電工基礎(chǔ)知識入門

目錄第一章直流電路511電學(xué)的基本物理量5一、電量5二、電流5三、電壓6四、電動勢、電源7五、電阻7六、電功、電功率8七、電流的熱效應(yīng)1012電路11一、電路的組成和作用11二、電路圖11三、電路的三種狀態(tài)1213歐姆定律12一、一段電阻電路的歐姆定律12二、全電路歐姆定律1314電阻的串聯(lián)、并聯(lián)電路14一、電阻的串聯(lián)電路14二、電阻的并聯(lián)電路1615電工測量基本知識17一、萬用表的外形及基本組成18二、萬用表的使用步驟20三、萬用表的使用注意事項20習題20第二章電磁的基本知識2221磁的基本知識22一、磁現(xiàn)象22二、磁場、磁感應(yīng)線22三、磁通、磁感應(yīng)強度23四、磁導(dǎo)率2422電流的磁場25一、通電直導(dǎo)線的磁場25二、通電螺線管的磁場25三、磁場對載流直導(dǎo)線的作用26四、磁場對通電線圈的作用2723電磁感應(yīng)27一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象27二、法拉第定律29三、楞次定律29四、電磁感應(yīng)定律3124自感、互感31一、自感31二、互感32習題33第三章正弦交流電路3431正弦交流電的產(chǎn)生35一、正弦交流電的特點種35二、正弦交流電的產(chǎn)生3532正弦交流電的三要素37一、周期、頻率、角頻率37二、瞬時值、最大值、有效值38三、相位、初相和相位差3933正弦交流電的表示法40一、三角函數(shù)式法41一、純電阻電路42二、純電感電路42三、純電容電路4435三相交流電路46一、三相電動勢的產(chǎn)生46二、三相電源繞組的聯(lián)結(jié)47三、三相交流電路負載的聯(lián)結(jié)4836常用電氣照明電路50一、白熾燈照明電路50二、節(jié)能燈照明電路51三、日光燈照明電路51習題52第四章變壓器與三相異步電動機5441變壓器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理54一、變壓器的基本結(jié)構(gòu)55二、變壓器的工作原理56三、幾種常見變壓器58四、變壓器的主要技術(shù)數(shù)據(jù)59五、變壓器的使用要點6042三相異步電動機的用途和結(jié)構(gòu)60一、電動機概述60二、三相籠式異步電動機的基本結(jié)構(gòu)6143三相異步電動機的轉(zhuǎn)動原理62一、演示實驗62二、定子旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生62三、旋轉(zhuǎn)磁場對轉(zhuǎn)子的作用6443三相異步電動機的使用65一、啟動65二、反轉(zhuǎn)66三、制動66四、三相籠式異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)67五、三相異步電動機使用要點6845單相異步電動機69第五章簡單機床電路7151常用低壓電器72一、開關(guān)72二、接觸器75三、熱繼電器76四、熔斷器7652機床的幾種控制線路78一、點動控制線路78二、看懂機床控制線路的基本要領(lǐng)78三、接觸器自鎖控制線路79四、接觸器聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制線路81五、C6201型車床控制線路83習題84第六章安全用電8561觸電85一、觸電事故85二、觸電原因及方式8662安全用電措施87一、常用安全用電措施87二、電氣設(shè)備的保護接地和保護接零88三、安全用電十不準8963電氣事故及緊急處理90一、觸電急救90二、對電氣設(shè)備做好監(jiān)護90三、電火警的緊急處理91四、防雷擊的安全措施91習題92第一章直流電路本章學(xué)習要點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?，F(xiàn)實生活中，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的電量相當于物體失去或得到6251018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為電流的方向。金屬導(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)中用電流強度來衡量電流的大小。電流強度就是L秒鐘通過導(dǎo)體截面的電量。電流強度用字母表示，計算公式如下IQIT式中I電流強度，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；Q時間，單位秒S。T實際使用時，人們把電流強度簡稱為電流。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，則該電流的電流強度為1安培，習慣簡稱電流為1安。實際應(yīng)用中，除單位安培外，還有千安、毫安和微安。它們KAM之間的關(guān)系為3KA01M3三、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，是實現(xiàn)水形成水流的原因。與此相似，當圖12B中的開關(guān)S閉合后，電路里就有電流。這是因為電源的正極電位高，負極電位低。兩個極間電位差電壓使正電荷從正極出發(fā)，經(jīng)過負載R移向負極形成電流。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點移向低電位B點所做的功稱為兩點間的電壓，用ABU表示。所以電壓是A與B兩點間的電位差，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點移到B點所做的功為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1KVV30LVMV電壓與電流相似，不但有大小，而且有方向。對于負載來說，電流流人端為正端，電流流出端為負端。電壓的方向是由正端指向負端，也就是說負載中電壓實際方向與電流方向一致。在電路圖中，用帶箭頭的細實線表示電壓的方向。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極移到正極，以維持正、負極間的電位差，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)部由負極指向正極。在電路中也用帶箭頭的細實線表示電動勢的方向，如圖12B所示。當電源兩端不接負載時，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28V，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1K301MK應(yīng)當強調(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。實驗證明，當溫度一定時，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RS式中導(dǎo)體電阻，單位為歐；R導(dǎo)體長度，單位為米M；L導(dǎo)體截面積，單位為平方毫米；S2M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172MM，就是指長為1M，截面積為1MMZ的銅線的電阻是17。幾種常用材810810料在20時的電阻率見表11。C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，如強度高、電阻率小，現(xiàn)在銅制線材被更廣泛應(yīng)用。電動機、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16810銅17鋁298鎢5310鐵107康銅50錳銅44710鋁鉻鐵電阻絲126六、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2WUITRT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)表達式為WPT將公式13代入公式14后得到22URPI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1KWW3101WMW從公式15中可以得出如下結(jié)論1當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1KWH1KW1H36J610例題1一臺42英寸1英寸254厘米等離子電視機的功率約為300W，平均每天開機3小時，若每度電費為人民幣048元，問一年以365天計算要交納多少電費解電視機的功率P300W03KW電視機一年開機的時間T33651095H電視機一年消耗的電能WPT0310953285KWH一年的電費為328504815768元想一想現(xiàn)在的電氣在不工作時經(jīng)常是通電的，待機狀態(tài)，此時的功耗很低，一般不超過10W計算時可以估算為5W，假定家中有空調(diào)、電視機、DVD播放器、家庭影院功放、計算機主機、計算機顯示器，如果這些電氣長期處在待機狀態(tài)，它們一年要消耗多少電費有沒有其他問題七、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2QIRT式中熱量，單位焦耳J；Q通過導(dǎo)體的電流，單位安培A；I導(dǎo)體電阻，一單位歐姆；R導(dǎo)體通過電流的時間，單位秒ST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、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已知當一臺電烤箱的電阻絲流過5A電流時，每分鐘可放出12J的熱量，610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6120KWWQPT電阻絲工作時電阻值為2085RI12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)電機等。負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；電動機把電能轉(zhuǎn)換成機械能。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)線將電源和負載連接起來，擔負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)負載流到電源負極，在電源內(nèi)部，電流由負極流向正極，形成一個閉合通路。二、電路圖在設(shè)計、安裝或維修各種實際電路時，經(jīng)常要畫出表示電路連接情況的圖。如果是畫如圖13所示的實物連接圖，雖然直觀，但很麻煩。所以很少畫實物圖，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；短路是指電源或負載兩端被導(dǎo)線連接在一起，分別稱為電源短路或負載短路。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。實驗證明，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)表達式為UIR式中導(dǎo)體中的電流，A；I導(dǎo)體兩端的電壓，V；U導(dǎo)體的電阻，。R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UIR2已知電壓、電流，求電阻I例題3一臺直流電動機勵磁繞組在220V電壓作用下，通過繞組的電流為0427A，求繞組的電阻。解已知電壓U220V，電流I0427A，由公式19得205147URI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E、電源內(nèi)電阻R、外電路電阻R和電路電流I之商的關(guān)系為IRR式中電路中的電流，A；I電源電動勢，V；E外電路電阻，；R內(nèi)電路電阻，。R公式110是全電路歐姆定律。定律說明電路中的電流強度與電源電動勢成正比，E與整個電路的電阻（）成反比。R將公式110變換后得到EIRRUI式中外電路電壓；U內(nèi)電路電壓。IR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當全電路處于通路狀態(tài)時，由公式111可以得出端電壓為UEIR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當全電路處于斷路狀態(tài)時，相當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)負載電阻電路電流外電路電壓通路常數(shù)REIRRUEIR開路0短路0IR0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。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，但裝在收音機里，卻不能使收音機發(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24V，電源內(nèi)阻4，負載電阻ER20。求電路中的電流，電源的端電壓，負載電壓和電源內(nèi)阻電壓。R解根據(jù)公式110，電路中的電流241A0EIRR由公式1一11，電路中電源的端電壓24VUI根據(jù)公式18，電路中的負載電壓10IR根據(jù)公式1一8，電路中電源內(nèi)阻的電壓14VRUI14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1串聯(lián)電路中流過各個電阻的電流都相等，即123IINI2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12UN3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12RNR根據(jù)歐姆定律得出，可以得出1UI2IUI12或者1UR2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12R122UR這兩個公式可以直接計算出每個電阻從總電壓中分得的電壓值，習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當負載的額定電壓標準工作電壓值低于電源電壓時，采用電阻與負載串聯(lián)的方法，使電源的部分電壓分配到串聯(lián)電阻上，以滿足負載正確的使用電壓值。例如，一個指示燈額定電壓6V，電阻6，若將它接在12V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1并聯(lián)電路中各個支路兩端的電壓相等，即12UN2并聯(lián)電路中總的電流等于各支路中的電流之和，即12INI3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12RNR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12根據(jù)公式1L6及歐姆定律可以得出1NNIRI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)電路特點的重要推論，用途極為廣泛，比如，用并聯(lián)電阻的辦法，擴大電流表的量程。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因為電阻并聯(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，工作電壓相同的負載，如電動機、電燈等都是并聯(lián)使用，任何一個負載的工作狀態(tài)既不受其他負載的影響，也不影響其他負載。在并聯(lián)電路中，負載個數(shù)增加，電路的總電阻減小，電流增大，負載從電源取用的電能多，負載變重；負載數(shù)目減少，電路的總電阻增大，電流減小，負載從電源取用的龜能少，負載變輕。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械指針式萬用表簡稱機械表籠和電子數(shù)顯式萬用表簡稱電子表兩類。本節(jié)重點介紹機械表。一、萬用表的外形及基本組成如圖110所示，是機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)電路和表頭機電基本體模塊部分。萬用表的表殼部分承擔著各部分的保護與承載的責任。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10V，50V，250V，500V，1000V五個子擋位。直流電壓擋測量直流電壓，如圖111所示，又分為025V，25V，10V，50V，250V，500V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1MA，10MA，100MA，1000MA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，L00，1K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，估計其值約為190V，則應(yīng)選擇直流250V擋位。此時擋位值250V大于被測量190V，且250V擋位比500V，1000V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。機械表電阻擋的幾個擋位表示幾個不同的倍率。由于機械表的表頭指針在整個刻度的2080之間，讀數(shù)比較準確，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。注意被測電阻的實際阻值是指示值與所選擋位的倍率的乘積。比如，在R1K擋，當從刻度線上讀取35時，如圖113所示，電阻的測量阻值為351K35K；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500V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4350050430V；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215500250430V，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20MA擋，讀數(shù)值為155，則測量值為L55MA。3表筆萬用表的兩表筆一般使用紅黑兩種顏色，紅表筆一般插在標有“十”的插孔內(nèi)，黑表筆一般插在標有“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確認萬用表的狀態(tài)，保證各部分的功能正?？煽?。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。對測得值要進行確認，是否合理，是否具備科學(xué)性。三、萬用表的使用注意事項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)零鈕進行調(diào)整。3注意檢查萬用表內(nèi)的電池，當電量不足時，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1000V。習題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11M，爐絲截面積06。如果將電爐接在6102M220V的電源上，使爐絲通過3A的電流，應(yīng)選用多長的電爐絲10有兩只燈泡，一只110V110W，另一只110V60W，試問哪只燈泡的電阻大若將兩只燈泡串聯(lián)接在220V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12V的電源上，求電路1R23R中的電流，各電阻上的電壓。12有兩只220V的燈泡，一只15W，另一只25W，并聯(lián)接在220V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60W，40W，20W三只220V的燈泡，要接在220V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220V60W的燈泡串聯(lián)接入220V電路中，每只燈泡實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)習要點1熟悉磁的特性及磁的表示方法，熟悉磁通、磁感應(yīng)強度、磁導(dǎo)率的概念以及鐵磁材料的特點。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。人們的生活因為有了電而便捷、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，會怎樣呢實際上電與磁有著密不可分的關(guān)系。正因為有了這個關(guān)系，我們才有了電、電燈、電視、電話、計算機、電動機，同時一也因為這個關(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2000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)?？匆妰蓚€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)進行傳遞的。磁場之所以是一種特殊物質(zhì)，是因為它不是由分子和原子等粒子組成的。雖然磁場是一種看不見、摸不著的特殊物質(zhì)，但通過實驗可以證明它的存在。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)。實驗證明磁感應(yīng)線具有下列特點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)線互不相交這是因為磁場中任何一點磁場方向只有一個。3磁感應(yīng)線的疏密程度與磁場強弱有關(guān)。磁感應(yīng)線稠密表示磁場強，磁感應(yīng)線稀疏表示磁場弱。三、磁通、磁感應(yīng)強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)強度是用來表示磁場中各點磁場強弱和方向的物理量，用字母B表示。垂直通過單位面積的磁感應(yīng)線的數(shù)目叫做該點的磁感應(yīng)強度。它既有大小，又有方向。在磁場中某點磁感應(yīng)強度的方向，就是位于該點磁針北極所指的方向，它的大小在均勻磁場中可表示為BS式中一磁感應(yīng)強度T；B磁通WB；垂直于磁感應(yīng)線方向通過磁感應(yīng)線的面積。S2M公式21說明磁感應(yīng)強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，反之磁場越弱。磁感應(yīng)強度的單位是韋/米，稱為特斯拉，簡稱特，用字母T表示。2四、磁導(dǎo)率實驗證明，鐵、鉆、鎳及其合金對磁場影響強烈，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，另一些物質(zhì)的磁導(dǎo)率比真空中的弱。經(jīng)實驗測得真空的磁導(dǎo)率為，且是常數(shù)。7041H/M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0R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。R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R鈷174鎳1120退火的鐵7000軟鋼2180硅鋼片7500鎳鐵合金60000坡莫合金11500022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，而電流永遠被磁場所包圍。經(jīng)實驗證明，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，則磁場方向為順時針方向，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。實驗證明，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)強度越大，反之，磁感應(yīng)線越疏K磁感應(yīng)強度越小。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這個問題。將磁針放在螺線管附近科當螺線管不通電時，磁針沒有偏轉(zhuǎn)。當通電時，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于一塊條形磁鐵?？傊?，凡是通電的導(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)。三、磁場對載流直導(dǎo)線的作用通過前面學(xué)習已經(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所示的實驗來證實這一問題。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。當導(dǎo)線上沒有電流通過時，導(dǎo)線在磁場里靜止不動。當導(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動。上述實驗說明載流直導(dǎo)線在磁場的作用下而產(chǎn)生運動。在磁極固定時，運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)線的運動方向也發(fā)生改變。電動機就是利用載流導(dǎo)線在磁場中產(chǎn)生運動的原理制成的。載流直導(dǎo)線在磁場作用下產(chǎn)生運動，而運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)線運動方向、電流方向和磁場方向三者相互垂直。因為電磁力的方向與磁場方向及電流方向有關(guān)。所以，用左手定則又稱電動機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。實驗證明，在勻強磁場中，當載流直導(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)強度、通過直導(dǎo)線的電流以及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會有什冬應(yīng)用導(dǎo)線在磁場中的長度的乘積成正比。即FBIL式中磁感應(yīng)強度WB/；B2M直導(dǎo)線中通過的電流A；I直導(dǎo)線在磁場中的長度M；L直導(dǎo)線受到的電場力N。F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。當線圈平面與磁感應(yīng)線平行時，因為AB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。因為，ADBC，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的工作原理圖。O23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，先做兩個實驗。實驗一將直導(dǎo)線AB放在磁場中，它的兩端與檢流計連接構(gòu)成閉合回路，如圖26所示。當導(dǎo)線向右移動垂直切割磁感應(yīng)線時，檢流計指針偏轉(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，檢流計指針無偏轉(zhuǎn)，說明導(dǎo)線中沒有電流。通過實驗可以看到，導(dǎo)線的移動速度越快，檢流計指針偏轉(zhuǎn)越大，即電流越大。實驗二將線圈的兩端與一個檢流計連接而構(gòu)成閉合回路，如圖210所示。當條形磁鐵插入線圈瞬間，線圈中的磁通量增加，檢流計指針向右偏轉(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。當條形磁鐵在線圈中停止運動時，檢流計指針無偏轉(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，則檢流計指針偏轉(zhuǎn)越大，反之，檢流計指針偏轉(zhuǎn)越小。上述兩個實驗說明，無論是直導(dǎo)線在磁場中作切割磁感應(yīng)線運動，還是磁鐵對線圈作相對運動，都是由于運動使得穿過直導(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)。回路中磁通量的變化是導(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所示的實驗中可知，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，1T1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2T22磁通變化量為21因此，單位時間內(nèi)的磁通變化量，即磁通變化率是21TT在單匝線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小是ET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，因為通過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ET式中在時間內(nèi)感應(yīng)電動勢的平均值V；ET線圈匝數(shù)；N/磁通變化率；T線圈中磁通變化量WB；磁通變化所用的時間S。T公式25說明，當穿過線圈的磁通發(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、儀表進行驗證。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，必須對前面的實驗再作進一步研究。從圖210實驗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)電流由檢流計的負端流人。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、向上運動時，判斷線圈A、B兩端感應(yīng)電動勢的方向。當磁鐵向下運動時，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。當磁鐵向上運動時，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)安培定則可判斷出，感應(yīng)電動勢的方向是由A到B，如圖211B所示。對于直導(dǎo)線切割磁感應(yīng)線向產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的方向，用右手定則進行判定。右手定則內(nèi)容是伸開右手，使大拇指與其余四指垂直并且與手掌在同一平面內(nèi)，手心對著磁極的N極，讓磁感應(yīng)線垂直穿過手心，大拇指指向?qū)w的運動方向，其余四指所指的方向就是感應(yīng)電動勢的方向，如圖212所示。右手定則又叫發(fā)電機定則。四、電磁感應(yīng)定律為了使法拉第定律不僅能表示出感應(yīng)電動勢的大小，同時也能表示出它的方向。把法拉第定律與楞次定律結(jié)合起來就是電磁感應(yīng)定律。電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容是感應(yīng)電動勢的大小與磁通變化率成正比，感應(yīng)電流的方向總是阻礙原磁通變化