第二章-電工基礎(chǔ)知識(shí)ppt課件

1、第二章電工基礎(chǔ)知識(shí),概述,第一節(jié)電的基本概念,第二節(jié)直流電路,第三節(jié)電與磁,第四節(jié)單相交流電路,第五節(jié)三相交流電路,概 述,本章主要介紹電常用基本物理量、直流電路、交流電路、電磁感應(yīng)等基本概念、定律，以及有關(guān)物理量間的相互關(guān)系，為識(shí)圖、讀圖、分析電路、電路設(shè)計(jì)打基礎(chǔ)。 要求： 、了解電的各主要物理量及基本公式的含義，弄清有關(guān)公式物理量以及各符號(hào)的意義和單位。 、掌握各定律的內(nèi)容及有關(guān)量間的關(guān)系，逐步學(xué)會(huì)分析電路的方法。 、充分重視理論結(jié)合實(shí)際，將學(xué)到的基礎(chǔ)理論做為實(shí)際設(shè)計(jì)、安裝、維修的理論依據(jù),第一節(jié)電的基本概念,一、電路的組成及狀態(tài),二、電流,三、電阻,四、電壓與電位,五、電動(dòng)勢(shì),一、電路的

2、組成及狀態(tài),一）電路的組成,下面我們先來看一下手電筒電路,一、電路的組成及狀態(tài),一）電路的組成,電路電流經(jīng)過的路徑,組成,電源 負(fù)載 控制設(shè)備 導(dǎo)線,電流必須在閉合回路中產(chǎn)生，所以一個(gè)完整的電路一定是回路,手電筒電路,一、電路的組成及狀態(tài),一）電路的組成,1、電源,將其他形式的能量轉(zhuǎn)換成電能的裝置,E,如：火力發(fā)電機(jī)：熱能 水力發(fā)電機(jī)：水能 風(fēng)力發(fā)電機(jī)：風(fēng)能 核動(dòng)力發(fā)電機(jī)：核能 蓄電池：化學(xué)能,轉(zhuǎn)換為電能,電源可通過電網(wǎng)絡(luò)輸送、傳遞、分配,一、電路的組成及狀態(tài),一）電路的組成,2、負(fù)載,將電能轉(zhuǎn)換成其他形式能量的器件或設(shè)備（各種電器,E,如：電燈,電能轉(zhuǎn)換為光能,電爐,電動(dòng)機(jī),電能轉(zhuǎn)換為熱能,

3、電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能,一、電路的組成及狀態(tài),一）電路的組成,3、控制設(shè)備,按人們的需求安全、有效的控制電能各物理量以及用電器的使用時(shí)間,E,如：控制電燈的開關(guān)、插銷等,控制電動(dòng)機(jī)的接觸器、繼電器、斷路器等,一、電路的組成及狀態(tài),一）電路的組成,4、導(dǎo)線,輸送分配電能的導(dǎo)體（常用銅、鋁材料,E,它將電源電能輸送致控制設(shè)備，再將受控制的電能輸入用電器，最后再將其連接回電源而形成回路,一、電路的組成及狀態(tài),一）電路的組成,E,電路可分為外電路和內(nèi)電路,外電路,電源,控制設(shè)備,負(fù)載,內(nèi)電路：電源內(nèi)部的通道。如蓄電池兩極、發(fā)電機(jī)電樞線圈內(nèi)通道,電路的分類,一、電路的組成及狀態(tài),一）電路的組成,電路原理圖,電

4、路圖是最簡單明了提供電路信息的方法。 電路圖主要用來詳細(xì)理解設(shè)備和其組成部分的工作原理，故稱電路原理圖。它為接線、測(cè)試、排故提供信息,電工作業(yè)人員實(shí)際操作時(shí)離不開電路圖，識(shí)圖、讀圖是作為一名電工的基本功,對(duì)各種不同電路的表達(dá)方式電路圖,一、電路的組成及狀態(tài),一）電路的組成,電路原理圖,信息： 電路中所用元件名稱、數(shù)量及參數(shù)。 E電池組，套。 HL 指示燈，12，0.1A、1只。 R電阻，60，1，1只。 K1、K2單極開關(guān)，只,由電氣符號(hào)（采用GB4728-85標(biāo)準(zhǔn)）、代號(hào)、連接線組合而成,一、電路的組成及狀態(tài),一）電路的組成,電路原理圖,信息： 導(dǎo)線連接方式：除元件外，每根實(shí)線都是所需連接的

5、導(dǎo)線,由電氣符號(hào)（采用GB4728-85標(biāo)準(zhǔn)）、代號(hào)、連接線組合而成,一、電路的組成及狀態(tài),一）電路的組成,電路原理圖,由電氣符號(hào)（采用GB4728-85標(biāo)準(zhǔn)）、代號(hào)、連接線組合而成,信息： 工作原理： 閉合，指示燈在額定電壓下發(fā)光； 斷開，閉合，指示燈與電阻串聯(lián)，電阻串聯(lián)降壓，指示燈電壓為左右，較暗,一、電路的組成及狀態(tài),二）電路的狀態(tài),1、通路狀態(tài),通路就是電路中開關(guān)閉合，負(fù)載中有電流流過。 在這種狀態(tài)下，電源端電壓與負(fù)載電流的關(guān)系可用電流的負(fù)特性確定,通路后負(fù)載有電流流過而做功，根據(jù)負(fù)載的大小，可分為滿載、輕載、過載三種情況,一、電路的組成及狀態(tài),二）電路的狀態(tài),1、通路狀態(tài),滿載：負(fù)載

6、在額定功率下的工作狀態(tài)叫做額定工作狀態(tài)或滿載； 輕載：負(fù)載低于額定功率的工作狀態(tài)叫做輕載； 過載：負(fù)載高于額定功率的工作狀態(tài)叫做過載或超載,輕載不利于充分發(fā)揮負(fù)載的效率，過載容易使負(fù)載過線路燒毀，滿載為理想工作狀態(tài),一、電路的組成及狀態(tài),二）電路的狀態(tài),2、斷路或開路狀態(tài),斷路一般為故障，開路為工作需要，電路狀態(tài)一樣，電源兩端或電路某處斷開，電路中沒有電流通過。 對(duì)于電源來說，這種狀態(tài)叫空載,一、電路的組成及狀態(tài),二）電路的狀態(tài),2、斷路或開路狀態(tài),開路的特點(diǎn)： 電路中電流為零，電源端電壓U等于電源電動(dòng)勢(shì)E,電路某處斷開,一、電路的組成及狀態(tài),二）電路的狀態(tài),3、短路狀態(tài),如果外電路被阻值近似

7、為零的導(dǎo)體接通，這時(shí)電源就處于短路狀態(tài),一、電路的組成及狀態(tài),二）電路的狀態(tài),3、短路狀態(tài),在這種狀態(tài)下，短路電流ID=E/RO非常大，由于電流未經(jīng)負(fù)載直接流回電源，電源內(nèi)阻RO極小，強(qiáng)大的短路電路極有可能燒毀電源和線路，造成重大事故，所以要嚴(yán)格防止，避免發(fā)生短路,外電路被阻值近似為零的導(dǎo)體接通,一、電路的組成及狀態(tài),二）電路的狀態(tài),3、短路狀態(tài),防止短路最常用的方法是在電路上安裝熔斷器，不論高壓、低壓、強(qiáng)電、弱電，線路都要設(shè)可靠的短路保護(hù),熔斷器,一、電路的組成及狀態(tài),二）電路的狀態(tài),電路的外特性,二、電流,一）電流的形成,電流電荷有規(guī)則的定向運(yùn)動(dòng)形成電流。用I、i表示,了解電流的實(shí)質(zhì)，就要

8、從物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行分折： 任何物質(zhì)都是由分子組成，分子是由原子組成，而原子又是由帶正電原子核和帶負(fù)電的電子組成。 在常態(tài)下，原子核所帶的正電荷數(shù)等于電子所帶的負(fù)電荷數(shù)，物質(zhì)呈中性,在金屬導(dǎo)體中存在較多脫離原子核吸引力的自由電子，它們相互碰撞，處于無定向無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，所以也不顯電性,二、電流,一）電流的形成,例如，13號(hào)元素鋁的原子結(jié)構(gòu)。電子分層排列（2，8，3,二、電流,一）電流的形成,電流電荷有規(guī)則的定向運(yùn)動(dòng)形成電流,當(dāng)人們給一定外加條件時(shí)，如導(dǎo)體兩端加一個(gè)電場（即按上電源），則導(dǎo)體內(nèi)自由電子受到電場力的作用，正電場吸引電子，負(fù)電場排拆電子，所以導(dǎo)體內(nèi)自由電子就向著正電場方向移動(dòng),電場力：帶電

9、導(dǎo)體的周圍存在著電場，電場對(duì)處在場內(nèi)的電荷有力的作用,二、電流,一）電流的形成,在金屬導(dǎo)體中，電子在外電場的作用下有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)形成電流,二、電流,一）電流的形成,電流強(qiáng)度： 電流的大小取決于在一定時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量的多少，在單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量越多，表示通過該導(dǎo)體的電流越強(qiáng)，反之較弱，所以電流大小用電流強(qiáng)度來衡量。 為方便起見，人們把電流強(qiáng)度簡稱電流,電流強(qiáng)度1秒鐘內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量,I：電流強(qiáng)度（安培） Q：電量（庫侖） t：時(shí)間（秒,二、電流,一）電流的形成,電流密度： 在實(shí)際工作中，經(jīng)常需要選擇導(dǎo)體（線）的粗細(xì)即截面積，這就需要用到電流密度這一概念。 當(dāng)電流在

10、導(dǎo)體的橫截面上均勻分布時(shí)，該電流與導(dǎo)體橫截面的比值，就稱為電流密度,電流密度用字母J表示，即,J：電流密度（A/mm2） I：電流（A） S：橫截面（ mm2,二、電流,一）電流的形成,電流密度,如： 橫截面2.5mm2的BVR塑料多股線的電流密度可選為7A/mm2，一般情況下：2.5mm2BVR最大可通過17.5A電流，可配用3.8kW的單相用電設(shè)備,電流密度與導(dǎo)體橫截面不呈線性關(guān)系。因?yàn)閷?dǎo)體的截面積選用必須考慮諸多綜合因素，如環(huán)境、敷設(shè)方式、敷設(shè)長度。耐熱、散熱要重點(diǎn)考慮。 一般電流密度選擇：負(fù)載電流越大，電流密度相對(duì)越小,二、電流,一）電流的形成,電流密度,又如： 現(xiàn)需要安裝一路供電線路

11、，此線路計(jì)算總負(fù)荷電流為125A，選配電纜前應(yīng)先根據(jù)實(shí)際情況確定電流密度，通常100A以上電路選用電纜的電流密度，每平方毫米不大于2A，即J=2A/mm2，那么,總之，導(dǎo)體安全載流量選擇正確與否，直接關(guān)系到電路的安全、質(zhì)量及成體，不可忽視,可選擇70mm2的電纜線,二、電流,二）電流的方向,電流的方向正電荷移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞣较?二、電流,二）電流的方向,不同的導(dǎo)電物質(zhì)中，形成電流的運(yùn)動(dòng)電荷，可以是正電荷，也可以是負(fù)電荷。甚至兩者都有。為統(tǒng)一起見,規(guī)定：正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞣较颉?按照這個(gè)規(guī)定，在電源外部，電流的方向是從電源的正極流向負(fù)極,在金屬導(dǎo)體中，電子運(yùn)動(dòng)的方向與電流方向相反,二、電

12、流,二）電流的方向,電流方向的表示,可用箭頭表示： I1 I2 I,或用下標(biāo)表示： Iao Ibo Ioc,在分析和計(jì)算電路時(shí)，常常要求出電流方向，尤其是較復(fù)雜電路，某段電路中實(shí)際電流方向難以確定，在這種情況下，要設(shè)定參考方向，參考方向任意任意設(shè)定，當(dāng)計(jì)算結(jié)果大于零時(shí)（即為正值），假設(shè)參考方向與實(shí)際電流方向相同；如果計(jì)算結(jié)果小于零時(shí)（即為負(fù)值），那么假設(shè)參考方向與實(shí)際電流方向相反,二、電流,二）電流的方向,電流方向的表示,例：如圖所示電路，求出Iao的大小和方向,解： 先設(shè)定 Iao的方向，如圖所示,根據(jù)基爾霍夫節(jié)點(diǎn)電流定律： Iao+Ibo=Ioc,Iao=Ioc-Ibo 將已知數(shù)代入 Ia

13、o=3-4=-1A 得數(shù)為負(fù)值，實(shí)際電流方向?yàn)镮oa,二、電流,三）電流的單位,電流的國際單位為安培，簡稱為安，用A表示,常用的電流單位：千安（kA）、毫安（mA）、微安（A,kA、A、mA、A依次為千進(jìn)位，即： 1kA=103A=106mA=109A,二、電流,四）電流的種類,電流的種類即電流的性質(zhì)，通常分直流電、交流電兩種,二、電流,四）電流的種類,1、直流電： 其大小和方向均不隨時(shí)間變化而變化。 直流電可由蓄電池、直流發(fā)電機(jī)或整流電路獲得。 直流電可分理想直流電和脈動(dòng)直流電，用直角坐標(biāo)系圖形表示法可以看出,理想直流電： 無論t在什么時(shí)間段，電流i大小幅度不變、方向不變，始終在正半周,二、

14、電流,四）電流的種類,1、直流電： 其大小和方向均不隨時(shí)間變化而變化。 直流電可由蓄電池、直流發(fā)電機(jī)或整流電路獲得。 直流電可分理想直流電和脈動(dòng)直流電，用直角坐標(biāo)系圖形表示法可以看出,脈動(dòng)直流電： 雖方向不變，始終在正半周，但大小幅度隨t的變化而不斷變化，有一定的交變成分,二、電流,四）電流的種類,1、直流電,應(yīng)注意： 直流電在接通和斷開的瞬間都有個(gè)交變（即電流變化）過程,脈動(dòng)直流電是通過整流后的直流電。 整流獲得理想直流電的步驟,二、電流,四）電流的種類,2、交流電,其大小和方向都隨時(shí)間的變化而變化。 電力系統(tǒng)供給工礦企業(yè)的動(dòng)力電都為交流電。 工礦企業(yè)、日常生活所用的交流電是按正弦規(guī)律變化的

15、正弦交流電。 正弦交流電在直角坐標(biāo)系中的波形圖,可以看出： 電流i的大小、幅度隨著t的變化而不斷的變化，方向也隨t的變化在正負(fù)半周有規(guī)律的變化,三、電阻,電阻是反映物體對(duì)電流起阻礙作用大小的一個(gè)物理量。 電阻這一物理量可衡量物體的導(dǎo)電能力，物體電阻小導(dǎo)電能力就強(qiáng)，反之就弱。 電阻用字母R、r表示。 電阻的單位：歐姆，簡稱歐，用字母表示。 物體的電阻是客觀存在的，不隨電壓的高低而變化,三、電阻,實(shí)驗(yàn)證明： 物體的電阻跟物體長度成正比，跟物體截面積成反比，并與物體的材料（電阻率）和溫度有關(guān)，可用以下公式表達(dá),R：電阻（） ：電阻率（m） L：長度（） S：截面積（m2,電阻率：是與物體材料性質(zhì)有關(guān)

16、的物理量，稱為電阻系數(shù)或電阻率。它是指長度1米，橫截面1平方毫米的某種材料的物體在2時(shí)的電阻值。單位：m。 不同的材料其電阻率也不同，下表列出幾種常用金屬的電阻率,三、電阻,表1-1 常用金屬材料的電阻率及電阻溫度系數(shù),三、電阻,溫度系數(shù)： 表中溫度系數(shù)，說明電阻率與溫度有關(guān)，實(shí)驗(yàn)證明，物體的溫度變化，電阻也隨之變化，一般導(dǎo)體溫度升高后，導(dǎo)體的電阻值隨之增大，相對(duì)導(dǎo)電能力下降。（注：導(dǎo)體碳相反） 我們把溫度升高1時(shí)，電阻所產(chǎn)生的變動(dòng)值與原電阻值的比值，稱為電阻溫度系數(shù)，用表示，單位1,t1：變化前溫度 t2：變化后溫度 R1：t1時(shí)電阻值 R2：t2時(shí)電阻值,一般金屬材料電阻溫度系數(shù)很小，但溫

17、度很高時(shí)，電阻變化顯著，不可忽視,三、電阻,在實(shí)際工作中，我們不但用電阻去衡量物體的導(dǎo)電能力，我們還將具有一定阻值物質(zhì)制作成實(shí)體元件，稱為電阻器,電阻元件主要參數(shù)：電阻值、功率、允許偏差等。 電阻器的作用：在直流電路中，常用于分壓、分流、阻抗匹配等；交流電路中，電阻器常用于限流,電阻元件符號(hào),電阻： 可變電阻： 電位器,四、電壓與電位,一）電位,人們測(cè)量山峰的高度，常用海拔多少米，也就是以海平面為基準(zhǔn)測(cè)出各山峰的相對(duì)高度，海平面海拔為零，零海拔為各山峰高度的參考點(diǎn),2800米,山高：海拔2800米,參考點(diǎn)：海平面,四、電壓與電位,一）電位,電位也一樣，也必須要有一個(gè)參考點(diǎn)，而且一個(gè)網(wǎng)絡(luò)、一個(gè)系

18、統(tǒng)或一臺(tái)獨(dú)立的設(shè)備只能共有一個(gè)參考點(diǎn)。如低壓三相四線中性點(diǎn)接地的供電系統(tǒng)中，大地為參考點(diǎn)，稱為零電位,參考點(diǎn),u1,u2,u3,L1 L2 L3,U1、u2、u3為各點(diǎn)電位,四、電壓與電位,一）電位,而電子設(shè)備常以金屬底板、機(jī)殼等共公點(diǎn)作為參考點(diǎn)。選定了參考點(diǎn)，各點(diǎn)到參考點(diǎn)間的電壓就稱各點(diǎn)的電位,零電位參考點(diǎn),ua、ub、uc、 ud為各點(diǎn)電位,ub,ua,uc,ud,四、電壓與電位,一）電位,從電學(xué)的角度來解釋，帶電導(dǎo)體的周圍存在著電場，電場對(duì)處在電場內(nèi)的電荷有力的作用，當(dāng)電場力使電荷移動(dòng)時(shí)，電場力就對(duì)電荷做了功,電場方向,參考點(diǎn),在均勻電場中，我們把電場力F將電荷Q從a點(diǎn)移支o點(diǎn)和從b點(diǎn)移

19、到o點(diǎn)，進(jìn)行比較,四、電壓與電位,一）電位,設(shè)：a點(diǎn)與o點(diǎn)間距Lao，b點(diǎn)與o點(diǎn)間距Lbo，且Lao=2Lbo。 則電場力F將Q從a點(diǎn)移到o點(diǎn)做的功：Aao=FLao 則電場力F將Q從b點(diǎn)移到o點(diǎn)做的功：Abo=FLbo 因?yàn)殡姾蒕量和L成正比，所以，a 點(diǎn)電荷量大于b點(diǎn)電荷量,電場方向,參考點(diǎn),四、電壓與電位,一）電位,我們規(guī)定： 電場力把單位正電荷從電場中的某一點(diǎn)移到參考點(diǎn)所做的功，稱該點(diǎn)的電位，用字母表示。功做的多少與電位的高低成正比。 由于aobo,電場方向,參考點(diǎn),那么a點(diǎn)電位就比b點(diǎn)電位高,四、電壓與電位,一）電位,這里o點(diǎn)為參考點(diǎn)，參考點(diǎn)可任意選擇，不同的參考點(diǎn)，相對(duì)各點(diǎn)電位也不

20、同。由此看出，電場中某點(diǎn)電位與參考點(diǎn)有密切關(guān)系，通常選擇參考點(diǎn)以方便計(jì)算為原則。 參考點(diǎn)可視為零電位，低于參考點(diǎn)為負(fù)電位，高于參考點(diǎn)為正電位，等于參考點(diǎn)為同電位,電場方向,參考點(diǎn),四、電壓與電位,一）電位,如果功的單位是焦耳，電荷電位是庫侖，則電位單位就是伏特，簡稱伏，用字母表示。 常用單位： 千伏（k）、伏（）、毫伏（m）、微伏（）。 k103 103m m103,電場方向,參考點(diǎn),四、電壓與電位,二）電壓,電壓是衡量電場力做功本領(lǐng)大小的物理量，在電場中兩點(diǎn)間電位差稱為電壓,abaobo 導(dǎo)體兩端具有電位差時(shí)，電子才有規(guī)則的定向運(yùn)動(dòng)而形成電流?？梢?，導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生電流的條件是導(dǎo)體兩端必須有電位差

21、（電壓）。 電壓單位與電位相同,四、電壓與電位,二）電壓,電壓和電流一樣，不但有大小，而且有方向。 電壓的方向是由高電位指向低電位，如“”“”，可稱電位降或壓降。 當(dāng)電壓釆用雙下標(biāo)記法時(shí)，電壓方向?yàn)榈谝幌聵?biāo)指向第二下標(biāo),電壓可用電壓表直接或間接測(cè)量，測(cè)量時(shí)電壓表并聯(lián)在線路上,四、電壓與電位,二）電壓,電壓與電位相同與不同： 相同： 單位相同，方向相同。 不同： 電位是某點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓； 電壓是兩點(diǎn)間電位差； 電位是隨參考點(diǎn)改變而改變； 電壓是不隨參考點(diǎn)改變而改變,四、電壓與電位,二）電壓,舉例說明： 一電阻串聯(lián)支路，a、b兩點(diǎn)電壓為6V，且R1=R2=R3，則電阻R1、R2、R3上降壓為2V

22、，U=6V,當(dāng)參考點(diǎn)設(shè)定在c 點(diǎn)，那么 ac=+2V， bc=-4V, Uab=ac-bc=+6V,當(dāng)參考點(diǎn)設(shè)定在d點(diǎn)，那么 ad=+4V，bd=-2V, Uab=ad-bd=+6V 以上證明，電位是相對(duì)的，電壓是絕對(duì)的,五、電動(dòng)勢(shì),我們已知道，電源是將非電能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，那么衡量電源轉(zhuǎn)換本領(lǐng)大小的物理量稱為電動(dòng)勢(shì),為了進(jìn)一步分析，我們以發(fā)電機(jī)中的一段導(dǎo)體為例，簡述電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生過程。 金屬導(dǎo)體內(nèi)部存在著大量的自由電子，如對(duì)這些自由電子施加外力FW（如：磁場、摩擦等）會(huì)使其向?qū)w的一端移動(dòng),五、電動(dòng)勢(shì),我們已知道，電源是將非電能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，那么衡量電源轉(zhuǎn)換本領(lǐng)大小的物理量稱為電動(dòng)勢(shì),電子

23、移動(dòng)的結(jié)果,使導(dǎo)體的這一端積累了負(fù)電荷，而導(dǎo)體的另一端則因缺少電子呈現(xiàn)出正電荷積累，導(dǎo)體內(nèi)正負(fù)電荷的分離，在內(nèi)部就產(chǎn)生了電場,這時(shí)電子除了受外力作用外，還要受到電場力FD的作用，電場力和外力方向相反，對(duì)電子的繼續(xù)移動(dòng)起阻礙作用,五、電動(dòng)勢(shì),我們已知道，電源是將非電能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，那么衡量電源轉(zhuǎn)換本領(lǐng)大小的物理量稱為電動(dòng)勢(shì),開始時(shí)，外力大于電場力，電子向一端移動(dòng)，當(dāng)兩端電荷積累到一定程度，就是當(dāng)電場力FD與外力FW相等時(shí)，電子停止了定向移動(dòng)，導(dǎo)體兩端電荷的積累處于穩(wěn)定狀態(tài),五、電動(dòng)勢(shì),我們已知道，電源是將非電能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，那么衡量電源轉(zhuǎn)換本領(lǐng)大小的物理量稱為電動(dòng)勢(shì),可以看出，在外力作用

24、下，電子在導(dǎo)體中定向移動(dòng)需要做功。正電荷與電子相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在外力的作用下，單位正電荷從電源的負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移到正極所做的功，稱為該電源的電動(dòng)勢(shì)，用字母E、e表示,電動(dòng)勢(shì)的單位是伏特。 電動(dòng)勢(shì)方向是從低電位（電源負(fù)極）指向高電位（電源正極）。 電動(dòng)勢(shì)可稱為電位升,五、電動(dòng)勢(shì),通過電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生過程的分析得知，電源兩端具有不同的電位差，這電位差稱電源端電壓，簡稱電源電壓，實(shí)際上電源電動(dòng)勢(shì)等于電源兩端的開路電壓,值得注意： 電動(dòng)勢(shì)僅存在于電源內(nèi)部，而電源電壓不僅存在于電源兩端，而且也存在于電源外部，且兩者方向相反,第二節(jié)直流電路,一、部分電路歐姆定律,二、全電路歐姆定律,三、電阻的串聯(lián),四、電阻的并聯(lián),五

25、、電功和電功率,第二節(jié)直流電路,討論直流電路，掌握定律、公式，不但能對(duì)簡單或復(fù)雜直流電路進(jìn)行分析計(jì)算，而且它還是分析和計(jì)算交流電路、磁路的基礎(chǔ)，更重要的是我們?cè)趯?shí)際電工作業(yè)時(shí)經(jīng)常要用到這些定律和公式，只有能靈活運(yùn)用，對(duì)各種設(shè)備電路認(rèn)真分析、正確計(jì)算，才能保證我們安裝和維修電氣設(shè)備的安全、可靠性,一、部分電路歐姆定律,歐姆定律是電工理論中一個(gè)最基本、也是最重要的一個(gè)定律，我們用它來分析計(jì)算線性電路中電流、電壓、電阻三者的關(guān)系和大小。 部分電路歐姆定律，它用于一個(gè)閉合電路中的某一段含電阻的電路，不包括電源，故又稱無源支路歐姆定律,具體含義： 通過一段無源支路的電流，與支路兩端電壓成正比，與支路電阻

26、成反比。 要滿足以上條件，導(dǎo)體及電阻溫度不變，電流與電壓方向一致,一、部分電路歐姆定律,具體公式,式中： I支路電流（A） U支路兩端電壓（V） R電阻（,上式也可表達(dá)成,一、部分電路歐姆定律,我們?cè)趯?shí)際工作中常用歐姆定律進(jìn)行簡單計(jì)算，如：一晶體管放大電路中，我們需測(cè)量其中某一個(gè)三極管的基極、集電集、發(fā)射極電流，利用歐姆定律和萬用表，可在不改動(dòng)線路的情況下，測(cè)量并計(jì)算出各極電流,具體操作： 先用萬用表測(cè)出Rb、Rc、Re上降壓，再利用支路歐姆定律求得,一、部分電路歐姆定律,再如： 某設(shè)備中，直流24伏電源需用發(fā)光二極管做電源指示，發(fā)光二極管的發(fā)光參數(shù)：電壓3V，電流10mA。應(yīng)串多少歐姆的電阻

27、R才能使發(fā)光二極管正常工作,已知：UR+UV=24V 那么UR=24-UV=24-3=21V IR=IV=10mA,應(yīng)選電阻值： 由已知電流、電壓，根據(jù)歐姆定律算出電阻,應(yīng)串接2100電阻器對(duì)指示支路進(jìn)行降壓、限流,一、部分電路歐姆定律,前面講過，如直流電路的極性不知，計(jì)算前可對(duì)電流、電壓方向假設(shè)標(biāo)定，在電流、電壓方向一致的基礎(chǔ)上任意假定，看計(jì)算結(jié)果，確定實(shí)際方向，正值，假定與實(shí)際相同；負(fù)值，則假定與實(shí)際相反,二、全電路歐姆定律,全電路是指有源的閉合回路，電源內(nèi)部都存在內(nèi)阻ro,兩公式比較，全電路歐姆定律與部公支路歐姆定律所明顯不同的是，由于電路中含源，所以將電壓U換為電動(dòng)勢(shì)E，并且全電路歐姆

28、定律還要考慮電源內(nèi)阻ro的存在,二、全電路歐姆定律,具體含義： 通過該閉合回路的電流與回路的電動(dòng)勢(shì)成正比，與回路中全部電阻成反比。（這里的全部電阻，除要考慮電源內(nèi)阻外，實(shí)際工作計(jì)算有時(shí)還需要考慮線路電阻,它們的關(guān)系式,I：回路電流（A） E：電源電動(dòng)勢(shì)（V） R：負(fù)載電阻（） ro：電源內(nèi)阻（） Rr：線路電阻（,二、全電路歐姆定律,例：已知：E=110V，ro=0.2，Rr=0.4，R=9 求：工作正常時(shí)的電流I； 負(fù)載兩端短路時(shí)的電流I； 電源兩端短路時(shí)I,解：利用全電路歐姆定律可得,正常工作時(shí),二、全電路歐姆定律,例：已知：E=110V，ro=0.2，Rr=0.4，R=9 求：工作正常時(shí)

29、的電流I； 負(fù)載兩端短路時(shí)的電流I； 電源兩端短路時(shí)I,解：利用全電路歐姆定律可得,負(fù)載兩端短路時(shí),如無保護(hù)措施，發(fā)電機(jī)與線路均會(huì)短路時(shí)燒毀,二、全電路歐姆定律,例：已知：E=110V，ro=0.2，Rr=0.4，R=9 求：工作正常時(shí)的電流I； 負(fù)載兩端短路時(shí)的電流I； 電源兩端短路時(shí)I,解：利用全電路歐姆定律可得,電源兩端短路時(shí),如無有效保護(hù)措施，發(fā)電機(jī)將迅燒毀,二、全電路歐姆定律,有時(shí)在實(shí)際計(jì)算時(shí)，還會(huì)碰到一段含源支路電路。通過一段含源支路的電流，不僅與支路電阻R和端電壓U有關(guān)，還與支路電動(dòng)勢(shì)有關(guān),它們之間的關(guān)系式，根據(jù)電流、電壓、電動(dòng)勢(shì)的方向來確定不同的表達(dá)式,二、全電路歐姆定律,E、

30、U、I三者方向一致,E、與U、I方向相反,U與I 、E三方向相反,E、U方向與I方向相反,以上可看出U、E這兩個(gè)物理量，若與電流方向一致取“正”，若與電流方向相反取“負(fù),三、電阻的串聯(lián),電路中，二個(gè)以上電阻（可視為阻性負(fù)載）首尾依次連接成串，這種連接方式叫串聯(lián)。以這種方式組成的電路稱為串聯(lián)電路，它沒有分支，只有一條電路通道,三、電阻的串聯(lián),串聯(lián)電路特點(diǎn),1、串聯(lián)電路中流過每個(gè)電阻的電流都相等。 I=I1=I2=I3,因?yàn)樵陔妷篣的作用下，每個(gè)電阻都有電流流過，由于串聯(lián)電路無分支路，只有一條電流通路，且電流有不可蓄存特性（I入=I出），所以流過每個(gè)電阻上的電流都等于流入或流出電流。 在實(shí)際工作中

31、，我們利用這一特點(diǎn)對(duì)線路、設(shè)備限流。 如：電動(dòng)機(jī)串電阻降壓啟動(dòng)控制，就是利用串電阻來限制電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流,三、電阻的串聯(lián),串聯(lián)電路特點(diǎn),2、串聯(lián)電路兩端的總電壓等于各電阻兩端電壓之和。 U=U1+U2+U3,由電壓和電位的關(guān)系可知： UAB=A-BUBC=B-CUCD=C-D 將上面三式相加得： UAB+ UBC +UCD=A-B+B-C+C-D=A-D 因?yàn)锳-D= UAD，所以 UAB+ UBC +UCD= UAD 即： U1+U2+U3 =U,三、電阻的串聯(lián),串聯(lián)電路特點(diǎn),2、串聯(lián)電路兩端的總電壓等于各電阻兩端電壓之和。 U=U1+U2+U3,在實(shí)際工作中，我們利用串聯(lián)電阻具有分壓這一特

32、性，在電路中串聯(lián)不同的電阻，就能取得不同的信號(hào)電壓,例如：我們只有110V、60W的兩只白熾燈，照明電壓為220V，這時(shí)我們將兩燈串聯(lián)連接即可使用，只要燈的功率相等，兩燈上的降壓為額定電壓110V,三、電阻的串聯(lián),串聯(lián)電路特點(diǎn),3、串聯(lián)電路總電阻（等效電阻）等于各串聯(lián)電阻之和。 R=R1+R2+R3,在分析電路時(shí)，為了方便，常用一個(gè)電阻來代替幾個(gè)串聯(lián)電阻的總電阻，我們稱之為等效電阻。等效后應(yīng)符合歐姆定律的要求，即,三、電阻的串聯(lián),串聯(lián)電路特點(diǎn),3、串聯(lián)電路總電阻（等效電阻）等于各串聯(lián)電阻之和。 R=R1+R2+R3,前面講過串聯(lián)電路總電流等于各電阻電流，總電壓等于各電阻降壓之和，那么,要實(shí)際工

33、作中，阻抗匹配時(shí)，通常無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)電阻器的阻值，常采用若干個(gè)電阻器串聯(lián)，得到所需要的電阻值,三、電阻的串聯(lián),串聯(lián)電路特點(diǎn),4、在串聯(lián)電路中，各電阻上分配的電壓與其電阻值正比。 U1：U2：U3=R1：R2：R3,串聯(lián)電路中，串聯(lián)的電阻值越高，分配的電壓就越大，也就是說串聯(lián)電路中各電阻上降壓的大小與這個(gè)電阻占總電阻的比重有直接關(guān)系。這就是串聯(lián)電阻的分壓作用,因?yàn)榇?lián)電路的分壓比,那么,三、電阻的串聯(lián),在實(shí)際工作中，我們利用這一特點(diǎn)，可在一個(gè)電源上取出不同電壓等級(jí)的多個(gè)電源,先根據(jù)歐姆定律算出總電阻,例如：有一個(gè)直流50V電源，實(shí)際需要20V、18V、12V三組電源。我們可用串聯(lián)電阻的方法來達(dá)到,

34、由于串聯(lián)電阻，I=I1=I2=I3，那么,這種電路又稱為分配器。（功能近似于交流變壓器,三、電阻的串聯(lián),又例如：有一指針式表頭，其參數(shù)為Ia=50A （即滿刻度），內(nèi)阻Ra=3k。若要改裝成能測(cè)量10V電壓的電壓表，應(yīng)串聯(lián)多大電阻,首先，算出此表頭可測(cè)量最大電壓：（表頭滿刻度降壓） Ua=Ia Ra=5010-63103=0.15伏 顯然，它直接測(cè)量10V是不行的，需串聯(lián)分壓電阻擴(kuò)大量程,需串聯(lián)一個(gè)197k電阻就能把表頭改裝成測(cè)量10V電壓的電壓表,四、電阻的并聯(lián),兩個(gè)以上電阻的兩端分別連在一起，這種連接方法叫并聯(lián),四、電阻的并聯(lián),兩個(gè)以上電阻的兩端分別連在一起，這種連接方法叫并聯(lián),并聯(lián)這種連

35、接方式在實(shí)際工作中運(yùn)用的極為普遍，一般在生產(chǎn)生活中所用的電氣設(shè)備都是并聯(lián)安裝,四、電阻的并聯(lián),1、在并聯(lián)電路中，各電阻兩端的電壓相等，且等于電路兩端電壓。 U=U1=U2=U3,并聯(lián)電路特點(diǎn),在實(shí)際工作中，并聯(lián)安裝用電設(shè)備所需電壓等級(jí)相同，可使廠家生產(chǎn)設(shè)備額定電壓標(biāo)準(zhǔn)化，電力部門供電、配電也可按標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一,四、電阻的并聯(lián),2、并聯(lián)電路中，總電流等于各電阻中的電流之和。 I= I 1+ I 2+ I 3,并聯(lián)電路特點(diǎn),不難看出，電流從正極流出后，分三條支路繼續(xù)流動(dòng)，由于電流的不可蓄存性（I入=I出），三個(gè)支路的電流在負(fù)極匯合流回電源，所以我們說并聯(lián)電路有分流作用,四、電阻的并聯(lián),2、并聯(lián)電路中，總

36、電流等于各電阻中的電流之和。 I= I 1+ I 2+ I 3,并聯(lián)電路特點(diǎn),在實(shí)際工作中，測(cè)量較大的直流電流時(shí)，我們常選用的分流器，就是利用并聯(lián)電路這一特點(diǎn),四、電阻的并聯(lián),3、并聯(lián)電路的總電阻（等效電阻）的倒數(shù)等于各電阻的倒數(shù)之和,并聯(lián)電路特點(diǎn),并聯(lián)后總電壓與各支路電壓相等，總電流為各支路電流相加，根據(jù)歐姆定律,四、電阻的并聯(lián),3、并聯(lián)電路的總電阻（等效電阻）的倒數(shù)等于各電阻的倒數(shù)之和,并聯(lián)電路特點(diǎn),得出,同乘得出,四、電阻的并聯(lián),并聯(lián)電路特點(diǎn),在并聯(lián)電路計(jì)算中,我們常用“”作為并聯(lián)記號(hào)。 如：兩個(gè)電阻并聯(lián)，可寫成,R1R2,三個(gè)電阻并聯(lián),R1R2R3,四、電阻的并聯(lián),并聯(lián)電路特點(diǎn),在并聯(lián)

37、電路計(jì)算中,我們常用“”作為并聯(lián)記號(hào),若多電阻并聯(lián)，且電阻值相等,總電阻等于其中一個(gè)電阻的電阻值除電阻數(shù),四、電阻的并聯(lián),4、并聯(lián)電路中，通過各個(gè)電阻的電流與它的阻值成反比,并聯(lián)電路特點(diǎn),四、電阻的并聯(lián),4、并聯(lián)電路中，通過各個(gè)電阻的電流與它的阻值成反比,并聯(lián)電路特點(diǎn),由于并聯(lián)電路U=Un，而U=IR，Un=InRn IR=InRn,其中： R=R1R2R3Rn,為并聯(lián)電路的分流比,并聯(lián)電路中，并聯(lián)支路電阻越大，電流分配到的就越小,四、電阻的并聯(lián),在并聯(lián)電路的分析與計(jì)算中，最常見的為兩條支路的電路,并聯(lián)電路特點(diǎn),根據(jù)分流公式,四、電阻的并聯(lián),并聯(lián)電路的分析與計(jì)算中，兩條支路以上的電路，計(jì)算其電

38、流分配，應(yīng)用分流公式,并聯(lián)電路特點(diǎn),我們常見的指針式儀表其表頭（測(cè)量機(jī)構(gòu)）一般都是電流表，在表頭內(nèi)一定有一個(gè)分流電阻與測(cè)量機(jī)構(gòu)并聯(lián)，作用就是為了分流,分流電阻,基爾霍夫定律,簡單直流電路與復(fù)雜直流電路的概念,1.簡單直流電路 運(yùn)用歐姆定律及電阻串、并聯(lián)能進(jìn)行化簡、計(jì)算的直流電路，叫簡單直流電路,2.復(fù)雜直流電路 不能用電阻串、并聯(lián)化簡的直流電路叫復(fù)雜直流電路,基爾霍夫定律,電路的幾個(gè)基本術(shù)語,1.支路：電路中的每一個(gè)分支叫支路。它由一個(gè)或幾個(gè)相互串聯(lián)的電路元件所構(gòu)成,2.節(jié)點(diǎn)：三條或三條以上支路所匯成的交點(diǎn)叫節(jié)點(diǎn),3.回路電路中任一閉合路徑都叫回路。一個(gè)回路可能只含一條支路，也可能包含幾條支路

39、。其中最簡單的回路又叫獨(dú)立回路或網(wǎng)孔,基爾霍夫定律,一）基爾霍夫第一定律,在任一瞬間，流進(jìn)某一節(jié)點(diǎn)的電流之和恒等于流出該節(jié)點(diǎn)的電流之和，即 ，又名節(jié)點(diǎn)電流定律,對(duì)于節(jié)點(diǎn) A,即對(duì)于任一節(jié)點(diǎn)來說，流入（或流出）該節(jié)點(diǎn)電流的代數(shù)和恒等于零,分析方法,1.先任意假設(shè)支路電流的參考方向，列出節(jié)點(diǎn)電流方程。通?？蓪⒘鬟M(jìn)節(jié)點(diǎn)的電流取為正值，流出節(jié)點(diǎn)的電流取為負(fù)值,如圖所示，已知 I1=2A，I2=-3A，I3=-2A 。試求I4,解,由基爾霍夫第一定律可知,舉例,2.根據(jù)計(jì)算值的正負(fù)確定未知電流的實(shí)際方向,基爾霍夫定律,基爾霍夫第一定律的推廣應(yīng)用,基爾霍夫第一定律可以推廣應(yīng)用于任一假設(shè)的閉合面，即：在任一

40、瞬間，流入某一閉合曲面的電流恒等于流出該閉合曲面的電流,舉例：圖示電路中閉合面包含一個(gè)三角形電路，它有三個(gè)節(jié)點(diǎn)。應(yīng)用基爾霍夫第一定律可以列出,此三式相加，得,即,基爾霍夫定律,二）基爾霍夫第二定律,在任一閉合回路中，各段電路電壓降的代數(shù)和恒等于零，即，又名回路電壓定律,基爾霍夫定律,二）基爾霍夫第二定律,基爾霍夫第二定律的等價(jià)表示形式,如圖所示，按虛線方向循環(huán)一周，根據(jù)電壓與電流的參考方向可列出,即,可得基爾霍夫第二定律的另一種表示形式,基爾霍夫定律,二）基爾霍夫第二定律,基爾霍夫第二定律的等價(jià)表示形式,基爾霍夫第二定律的另一種表示形式,含義：在任一回路的循環(huán)方向上，回路中電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和恒等于

41、電阻上電壓降的代數(shù)和,基爾霍夫定律,基爾霍夫第二定律的推廣應(yīng)用,可推廣應(yīng)用于不完全由實(shí)際元件構(gòu)成的假想回路,如圖所示，可得,或,支路電流法,所謂支路電流法是以各支路電流為未知數(shù)，根據(jù)基爾霍夫定律列出方程組，然后聯(lián)立方程組，求得各支路電流,解題步驟： 1.標(biāo)出各支路的電流參考方向和獨(dú)立回路的循環(huán)方向。 2.用基爾霍夫第一、第二定律列出節(jié)點(diǎn)電流方程式和回路電壓方程式。 3.代入已知解聯(lián)立方程式，求出各支路電流的大小，并確定各支路電流的實(shí)際方向,舉例分析,如圖所示為兩個(gè)電源并聯(lián)對(duì)負(fù)載供電的電路。已知： E1=18V， E2=9V ， R1=R2=1 ， R3=4 ，求各支路電流,解,1）假設(shè)各支路電

42、流方向和回路循環(huán)方向。 （2）電路中只有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，只能列出一個(gè)獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)電流方程式。 對(duì)于節(jié)點(diǎn)A,另外，兩個(gè)方程式由基爾霍夫第二定律列出,對(duì)于回路1,對(duì)于回路2,舉例分析,3）代入已知解聯(lián)立方程式,五、電功和電功率,一）電功,電流通過燈絲會(huì)發(fā)光，通過電爐會(huì)發(fā)熱，通過電動(dòng)機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，在任何有電流通過的閉合回路是都要發(fā)生能量的轉(zhuǎn)換。我們把電流轉(zhuǎn)換成其他形式的能量，叫做電流做功，簡稱電功。也就是說，只有電流產(chǎn)生，電才能做功。電功用字母W表示,五、電功和電功率,一）電功,電流在一段電路上所做的功，與這段電路兩端的電壓成正比，通過和電流以及通電的時(shí)間成正比。即 W=UIt,式中： W：電功（J） U：電壓

43、（V） I：電流（A） t：時(shí)間（s,此式還可轉(zhuǎn)換為：W=I2Rt 或,注： 如果電壓單位為V，電流單位為A，時(shí)間單位為s，那么電功單位就是焦耳，簡稱焦，用字母J表示。 從上式我們看出，電功與時(shí)間有關(guān)，電功是一段時(shí)間內(nèi)電流所做的功,五、電功和電功率,二）電功率,電功不能表示電流做功或能量傳遞的快慢，而電功率則能表示能量傳遞的快慢，所以電流在單位時(shí)間內(nèi)（1 s）所做的功，稱為電功率，用字母P表示，即,式中： W：電功（J） t：時(shí)間（s,由此看出電功率體身與時(shí)間無關(guān),五、電功和電功率,二）電功率,電功率的單位：焦耳/秒（J/s），又稱瓦特，簡稱瓦，用字母W表示。 在實(shí)際工作中，用電設(shè)備的容量都用

44、電功率表示，常用的單位還有：千瓦（kW）、毫瓦（mW）以及馬力等。 1千瓦（kW）=103瓦（W） 1毫瓦（mW）=10-3瓦（W） 1馬力=0.735千瓦（kW,五、電功和電功率,二）電功率,通過歐姆定律的代入轉(zhuǎn)換，常用的功率公式除P=IU外，還有 P=I2R,公式表明，當(dāng)電壓一定時(shí)，電功率與電阻值成反比,比如我們家中使用的白熾燈，電壓都是220V時(shí)，40W的燈泡要比25W的燈泡亮，而是40W的電阻是1.21k，25W的燈泡卻是1.94k。 由此可見：P1P2，那么R1R2,五、電功和電功率,二）電功率,前面討論全電路歐姆定律得知，電動(dòng)勢(shì)E存在內(nèi)阻ro，內(nèi)阻也有壓降（UO=Iro），電源端電

45、壓U=E-UO 下面我們討論：電源產(chǎn)生的功率EI與負(fù)載得到的功率UI，以及內(nèi)電路損失的功率UOI間關(guān)系,即EI=UI+UOI 稱之為電路的功率平衡方程，也就是說，只要電源內(nèi)阻存在，EIUI,五、電功和電功率,二）電功率,在實(shí)際工作中，我們可用測(cè)量用電器電流電壓的方法獲得用電器的功率。 例如：有一只燈泡U=220V，I=0.455A，其功率P=2200.455=100W 又如：一直流電動(dòng)機(jī)，U=110V，I=12.5A，其功率P=11012.5=1.4kW,五、電功和電功率,電能,電流在一段時(shí)間內(nèi)所做的功，電能也可稱電功。電能為電功率（P）乘時(shí)間（t），它和電功的計(jì)算方式一樣，但單位不同。 電功

46、：W=Pt單位：焦（J,1J=1Ws，但它在實(shí)際中人們嫌焦（J）這個(gè)單位太小，不方便計(jì)量。所以規(guī)定,功率為1千瓦的用電器在1小時(shí)（h）中所做的功或消耗的電能，即 kWh=Pt,式中： P：電功率（kW） t：時(shí)間（h,五、電功和電功率,電能,電能的單位：千瓦小時(shí)，kWh，俗稱度。 1度=1kWh,電能的記錄、計(jì)量，主要用來累記用電量，我們常用的三相、單相各種電度表就是用來計(jì)量電能的,五、電功和電功率,電能,例1-4有一個(gè)220V、40W的白熾燈，接在220V的供電線路上，求流過白熾燈的電流。若該燈平均每天工作5小時(shí)，電價(jià)是每度5角5分，每月（30天）該燈要消耗幾度電，要付多少電費(fèi),解：因?yàn)镻=

47、UI，所以,每月用電時(shí)間：t=530=150h,功率單位轉(zhuǎn)換：P=40W=0.04kW,每月消耗的電能：W=Pt=0.04150=6kWh,每月應(yīng)付電費(fèi)：60.55=3.30（元,五、電功和電功率,電流的熱效應(yīng)焦耳定律,電流通過電阻（所有阻性負(fù)載）時(shí)，電流所做的功（W）被電阻吸收并全部轉(zhuǎn)換成熱能，以熱的形式表現(xiàn)出來,事實(shí)上，所有流過電流的負(fù)載或線路，無論是阻性、感性、容性，都會(huì)有電能轉(zhuǎn)換熱能，即產(chǎn)生熱量，只是阻性轉(zhuǎn)換熱能更充分，有電必有熱，熱始終伴隨電流而產(chǎn)生，可以說電能轉(zhuǎn)換成熱能是電流的本能，人們利用電流的這一特性，生產(chǎn)和制造各種電熱產(chǎn)品。如電熱水器等,五、電功和電功率,電流的熱效應(yīng)焦耳定律

48、,焦耳定律指出，電流通過導(dǎo)體的產(chǎn)生的熱量，與電流平方、導(dǎo)體電阻及通電時(shí)間成正比，所產(chǎn)生的熱量用字母Q表示，單位：焦耳（J,電阻負(fù)載、或阻性負(fù)載，電流通過產(chǎn)生的熱量為： Q=W=I2Rt或Q=IUt,以上表達(dá)式所表達(dá)的就是電流的熱效應(yīng),電流熱效應(yīng)，有它有利的一面，也有它不利的一面，如電流的熱效應(yīng)會(huì)使電路中不需要發(fā)熱的地方（如導(dǎo)線）發(fā)熱，既消耗了能量,又會(huì)造成線路或設(shè)備的絕緣老化、漏電，甚至燒毀,五、電功和電功率,電流的熱效應(yīng)焦耳定律,為保證電氣設(shè)備、線路不發(fā)生以上故障或事故，我們要求合格的用電設(shè)備必須要提供設(shè)備額定值，如額定電壓、額定電流、額定功率等,除此之外，我們?cè)谑褂眠^程中還要注意電氣設(shè)備、

49、線路的通風(fēng)散熱，以提高用電效率，延長設(shè)備的使用壽命,第三節(jié)電與磁,一、磁體和磁極,二、磁場與磁力線,三、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁通,四、電流的磁場,五、磁場對(duì)載流導(dǎo)體的作用力,六、電磁感應(yīng),第三節(jié)電與磁,電和磁是相互聯(lián)系不可分割的兩個(gè)基本現(xiàn)象，幾乎所有電氣設(shè)備的工作原理都與電和磁有密切的關(guān)系,一、磁體和磁極,人們把具有吸引鐵、鎳、鈷等物質(zhì)的性質(zhì)稱為磁性。具有磁性的物體叫磁體,使原來不帶有磁性的物體具有磁性的過程，叫磁化,一、磁體和磁極,天然存在的磁鐵（磁鐵礦）叫天然磁鐵。經(jīng)過一定工藝磁化過的磁鐵，叫人造磁鐵。在電氣設(shè)備上使用的絕大部分為人造磁鐵,磁不但能通過永久磁鐵產(chǎn)生，而且還可以通過電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生。

50、只要有電流存在就有磁的存在，電的磁效應(yīng)和熱效應(yīng)一樣，是在產(chǎn)生電流的同時(shí)隨之產(chǎn)生的,一、磁體和磁極,磁鐵兩端磁性最強(qiáng)的區(qū)域我們稱磁極。人們常用的指北針，無論如何移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)，針頭所指方向不變，指北針的N極指向北面，S極指向南面,一、磁體和磁極,磁極分北極（N）和南極（S）。磁極具有同性相拆，異性相吸的特性。磁極間相互作用力我們稱之為磁力,一、磁體和磁極,實(shí)驗(yàn)證明，如果把一條磁鐵分成幾段，折斷處會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)相異的磁性。繼續(xù)下去，會(huì)具有同樣現(xiàn)象，我們永遠(yuǎn)找不到一個(gè)單獨(dú)存在的磁極，也就是說N極和S極總是相對(duì)存在的,二、磁場與磁力線,磁體周圍存在磁力作用的空間稱為磁場。 互相不接觸的磁體之間具有的相互作用力

51、，就是通過磁場這一特殊物質(zhì)進(jìn)行傳遞的。 （磁場和電場一樣，都是一種特殊物質(zhì)，之所以被稱為特殊物質(zhì)，是因?yàn)樗麄儾皇怯煞肿雍驮铀M成。,二、磁場與磁力線,為了形象地描述磁場，人們抽象的引出磁力線這一概念,我們規(guī)定，外磁場磁力線由N極指向S極，在磁場內(nèi)部是由S極指向N極，我們通常以磁力線方向表示磁場方向,二、磁場與磁力線,圖中a、b磁場面積相同，圖b的磁力線根數(shù)多于圖a，而且圖b磁力線的密度也大于a，可以認(rèn)為圖b磁場強(qiáng)于a,磁力線是人們假設(shè)想出來的，我們用磁力線根數(shù)的多少和疏密度來描繪磁場的強(qiáng)弱,三、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁通,前面講到磁場強(qiáng)度可以用磁力線的多少和疏密程度來描述，但它只能定性分析、相對(duì)比較，

52、具體數(shù)量無法確定,計(jì)論磁感應(yīng)強(qiáng)度前，我們先引出磁中很重要的物理量磁通,三、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁通,通過與磁場方向垂直的某一面積上的磁力線的總數(shù)，叫做通過該面積的磁通量，簡稱磁通，用字母表示。它的單位是韋伯（Wb），簡稱韋。工程上常用比韋小的單位是麥（麥克斯韋），用Mx表示。 1韋（Wb）=108麥（Mx,為此引入了磁通這一物理量來定量描述磁場在一定面積上的分布情況,三、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁通,當(dāng)面積一定時(shí)，通過該面積的磁通越多，磁場就越強(qiáng)。這一點(diǎn)在工程上有極其重要的意義，如：變壓器、電磁鐵提高效率的重要因數(shù)之一就是減小漏磁通，也就是希望全部磁力線盡可能多的通過鐵芯的截面積，以減少漏磁損耗，提高效率。所以變

53、壓器、電磁鐵的鐵芯都用高導(dǎo)磁材料制成，以降低磁阻，增加磁通量,為此引入了磁通這一物理量來定量描述磁場在一定面積上的分布情況,三、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁通,磁感應(yīng)強(qiáng)度的具體內(nèi)容： 垂直通過單位面積的磁力線數(shù)目（磁通）叫做該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，簡稱磁感應(yīng)。 在均勻磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度要表示為,磁感應(yīng)強(qiáng)度又稱磁通密度，是研究磁場中各點(diǎn)的強(qiáng)弱和方向的一物理量，用字母B 表示,式中： B：磁感應(yīng)強(qiáng)度（韋/米2） ：磁通（韋） S：面積（米2,三、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁通,磁感應(yīng)強(qiáng)度的具體內(nèi)容： 垂直通過單位面積的磁力線數(shù)目（磁通）叫做該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，簡稱磁感應(yīng)。 在均勻磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度要表示為,磁感應(yīng)強(qiáng)度又稱磁通密度，是

54、研究磁場中各點(diǎn)的強(qiáng)弱和方向的一物理量，用字母B 表示,磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位常用的有：韋/米2（T）稱做特斯拉，簡稱特。和麥/厘米2叫做高斯（Gs），簡稱高。它們間關(guān)系： 1特（T）=104高斯（Gs,三、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁通,此式表明，通過單位面積的磁通數(shù)越多，磁力線越密，磁場也越強(qiáng),磁感應(yīng)強(qiáng)度不但表示了磁場中某點(diǎn)的強(qiáng)弱，而且還能表示出該點(diǎn)的磁場方向，可以說它是一個(gè)矢量。 若磁場中各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小、方向相同，我們稱之為均勻磁場，在均勻磁場中，磁力線是等距離平行直線,均勻磁場,四、電流的磁場,磁可通過兩種方式獲得，一為永久磁鐵（石）；二是通電導(dǎo)體，嚴(yán)格的講是電流流過導(dǎo)體能產(chǎn)生磁場。這就是我們常說的

55、電的磁效應(yīng)。只要導(dǎo)體中有電流通過，導(dǎo)體周圍就必然產(chǎn)生磁場,四、電流的磁場,電流產(chǎn)生磁場的判定安培定則（右手螺旋定則），這里分兩種結(jié)構(gòu)的通電導(dǎo)體磁場方向判斷,1、直線電流的磁場 根據(jù)電流方向判斷磁場（磁力線）方向,用右手握住通電直導(dǎo)線，讓母指指向電流方向，則彎曲的四指所指的就為磁場（磁力線）方向,四、電流的磁場,2、環(huán)形電流產(chǎn)生的磁場,四、電流的磁場,2、環(huán)形電流產(chǎn)生的磁場,根據(jù)電流方向判斷磁場（磁力線）方向。 右手握住螺線管，彎曲四指指向線圈電流方向，則母指方向就是磁場（磁力線）方向,四、電流的磁場,2、環(huán)形電流產(chǎn)生的磁場,電流產(chǎn)生磁場的現(xiàn)象被廣泛應(yīng)用在電工、電子設(shè)備中，如接觸器、電動(dòng)機(jī)、變壓

56、器等,五、磁場對(duì)載流導(dǎo)體的作用力,我們知道把兩塊磁體放在一起會(huì)有作用力，即同性相拆、異性相吸，相拆、相吸都是作用力的結(jié)果。 前面講到載流導(dǎo)體的周圍存在磁場，若將載流導(dǎo)體置于磁場中，也會(huì)受到力的作用,磁場對(duì)載流直導(dǎo)體的作用 將一根直導(dǎo)體懸掛在磁場中，并使導(dǎo)體垂直于磁力線，未通電導(dǎo)體不會(huì)運(yùn)動(dòng)，如接通電源，導(dǎo)體中有電流通過，導(dǎo)體就會(huì)運(yùn)動(dòng)。若改變電流方向?qū)w便向反方向運(yùn)動(dòng),五、磁場對(duì)載流導(dǎo)體的作用力,磁場對(duì)載流直導(dǎo)體的作用,五、磁場對(duì)載流導(dǎo)體的作用力,磁場對(duì)載流直導(dǎo)體的作用,我們把載流導(dǎo)體在磁場中所受的作用力，稱作電磁作用力，或電磁力，用字母表示。電磁力的大小與導(dǎo)體中通過的電流成正比，與均勻磁場的磁感

57、應(yīng)強(qiáng)度成正比，與導(dǎo)體在磁場中的有效長度成正比，即：（由于導(dǎo)體與間夾角90，所以此時(shí)電磁力最大） m,式中： ：導(dǎo)體受到的電磁力（牛） ：均勻磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度（特） ：導(dǎo)體中的電流強(qiáng)度（安） ：導(dǎo)體在磁場中的有效長度（米,五、磁場對(duì)載流導(dǎo)體的作用力,磁場對(duì)載流直導(dǎo)體的作用,這里還要指出： 導(dǎo)體垂直于磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向時(shí)，受到的電磁力最大，平行于磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，不受力的作用,導(dǎo)體既不垂直，也不平行于磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，若導(dǎo)體與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向成角時(shí)，則可將導(dǎo)體分解成與磁感應(yīng)方向垂直的分量，作為角是時(shí)導(dǎo)體有效長度。即：sin，故 sin,五、磁場對(duì)載流導(dǎo)體的作用力,磁場對(duì)載流直導(dǎo)體的作用,載流導(dǎo)體在磁場

58、中的受力方向，可用左手定則來判斷。左手定則又稱電動(dòng)機(jī)定則，我們?nèi)蘸蠓治鲭妱?dòng)機(jī)如何轉(zhuǎn)起來需運(yùn)用此定則,具體判斷方法： 平展左手手掌，拇指與四指垂直并在一個(gè)平面上，讓磁力線穿過手心（手心對(duì)極），四指指向電流方向，則拇指所指的方向就是導(dǎo)體受力方向,五、磁場對(duì)載流導(dǎo)體的作用力,磁場對(duì)通電線圈的作用,研究磁場對(duì)通電線圈的作用更有其實(shí)際意義，因?yàn)槌Ｓ玫拇烹娛絻x表都是根據(jù)這一原理制成,五、磁場對(duì)載流導(dǎo)體的作用力,磁場對(duì)通電線圈的作用,在均勻磁場中放置一通電矩形線圈abcd，當(dāng)線圈平面與磁力線平行時(shí)，ad和bc邊與磁力線平行不受磁場的作用力。但ab和cd邊因與磁力線垂直將受到磁力的作用，即F1和F2，而且F1

59、=F2=BIL，受到作用力的兩個(gè)邊叫有效邊,通電線圈在磁場中受力轉(zhuǎn)動(dòng),五、磁場對(duì)載流導(dǎo)體的作用力,磁場對(duì)通電線圈的作用,兩有效邊所受到的作用力不僅大小相等（兩有效邊電流相等，長度相同，同處一均勻磁場），而且根據(jù)左手定則可知，受力方向相反（電流方向相反），因而構(gòu)成一對(duì)偶力，將線圈繞軸作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),通電線圈在磁場中受力轉(zhuǎn)動(dòng),五、磁場對(duì)載流導(dǎo)體的作用力,磁場對(duì)通電線圈的作用,設(shè)ab=cd=L1，ad=bc=L2，ab邊和cd邊所受的作用力分別為F1和F2,2）通電線圈在磁場中的轉(zhuǎn)矩,根據(jù)物理學(xué)中，力偶矩（轉(zhuǎn)矩）M等于其中任一個(gè)力與力偶臂的乘積，因而此時(shí)的轉(zhuǎn)矩為：M=F1L2,因?yàn)镕1=BIL1，所以

60、M=BIL1L2，又因?yàn)長1L2=S（線圈的面積），所以M=BIS,式中： B：均勻磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度（特） I：線圈中的電流（安） S：線圈的面積（米2,五、磁場對(duì)載流導(dǎo)體的作用力,磁場對(duì)通電線圈的作用,線圈在轉(zhuǎn)矩M的作用下旋轉(zhuǎn)，有效邊不可能始終與磁力線保持90，當(dāng)線圈平面的法線與磁力線的夾角為時(shí)，則線圈的轉(zhuǎn)矩為： M=BISsin,2）通電線圈在磁場中的轉(zhuǎn)矩,以上所述為單匝線圈的轉(zhuǎn)矩表達(dá)式，實(shí)際磁電式儀表的動(dòng)圈為多匝，對(duì)于有N匝的動(dòng)圈，所受到的轉(zhuǎn)矩為單匝的N倍，即：M=NBISsin,五、磁場對(duì)載流導(dǎo)體的作用力,磁場對(duì)通電線圈的作用,2）通電線圈在磁場中的轉(zhuǎn)矩,上述得知，當(dāng)線圈與磁力線平行時(shí)