所示是電阻的并聯(lián)電路，圖19b是圖9a的等效電路。電阻的并聯(lián)電路有如下特點(diǎn)：1并聯(lián)電路中各個支路兩端的電壓相等，即：2并聯(lián)電路中總的電流等于各支路中的電流之和，即：3并聯(lián)電路的總電阻(即等效電阻)的倒數(shù)等于各并聯(lián)電阻的倒數(shù)之和，即：若是兩個電阻并聯(lián)，根據(jù)公式118可求并聯(lián)后的總電阻為： 根據(jù)公式(1l6)及歐姆定律可以得出： 公式(120)表明，在并聯(lián)電路中，電阻的阻值越大，這個電阻所分配到的電流越小，反之越大，即電阻上的電流分配與電阻的阻值成反比。這個結(jié)論是電阻并聯(lián)電路特點(diǎn)的重要推論，用途極為廣泛，比如，用并聯(lián)電阻的辦法，擴(kuò)大電流表的量程。 電阻并聯(lián)的應(yīng)用，同電阻串聯(lián)的應(yīng)用一樣，也很廣泛。例如： (1)因?yàn)殡娮璨⒙?lián)的總電阻小于并聯(lián)電路中的任意一個電阻，因此，可以用電阻并聯(lián)的方法來獲得阻值較小的電阻。(2)由于并聯(lián)電阻各個支路兩端電壓相等，因此，工作電壓相同的負(fù)載，如電動機(jī)、電燈等都是并聯(lián)使用，任何一個負(fù)載的工作狀態(tài)既不受其他負(fù)載的影響，也不影響其他負(fù)載。在并聯(lián)電路中，負(fù)載個數(shù)增加，電路的總電阻減小，電流增大，負(fù)載從電源取用的電能多，負(fù)載變重；負(fù)載數(shù)目減少，電路的總電阻增大，電流減小，負(fù)載從電源取用的龜能少，負(fù)載變輕。因此，人們可以根據(jù)工作需要啟動或停止并聯(lián)使用的負(fù)載。(3)在電工測量中應(yīng)用電阻并聯(lián)方法組成分流器來擴(kuò)大電流表的量程。15 電工測量基本知識自然界中的物理量，都可以使用特定的工具來進(jìn)行測量。測量各種電量的儀器儀表，統(tǒng)稱為電工測量儀表。電工測量儀表種類繁多，最常見的是測量基本電量的儀表。電工儀表依據(jù)測量方法、儀表結(jié)構(gòu)、儀表用途來分，有很多種。概括來說，電工儀表用來測量電路中的電流、電壓、電功率、電功、功率因數(shù)、電量的頻率電阻、絕緣狀況等物理量。由此就有用各種被測物理量冠名的儀表，如電流表、電壓表等。其中一些電量要在后續(xù)課程中介紹。本書簡單介紹電工應(yīng)用中最常用的儀表萬用表。萬用表是一種便攜式儀表。由于其能夠測量交流、直流電壓或電流參數(shù)：以及電路中的電阻等；被稱為萬用表。根據(jù)萬用表內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理的不同，可以把萬用表分為：機(jī)械指針式萬用表(簡稱機(jī)械表)籠和電子數(shù)顯式萬用表(簡稱電子表)兩類。本節(jié)重點(diǎn)介紹機(jī)械表。一、萬用表的外形及基本組成如圖1-10所示，是機(jī)械指針式萬用表的外形。操作萬用表的主要部分有三個：擋位撥盤、表筆、讀數(shù)表頭。萬用表除了這幾部分外，最主要的是表內(nèi)電路和表頭機(jī)電基本體模塊部分。萬用表的表殼部分承擔(dān)著各部分的保護(hù)與承載的責(zé)任。由于萬用表是一種移動測量儀表，容易受到磕碰摔砸的損害，所以應(yīng)注意防護(hù)： 1. 擋位撥盤如圖111所示，用于選擇測量哪種物理量，一般萬用表都至少設(shè)有如下四個擋位，每個擋位又分為幾個不同量限或不同倍率的擋位：交流電壓擋：測量交流電壓，如圖111所示，又分為10 V，50 V，250 V，500 V，1 000 V五個子擋位。直流電壓擋：測量直流電壓，如圖111所示，又分為0.25 V，2.5 V，10 V，50 V，250 V，500 V六個子擋位。直流電流擋：用于測量直流電流值，如圖111所示，又分為1 mA，10 mA，100 mA，1 000 mA四個子擋位。電阻擋：用于測量電器阻值，如圖111所示，又分為1，10，l00，1 k四個子擋位。電壓、電流的每個擋位的數(shù)值表示的是量限(或量程)，待測的物理量值應(yīng)小于該值。在選擇擋位時，要選擇一個擋位量限大于被測量值，并且與被測量值最接近的一個量限的擋位。比如，要測一個直流電壓，估計(jì)其值約為190 V，則應(yīng)選擇直流250 V擋位。此時擋位值250 V大于被測量190 V，且250 V擋位比500 V，1 000 V兩個擋位更接近被測量值。這樣選擇既能保證萬用表的安全，又能保證測量精度。機(jī)械表電阻擋的幾個擋位表示幾個不同的倍率。由于機(jī)械表的表頭指針在整個刻度的2080之間，讀數(shù)比較準(zhǔn)確，尤其是電阻擋位對應(yīng)的表頭刻度的非均勻性，在這個范圍內(nèi)更利于讀取數(shù)值，所以，利用電阻擋的倍率選擇，可以使表頭指針落在該范圍內(nèi)。電子表電阻擋位的標(biāo)示數(shù)值與電流、電壓的數(shù)值一樣，表示量限，不是倍率。電子表的擋位選擇方法與電流、電壓擋位一樣。2表頭如圖112所示為萬用表表頭。 機(jī)械表頭有若干條刻度線：刻度線1是電阻值讀取線，指針指向最右端，指示值為0；指針指向最左端，指示值為。注意被測電阻的實(shí)際阻值是指示值與所選擋位的倍率的乘積。比如，在R1 k擋，當(dāng)從刻度線上讀取35時，如圖113所示，電阻的測量阻值為351 k=35 k；刻度線2是均勻刻度線，用于讀取電壓、電流的指示值。被測對象的測量值也經(jīng)常需要從讀取值換算而得到。比如使用直流電壓500 V擋，按50刻度線讀數(shù)，如果讀取值為43，如圖1一14所示，則被測電壓的測量值為43(500+50)=430 V；如果按250刻度線讀數(shù)，見刻度線，讀數(shù)應(yīng)為215，則被測電壓的測量值為215(500250)=430 V，即從同二類的刻度線讀數(shù)，經(jīng)過換算，得到的測量值是一樣的。機(jī)械表頭經(jīng)常還有其他一些刻度線，請參照有關(guān)書籍。 電子表頭的讀數(shù)比較簡單，可直接讀數(shù)，然后冠以所選擋位的單位，即是被測對象的測量值。比如使用電流20 mA擋，讀數(shù)值為15.5，則測量值為l5.5 mA。 3表筆 萬用表的兩表筆一般使用紅黑兩種顏色，紅表筆一般插在標(biāo)有“十”的插孔內(nèi)，黑表筆一般插在標(biāo)有“一”的插孔內(nèi)。測量電壓時，紅、黑表筆分別接在高、低電位端；測量電流時，紅、黑表筆分別接在電流的流入端和流出端。否則表針會反向打針，對萬用表不利。二、萬用表的使用步驟 1確認(rèn)萬用表的狀態(tài)，保證各部分的功能正常可靠。2. 明確要測量的物理量。一般包括交流電壓、直流電壓、直流電流和電阻器阻傅。 3選擇合適的擋位，如前所述。 4適當(dāng)接人被測對象。測量電壓時，直接將紅、黑表筆并接在被測元件的高、低電位兩端或電路中的高、低電位點(diǎn)上。測量電流時，須斷開被測電路，將紅、黑表筆接八電路的電流流出、流入端，使電流經(jīng)紅表筆流入表內(nèi)，從黑表筆流出時測量電阻器阻值時，電阻器須脫離電路，然后將表筆兩端接在電阻器兩端測量即可。 5獲取測量值。讀取刻度值，并進(jìn)行必要的換算及冠以單位，如前所述。 6測量值的分析。對測得值要進(jìn)行確認(rèn)，是否合理，是否具備科學(xué)性。三、萬用表的使用注意事項(xiàng) 1萬用表是便攜式儀表，本身精度不高，可能有5以內(nèi)的誤差。 2測量電阻時，首先要進(jìn)行電阻值調(diào)零，方法是將表筆短接，使用萬用表面板上的調(diào)零鈕進(jìn)行調(diào)整。 3注意檢查萬用表內(nèi)的電池，當(dāng)電量不足時，會影響電阻的測量。 4萬用表最容易發(fā)生的損壞是，當(dāng)萬用表處在電流擋時，測量電壓，此時極易永久性損壞內(nèi)部電路及表頭。避免的辦法是，每次用完萬用表，都將擋位置于交流電壓最高擋(一般為1 000 V)。習(xí) 題1電流是用來表示_的物理量，常用的單位是_。2電阻是用來表示_的物理量，常用的單位是_。3電壓是用來表示_的物理量，常用的單位是_。4分別用公式來表示下面各組量之間的關(guān)系：(1) 電量、電流、時間(2) 電流、電壓、電阻(3) 電功、電功率、時間 5電流通過導(dǎo)體的發(fā)熱現(xiàn)象叫_，發(fā)熱的多少與_的平方成正比，與電阻的阻值成_，與時間成正比，這個關(guān)系寫成公式是_。 6導(dǎo)體中電流的方向規(guī)定是_的方向。電流方向與電子流方向_。 7簡單描述電路各組成部分的作用。8畫圖表示電路的3種狀態(tài)。9鎳鉻電爐絲的電阻率是1.1m，爐絲截面積0.6。如果將電爐接在220 V的電源上，使?fàn)t絲通過3 A的電流，應(yīng)選用多長的電爐絲?10有兩只燈泡，一只110 V 110 W，另一只110 V 60 W，試問哪只燈泡的電阻大?若將兩只燈泡串聯(lián)接在220 V的線路中，是否可以正常使用，通電后有什么現(xiàn)象。11有3個電阻=5 ， =3 ，=2 ，串聯(lián)后接在12 V的電源上，求電路中的電流，各電阻上的電壓。12有兩只220 V的燈泡，一只15 W，另一只25 W，并聯(lián)接在220 V電源上。求電路的等效電阻、總電流和各燈泡流過的電流。 13有60 W，40 W，20 W三只220 V的燈泡，要接在220 V電源上正常使用，應(yīng)采取哪種連接方式?畫出電路圖。14將兩只220 V 60 W的燈泡串聯(lián)接入220 V電路中，每只燈泡實(shí)際消耗的電功率是多少?燈泡的壽命有何變化? 這種情況是否可以應(yīng)用到實(shí)際生活中(舉例說明)? 15簡單敘述電工技術(shù)中廣泛使用銅材料的原因。16列舉幾項(xiàng)節(jié)電方法。 17萬用表一般有_和_兩種類型，一般萬用表可用來測量_、_和_三種物理量。18萬用表最容易發(fā)生的永久損壞是當(dāng)萬用表處于_擋位時，被用來測量 19用萬用表測量電阻時，要先對萬用表進(jìn)行_操作。 20使用萬用表測量交、直流電壓、電流。 第二章 電磁的基本知識本章學(xué)習(xí)要點(diǎn)： 1熟悉磁的特性及磁的表示方法，熟悉磁通、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁導(dǎo)率的概念以及鐵磁材料的特點(diǎn)。 2熟悉電生磁、-磁生電及磁對電流的力的作用的三個現(xiàn)象，了解三個現(xiàn)象方向判定關(guān)系，定性掌握磁場對電流的力的作用規(guī)律。3。熟悉自感、互感現(xiàn)象，了解典型應(yīng)用和避害知識。人們的生活因?yàn)橛辛穗姸憬?、精彩、時尚。人們總愛假想“如果有一天，這個世界突然沒了電”，可是，如果這個世界沒有了磁，會怎樣呢? 實(shí)際上電與磁有著密不可分的關(guān)系。正因?yàn)橛辛诉@個關(guān)系，我們才有了電、電燈、電視、電話、計(jì)算機(jī)、電動機(jī)，同時一也因?yàn)檫@個關(guān)系，導(dǎo)致了我們的電氣壽命的短暫，突發(fā)故障的不約而至。你想知道這是什么原因嗎? 21 磁的基本知識一、磁現(xiàn)象 早在2 000多年前，我們的祖先就發(fā)現(xiàn)了磁鐵礦石具有吸引鐵的性質(zhì)。人們把物體能夠吸引鐵、鉆、鎳及其合金的性質(zhì)稱為磁性，把具有磁性的物體叫做磁體。磁體上磁性最強(qiáng)的位置稱為磁極，磁體有兩個磁極：即南極和北極，通常用字母S表示南極(常涂紅色)，用字母N表示北極(常涂綠色或白色)。條形、蹄形、針形磁鐵的磁極位于它們的兩端。值得注意的是任何一個磁體的磁極總是成對出現(xiàn)的。若把一個條形磁鐵分割成若干段，則每段都會同時出現(xiàn)南極、北極。這叫做磁極的不可分割性。磁極與磁極之間存在的相互作用力稱為磁力：?其作用規(guī)律是同性磁極相斥，異性磁極相吸。一根沒有磁性的鐵棒，在其他磁鐵的作用下獲得磁性的過程叫磁化。如果把磁鐵拿走，鐵棒仍有的磁性則稱為剩磁。二、磁場、磁感應(yīng)線 磁體周圍存在磁力作用的空間稱為磁場。我們經(jīng)常看見兩個互不接觸的磁體之間具有相互作用力，它們是通過磁場這一特殊物質(zhì)進(jìn)行傳遞的。磁場之所以是一種特殊物質(zhì)，是因?yàn)樗皇怯煞肿雍驮拥攘Ｗ咏M成的。雖然磁場是一種看不見、摸不著的特殊物質(zhì)，但通過實(shí)驗(yàn)可以證明它的存在。例如，在一塊玻璃板上均勻地撒些鐵粉，在玻璃板下面放置一個條形磁鐵。鐵粉在磁場的作用下排列成規(guī)則線條，如圖21所示。這些線條都是從磁鐵的。N極到S極的光滑曲線，如圖2一1b所示。我們把這些曲線稱為磁感應(yīng)線，用它能形象描述磁場的性質(zhì)。 實(shí)驗(yàn)證明磁感應(yīng)線具有下列特點(diǎn)：1磁感應(yīng)線是閉合曲線 在磁體外部，磁感應(yīng)線從N極出發(fā)，然后回到S極，在磁體內(nèi)部，是從S極到N極，這叫做磁感應(yīng)線的不可中斷性，如圖22所示。 2. 磁感應(yīng)線互不相交這是因?yàn)榇艌鲋腥魏我稽c(diǎn)磁場方向只有一個。3磁感應(yīng)線的疏密程度與磁場強(qiáng)弱有關(guān)。磁感應(yīng)線稠密表示磁場強(qiáng)，-磁感應(yīng)線稀疏表示磁場弱。三、磁通、磁感應(yīng)強(qiáng)度 為了描述磁場在上定面積上的分布情況而引入了磁通這一物理量。在磁場中，把通過與磁場方向垂直的某一面積的磁感應(yīng)線的總數(shù)目，叫做通過該面積的磁通，用字母表示。磁通的單位是韋伯“簡稱韋，用Wb表示。磁感應(yīng)強(qiáng)度是用來表示磁場中各點(diǎn)磁場強(qiáng)弱和方向的物理量，用字母B表示。 垂直通過單位面積的磁感應(yīng)線的數(shù)目叫做該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。它既有大小，又有方向。在磁場中某點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，就是位于該點(diǎn)磁針北極所指的方向，它的大小在均勻磁場中可表示為： 式中 一磁感應(yīng)強(qiáng)度 (T)； 磁通(Wb)；垂直于磁感應(yīng)線方向通過磁感應(yīng)線的面積()。公式(21)說明磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小等于單位面積的磁通。如果通過單位面積的磁通越多，則磁感應(yīng)線越密，磁場也越強(qiáng)，反之磁場越弱。磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是韋/米，稱為特斯拉，簡稱特，用字母T表示。四、磁導(dǎo)率實(shí)驗(yàn)證明，鐵、鉆、鎳及其合金對磁場影響強(qiáng)烈，具有明顯的導(dǎo)磁作用。但是自然界絕大多數(shù)物質(zhì)對磁場影響甚微，導(dǎo)磁作用很差。為了衡量各種物質(zhì)導(dǎo)磁的性能，引入磁導(dǎo)率這一物理量，用字母表示。磁導(dǎo)率的單位為亨利/米(H/m)。不同物質(zhì)有不同的磁導(dǎo)率。在其他條件相同的情況下，某些物質(zhì)的磁導(dǎo)率比真空中的強(qiáng)，另一些物質(zhì)的磁導(dǎo)率比真空中的弱。 經(jīng)實(shí)驗(yàn)測得真空的磁導(dǎo)率為，且是常數(shù)。為了便于比較各種物質(zhì)的導(dǎo)磁性能，把各種性質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空中的磁導(dǎo)率進(jìn)行比較，引人相對磁導(dǎo)率這一物理量。任何一種物質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空的磁導(dǎo)率的比值叫做相對磁導(dǎo)率，用以表示。即： 相對磁導(dǎo)率沒有單位，只是說明在其他條件相同的情況下，物質(zhì)的磁導(dǎo)率是真空磁導(dǎo)率的多少倍。 根據(jù)各種物質(zhì)的磁導(dǎo)率的大小，可將物質(zhì)分成三類。1的物質(zhì)叫做順磁物質(zhì)，如空氣、鋁等；1的物質(zhì)叫做鐵磁物質(zhì)，如鐵、鈷、鎳及其合金等。由于鐵磁物質(zhì)的相對磁導(dǎo)率很高，所以鐵磁物質(zhì)被廣泛地應(yīng)用于電工技術(shù)方面(如制作變壓器、電磁鐵。電動機(jī)的鐵心等)。表21中列出了幾種鐵磁物質(zhì)的相對磁導(dǎo)率，供參考。表21 幾種鐵磁物質(zhì)的相對磁導(dǎo)率鐵磁物質(zhì)名稱相對磁導(dǎo)率鈷174鎳1 120退火的鐵7 000軟鋼2 180硅鋼片7 500鎳鐵合金60 000坡莫合金115 00022 電流的磁場一、通電直導(dǎo)線的磁場磁鐵周圍有磁場，通電直導(dǎo)線的周圍也有磁場。例如，一根直導(dǎo)線垂直穿過水平放置的紙板，在紙板上均勻地撒些鐵粉。當(dāng)直導(dǎo)線通電時，鐵粉以導(dǎo)線為中心形成許多同心圓，如圖23所示：鐵粉的分布情況表示磁感應(yīng)線分布情況。若直導(dǎo)線中電流消失，則紙板上的鐵粉又呈均勻分布。從而證明了“動電生磁”，即磁場是伴隨電流而存在的，而電流永遠(yuǎn)被磁場所包圍。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，磁場方向與電流方向有關(guān)。若直導(dǎo)線垂直紙面，電流向著讀者而來，則磁場方向是逆時針方向；若直導(dǎo)線上的電流是離開讀者而丟，則磁場方向?yàn)轫槙r針方向，如圖24a所示：為了討論問題方便起見；規(guī)定用符號，分別表示電流或磁感應(yīng)線垂直進(jìn)人和流出紙面的方向。通電直導(dǎo)線周圍磁場方向與導(dǎo)線中的電流方向之間的關(guān)系可用安培定則(又稱右手螺旋定則)進(jìn)行判定。其具體內(nèi)容是：右手拇指指向電流方向，貼在導(dǎo)線上，其余四指彎曲握住直導(dǎo)線，則彎曲四指的方向就是磁感應(yīng)線的環(huán)繞方向；如圖24b所示。實(shí)驗(yàn)證明，通電直導(dǎo)線四周的磁感應(yīng)線距直導(dǎo)線越近，磁感應(yīng)線越密，磁感應(yīng)強(qiáng)度越大，反之，磁感應(yīng)線越疏k磁感應(yīng)強(qiáng)度越小。導(dǎo)線中通過電流越大，靠近直導(dǎo)線的磁感應(yīng)線越密集，磁感應(yīng)強(qiáng)度越大；反之，導(dǎo)線中通過電流越小，靠近直導(dǎo)線的磁感應(yīng)線越稀疏，磁感應(yīng)強(qiáng)度越小。 二、通電螺線管的磁場 已經(jīng)知道通電直導(dǎo)線周圍有磁場存在。若將通電直導(dǎo)線繞成多匝螺線管后，在它的周圍還有磁場存在嗎?為證實(shí)這個問題。將磁針放在螺線管附近科當(dāng)螺線管不通電時，磁針沒有偏轉(zhuǎn)。當(dāng)通電時，磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。這就說明通電螺線管周圍有磁場存在。對于一個確定的螺線管，磁場的強(qiáng)弱與螺線管中所通過的電流大小成正比。通電螺線管磁場方向，與螺線管中通過的電流方向的關(guān)系，用右手螺旋定則進(jìn)行判定，如圖25所示。右手螺旋定則的內(nèi)容是：用右手握住螺線管，讓彎曲的四指所指的方向與螺線管中流過的電流方向一致，那么拇指所指的那一端就是螺線管的N極。由圖25可知，通電螺線管的磁場與條形磁鐵的磁場相似。因此，一個通電螺線管相當(dāng)于一塊條形磁鐵?？傊彩峭姷膶?dǎo)線，在其周圍必定會產(chǎn)生磁場，從而說明電流與磁場之間有著不可分割的聯(lián)系。電流產(chǎn)生磁場的這種現(xiàn)象叫做電流的磁效應(yīng)。想一想：如果將一個鐵磁性材料插入到線圈中，對線圈的磁場有什么影響?這一點(diǎn)會有什冬應(yīng)用? 三、磁場對載流直導(dǎo)線的作用通過前面學(xué)習(xí)已經(jīng)知道，兩塊磁鐵之間有力的作用一載流直導(dǎo)線周圍也存在磁場，若將其放入磁場中，兩者之間也會產(chǎn)生力，現(xiàn)在用如圖26所示的實(shí)驗(yàn)來證實(shí)這一問題。 在圖26a中，U形磁鐵中水平放置一根直導(dǎo)線，它與磁感應(yīng)線垂直。當(dāng)導(dǎo)線上沒有電流通過時，導(dǎo)線在磁場里靜止不動。當(dāng)導(dǎo)線上有電流通過，且背離讀者而去，則導(dǎo)線因受磁場作用而向左運(yùn)動。若改變導(dǎo)線中的電流方向(見圖26b)，即電流方向指向讀者，則導(dǎo)線受磁場作用向右運(yùn)動。上述實(shí)驗(yàn)說明載流直導(dǎo)線在磁場的作用下而產(chǎn)生運(yùn)動。在磁極固定時，運(yùn)動方向與電流方向有關(guān)；若導(dǎo)線中電流方向不變，只改變磁極方向，則導(dǎo)線的運(yùn)動方向也發(fā)生改變。電動機(jī)就是利用載流導(dǎo)線在磁場中產(chǎn)生運(yùn)動的原理制成的。 載流直導(dǎo)線在磁場作用下產(chǎn)生運(yùn)動，而運(yùn)動是在力的作用下產(chǎn)生的。載流直導(dǎo)線在磁場中所受到的力稱為電磁作用力，簡稱電磁力，用字母F表示。電磁力既有大小，也有方向。電磁力方向(即導(dǎo)線運(yùn)動方向)、電流方向和磁場方向三者相互垂直。因?yàn)殡姶帕Φ姆较蚺c磁場方向及電流方向有關(guān)。所以，用左手定則(又稱電動機(jī)定則)來判定蘭者之間的關(guān)系。左手定則的內(nèi)容是：伸平左手，使大拇指與其余四指垂直，手心對著N極，讓磁感應(yīng)線垂直穿過手心，四指的指向代表電流方向，則大拇指所示的方向就是磁場對載流直導(dǎo)線的作用力方向，如圖27所示。實(shí)驗(yàn)證明，在勻強(qiáng)磁場中，當(dāng)載流直導(dǎo)線與磁場方向垂直時，磁場對載流直導(dǎo)線作用力的大小，與導(dǎo)線所處的磁感應(yīng)強(qiáng)度、通過直導(dǎo)線的電流以及導(dǎo)線在磁場中的長度的乘積成正比。即：式中 磁感應(yīng)強(qiáng)度(Wb/)； 直導(dǎo)線中通過的電流(A)； 直導(dǎo)線在磁場中的長度(m)； 直導(dǎo)線受到的電場力(N)。 四、磁場對通電線圈的作用由于磁場對通電導(dǎo)線有作用力，因此，磁場對通電線圈也有力的作用。在均勻磁場中放置一個矩形通電線圈abcd，如圖28所示。當(dāng)線圈平面與磁感應(yīng)線平行時，因?yàn)閍b和dc邊與磁感應(yīng)線平行，不受磁場作用，沒有電磁力，ad和bc邊與磁感應(yīng)線垂直，受磁場作用而有電磁力。根據(jù)左手定則，ad邊的受力方向是垂直向上，而bc邊的受力方向是垂直向下。因?yàn)椋琣d=bc，根據(jù)公式(23)，可知，ad和bc邊所受的電磁力大小相等。由于這一對電磁力大小相等，方向相反，所以構(gòu)成一對力偶。故線圈在力偶的作用下，圍繞軸線做順時針旋轉(zhuǎn)。如圖28所示是一個單匝線圈的直流電動機(jī)的工作原理圖。23 電磁感應(yīng)電和磁是可以互相轉(zhuǎn)化的。在一定條件下，電流能夠產(chǎn)生磁場；同樣，磁場也能使導(dǎo)線中產(chǎn)生電流。：磁轉(zhuǎn)化為電的現(xiàn)象叫做電磁感應(yīng)。一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象 為了研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象，先做兩個實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)一：將直導(dǎo)線AB放在磁場中，它的兩端與檢流計(jì)連接構(gòu)成閉合回路，如圖26所示。當(dāng)導(dǎo)線向右移動垂直切割磁感應(yīng)線時，檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)，如圖29a所示，表示導(dǎo)線中有電流產(chǎn)生；導(dǎo)線向左方垂直移動切割磁感應(yīng)線時，檢流計(jì)指針也發(fā)生偏轉(zhuǎn)，但方向與前面的相反；如圖29b所示。導(dǎo)體不動，沒有切割磁感應(yīng)線時，檢流計(jì)指針無偏轉(zhuǎn)，說明導(dǎo)線中沒有電流。通過實(shí)驗(yàn)可以看到，導(dǎo)線的移動速度越快，檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)越大，即電流越大。 實(shí)驗(yàn)二：將線圈的兩端與一個檢流計(jì)連接而構(gòu)成閉合回路，如圖210所示。當(dāng)條形磁鐵插入線圈瞬間，線圈中的磁通量增加，檢流計(jì)指針向右偏轉(zhuǎn)。如圖210a所示，說明線圈中磁通發(fā)生變化，線圈中有電流出現(xiàn)。若把條形磁鐵從線圈中拔出，在拔出瞬間，檢流計(jì)指針向相反方向偏轉(zhuǎn)，說明線圈中磁通也發(fā)生變化，線圈中也有電流出現(xiàn)，如圖210b所示。當(dāng)條形磁鐵在線圈中停止運(yùn)動時，檢流計(jì)指針無偏轉(zhuǎn)，線圈中磁通沒有變化，線圈中也沒有電流。如果條形磁鐵插人或拔出的速度越快，即磁通量變化得越快，則檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)越大，反之，檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)越小。上述兩個實(shí)驗(yàn)說明，無論是直導(dǎo)線在磁場中作切割磁感應(yīng)線運(yùn)動，還是磁鐵對線圈作相對運(yùn)動，都是由于運(yùn)動使得穿過(直導(dǎo)線或線圈組成的)閉合回路中的磁通量發(fā)生了改變，因而在直導(dǎo)線或線圈中產(chǎn)生電動勢。若直導(dǎo)線或線圈構(gòu)成回路，則直導(dǎo)線或線圈中將有電流出現(xiàn)?；芈分写磐康淖兓菍?dǎo)致直導(dǎo)線或線圈中產(chǎn)生電動勢的根本原因，即“動磁生電”。磁通量的變化越大，產(chǎn)生的電動勢越大。因磁通變化而在直導(dǎo)線或線圈中產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象，叫做電磁感應(yīng)。由電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電動勢叫做感應(yīng)電動勢。由感應(yīng)電動勢在閉合電路形成的電流，叫做感應(yīng)電流。二、法拉第定律 從如圖210所示的實(shí)驗(yàn)中可知，感應(yīng)電動勢的大小，取決于條形磁鐵插入或拔出的快慢，即取決于磁通變化的快慢。磁通變化越快，感應(yīng)電動勢就越大；反之就越小。磁通變化的快慢，用磁通變化率來表示。例如，有一單匝線圈，在時刻穿過線圈的磁通為，在此后的某二時刻，穿過線圈的磁通為，那么在這段時間內(nèi)，穿過線圈的磁通變化量為：因此，單位時間內(nèi)的磁通變化量，即磁通變化率是： 在單匝線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小是： 式中的絕對值符號，表示只考慮感應(yīng)電動勢的大小，不考慮方向。對手多匝線圈來說，因?yàn)橥ㄟ^各匝線圈的磁通變化率是相同的，所以每匝線圈感應(yīng)電動勢大小相等。因此，多匝線圈感應(yīng)電動勢是單匝線圈感應(yīng)電動勢的N倍，即：式中 在時間內(nèi)感應(yīng)電動勢的平均值(V)； 線圈匝數(shù)； /磁通變化率； 線圈中磁通變化量 (Wb)； 磁通變化所用的時間(s)。公式(25)說明，當(dāng)穿過線圈的磁通發(fā)生變化時，線圈兩端的感應(yīng)電動勢的大小只與磁通變化率成正比。這就是法拉第定律。 想一想：上述規(guī)律可以用幾件簡單的元件、儀表進(jìn)行驗(yàn)證。 三、楞次定律 法拉第電磁感應(yīng)定律，只解決了感應(yīng)電動勢的大小取決于磁通變化率，但無法說明感應(yīng)電動勢的方向與磁通量變化之間的關(guān)系。為了找出它們之間的規(guī)律，必須對前面的實(shí)驗(yàn)再作進(jìn)一步研究。 從圖210實(shí)驗(yàn)中可以看到穿過線圈的原磁通的方向是向下的。 如圖211a所示，當(dāng)磁鐵插入線圈時，線圈中的原磁通量增加，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。感應(yīng)電流由檢流計(jì)的正端流人。此時，感應(yīng)電流在線圈中產(chǎn)生一個新的磁通。根據(jù)安培定則可以判定，新磁通與原磁通的方向相反，也就是說，新磁通阻礙原有磁通增加。如圖21lb所示，當(dāng)磁鐵由線圈中拔出時，線圈中的原有磁通減少，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，感應(yīng)電流由檢流計(jì)的負(fù)端流人。此時，感應(yīng)電流在線圈中產(chǎn)生一個新的磁通，根據(jù)安培定則判定，新磁通與原有磁通的方向是相同的，也就是說，新磁通阻礙原有磁通的減少。 經(jīng)過上面的討論得出一個規(guī)律：線圈中磁通變化時，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其方向是使它形成的感應(yīng)電流產(chǎn)生新磁通來阻礙原有磁通的變化。也就是說，感應(yīng)電流的新磁通總是阻礙原有磁通的變化。這個規(guī)律被稱為楞次定律。應(yīng)用楞決定律來判定線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的方向或感應(yīng)電流的方向，具體方法步驟如下： 1首先明確原磁通的方向和原磁通的變化(增加或減少)的情況。 2根據(jù)楞次定律判定感應(yīng)電流產(chǎn)生新磁通的方向。3根據(jù)新磁通的方向，應(yīng)用安培定則(右手螺旋定則)判定出感應(yīng)電動勢或感應(yīng)電流的方向。例如，在圖211中，線圈固定不動，條形磁鐵向下、向上運(yùn)動時，判斷線圈a、b兩端感應(yīng)電動勢的方向。當(dāng)磁鐵向下運(yùn)動時，原磁通西增加，且方向向下，由楞次定律可知新磁通西7的方向向上。根據(jù)安培定則可判斷出，大拇指的指向是新磁通的方向，其余四指的指向就是感應(yīng)電動勢的方向，即由b到a，如圖211a所示。 當(dāng)磁鐵向上運(yùn)動時，原磁通減少，且方向向下，由楞次定律可知新磁通的方向向下，阻礙原磁通的減少，根據(jù)安培定則