物理機(jī)械建筑類第6章

物理（機(jī)械建筑類）主編：王美玉第6章第6章6.3.1部分電路的歐姆定律6.3.2串聯(lián)電路

6.3.3并聯(lián)電路

6.5.1電源電動勢

6.5.2全電路歐姆定律

6.6.1人體觸電的類型

6.6.2電器火災(zāi)的防范

6.6.3用電安全措施第6章圖6-1電流表第6章6.1電流圖6-2兩側(cè)穿過橫截面A的

自由電荷數(shù)相等【電流的形成】當(dāng)導(dǎo)體內(nèi)沒有電場時，導(dǎo)體中大量的自由電荷就像氣體中的分子一樣，不停地做無規(guī)則的熱運(yùn)動。自由電荷向各個方向運(yùn)動的機(jī)會相等，因而對導(dǎo)體的任一橫截面，在一段時間內(nèi)從兩側(cè)穿過這個橫截面的自由電荷大致相等，如圖6-2所示。從宏觀上看，導(dǎo)體中的自由電荷沒有定向移動，所以沒有電流。如果把導(dǎo)體的兩端分別接到電源的兩極上，導(dǎo)體中就有了電場，兩端也就有了電壓，導(dǎo)體中的自由電荷在電場力的作用下發(fā)生定向移動，形成了電流。所以，導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的第二條件是：導(dǎo)體兩端存在電壓。圖6-3充電電容器放電電路【電流的方向】電荷有兩種，形成電流時，發(fā)生定向移動的電荷可能是正電荷，也可能是負(fù)電荷，還可能是正、負(fù)電荷同時向相反方向發(fā)生定向移動。物理學(xué)家剛剛開始研究電流時，把正電荷定向移動的方向規(guī)定為電流方向，這一規(guī)定一直沿用至今。【電流強(qiáng)度】通過導(dǎo)體橫截面的電荷量Q與通過這些電荷量所用時間t的比值稱為電流強(qiáng)度，簡稱電流。6.1電流圖6-4干電池和蓄電池6.1電流表6-1幾種常用導(dǎo)電材料的電阻率(20℃)6.2電阻定律【電阻】在導(dǎo)體兩端電壓相同的條件下，流過不同導(dǎo)體的電流大小是不同的，即這些導(dǎo)體的導(dǎo)電性能是有差異的。導(dǎo)體的導(dǎo)電性能與導(dǎo)體能提供的自由電荷的數(shù)目，以及其對電荷定向移動的阻礙作用的大小有關(guān)。因為導(dǎo)體中的自由電荷在電場力的作用下定向移動時，會不斷地與作無規(guī)則運(yùn)動的金屬離子、原子相碰撞，對自由電荷產(chǎn)生阻礙作用。反映導(dǎo)體對電流阻礙作用的物理量稱為電阻，用R表示。在國際單位制中電阻單位是歐姆，簡稱歐，符號是Ω【電阻定律】導(dǎo)體的電阻是導(dǎo)體本身的一種屬性。實驗表明：由同一材料制成的粗細(xì)均勻的一段導(dǎo)體，在一定溫度下，它的電阻R與它的長度L成正比，與它的橫截面積S成反比。這稱為電阻定律圖6-5繞線電阻器6.2電阻定律圖6-6能亮10萬h的發(fā)光二極管6.2電阻定律圖6-7晶體管6.2電阻定律【超導(dǎo)】某些物質(zhì)在低溫條件下呈現(xiàn)電阻等于零和排斥磁體的性質(zhì)，這種現(xiàn)象稱為超導(dǎo)現(xiàn)象。處于超導(dǎo)狀態(tài)的物體，稱為超導(dǎo)體。開始出現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象的溫度稱為臨界溫度?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)有幾十種元素、幾千種合金和化合物是超導(dǎo)體。對于超導(dǎo)體的研究，是當(dāng)今科技研究項目中最熱門的課題之一，其研究內(nèi)容主要集中在尋找更高轉(zhuǎn)變溫度(即臨界溫度)的超導(dǎo)材料和研究超導(dǎo)體的實際應(yīng)用這兩方面。圖6-8集成電路6.2電阻定律6.3.1部分電路的歐姆定律圖6-9導(dǎo)體的伏安

特性曲線例6-1一個電阻兩端的電壓是50mV時，測得電流為10mA，導(dǎo)體兩端加上恒定電壓后，導(dǎo)體中就有恒定電流。實驗證明導(dǎo)體中的電流強(qiáng)度跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比，跟導(dǎo)體的電阻成反比，這就是部分電路的歐姆定律。6.3.1部分電路的歐姆定律當(dāng)其兩端電壓為10V時，流過這個電阻的電流是多大？

解：6.3.2串聯(lián)電路圖6-11電阻的串聯(lián)(1)串聯(lián)電路中通過各電阻的電流相等(2)串聯(lián)電路中的總電壓等于各電阻兩端電壓之和(3)串聯(lián)電路的總電阻等于各串聯(lián)電阻之和例6-2一個量程為3V的電壓表，電阻值為3kΩ，要把量程擴(kuò)大為50V，需要如何改裝？6.3.2串聯(lián)電路圖6-12例6-2圖解：根據(jù)串聯(lián)電阻分壓公式得6.3.2串聯(lián)電路6.3.2串聯(lián)電路圖6-13MF-30型萬用表測量電壓部分的電路原理圖6.3.3并聯(lián)電路圖6-14電阻并聯(lián)

a)電路圖b)等效電路(1)并聯(lián)電路中各支路兩端的電壓都相等，即6.3.3并聯(lián)電路(2)并聯(lián)電路中總電流等于各支路電流的和，即

(3)并聯(lián)電路中總電阻的倒數(shù)等于各支路電阻的倒數(shù)和，即6.3.3并聯(lián)電路圖6-15例6-3圖例6-3有一個量程為100mA，電阻為0.20kΩ的毫安電流表，如何改裝能使電流表的量程擴(kuò)大為500mA。6.3.3并聯(lián)電路解：根據(jù)并聯(lián)電路的分流公式得圖6-16MF-30型萬用表測量電流的電路原理圖6.3.3并聯(lián)電路【電功】能量的轉(zhuǎn)換依靠做功來實現(xiàn)，因此，可以用功來量度電能的消耗。在導(dǎo)體兩端加上電壓，導(dǎo)體內(nèi)就建立了電場，電場力推動自由電荷移動而做功?！倦姽β省侩娏魉龅墓Ω瓿蛇@些功所用時間的比值，稱為電功率，用P表示?！窘苟伞侩娏魍ㄟ^導(dǎo)體時，導(dǎo)體會產(chǎn)生發(fā)熱現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為電流的熱效應(yīng)。導(dǎo)體為什么會發(fā)熱呢？這是因為自由電子在導(dǎo)體內(nèi)作定向移動時，把一部分動能傳遞給與它們相碰撞的離子和原子，使得分子的熱運(yùn)動加劇，因此導(dǎo)體的溫度就會升高，導(dǎo)體熱到一定程度時還會發(fā)光。那么，通電導(dǎo)體上產(chǎn)生的熱量跟哪些因素有關(guān)呢？英國物理學(xué)家焦耳(1818～1889)根據(jù)精確的實驗發(fā)現(xiàn)：電流通過導(dǎo)體所產(chǎn)生的熱量，跟電流的二次方、導(dǎo)體的電阻和通電時間成正比，這就是焦耳定律。6.4電功電功率6.4電功電功率圖6-20例6-4圖例6-4如圖6-20所示，已知直流電動機(jī)的內(nèi)阻為1.0Ω，在110V電壓下工作,通過的電流為5.0A,求：(1)電動機(jī)消耗的功率P0；(2)電動機(jī)消耗的熱功率PQ；(3)電動機(jī)工作1h消耗的電能W0，電能轉(zhuǎn)換成的機(jī)械能W及消耗的熱能WQ。

6.4電功電功率6.5.1電源電動勢圖6-23電源示意圖【電源】把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的裝置稱為電源，它起著維持電路兩端電壓保持一定的作用。電源有正、負(fù)兩極，正極上帶有正電荷，其電勢較高，負(fù)極上帶有負(fù)電荷，其電勢較低。電源把正電荷由負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移到正極時，非靜電力所做的功W和移動的電荷量q的比值稱為電源的電動勢，用ε表示6.5.2全電路歐姆定律圖6-24全電路示意圖【全電路歐姆定律】包含電源在內(nèi)的閉合電路稱為全電路。6.5.2全電路歐姆定律圖6-25例6-5圖例6-5如圖6-25所示，電阻R1=14.0Ω，電阻R2=9.0Ω，6.5.2全電路歐姆定律當(dāng)單刀雙擲開關(guān)S拔到位置1時，電流表讀數(shù)為0.20A；當(dāng)開關(guān)S拔到位置2時，電流表的讀數(shù)為0.30A，求電源的電動勢和內(nèi)阻。

解：根據(jù)全電路歐姆定律可知

解得r=-/-=0．2×14．0-0．3×9．0/0．3-0．2Ω=1.0Ω圖6-26研究路端電壓與

負(fù)載電阻變化關(guān)系的實驗6.5.2全電路歐姆定律(1)當(dāng)外電路斷開，即開路時，R→∞，I=0，則U=ε，所以，開路時的路端電壓等于電源的電動勢。

(2)當(dāng)R=0，即外電路短路時，I=ε/r,U=0，由于一般電源內(nèi)阻都很小，因此，短路時電流很大，可能將電源燒毀，因此，要盡量使電路不要出現(xiàn)短路狀態(tài)，電路中的熔絲或熔斷器就是起這種作用的。例6-6已知電源的電動勢是1.5V，內(nèi)阻是0.2Ω，外電路的電阻為2.8Ω，求：(1)電路中的電流和路端電壓各是多少？(2)電源的輸出功率是多少？

解：根據(jù)全電路歐姆律公式(6-15)，電路中的電流是6.5.2全電路歐姆定律6.6.1人體觸電的類型圖6-30兩相觸電示意圖【人體觸電的危害】通過人體的電流越大，人體的生理反應(yīng)越強(qiáng)烈，對人體的傷害也就越大。按照人體對電流的生理反應(yīng)強(qiáng)弱和電流對人體的傷害程度分類，可將電流大致分為感知電流、擺脫電流和致命電流三級。【觸電傷害類型】根據(jù)人體所受的傷害，可把人體觸電分為電傷和電擊兩種類型。電傷是指電流的熱效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)等對人體造成的外傷，包括電弧燒傷、電烙傷、熔化的金屬滲入皮膚和電光眼4種。6.6.1人體觸電的類型圖6-31單相觸電示意圖

a)中性點(diǎn)直接接地的電網(wǎng)b)中性點(diǎn)不接地的電網(wǎng)【人體觸電方式】能產(chǎn)生幅值相等、頻率相等、相位互差120°電勢的發(fā)電機(jī)稱為三相發(fā)電機(jī)。以三相發(fā)電機(jī)作為電源，稱為三相電源。以三相電源供電的電路，稱為三相電路。常見的人體觸電方式有以下幾種：兩相觸電、單相觸電6.6.1人體觸電的類型圖6-32跨步電壓觸電示意圖(1)缺乏安全用電常識，沒有安全用電意識?！救梭w觸電產(chǎn)生原因】造成觸電事故發(fā)生的根本原因主要有以下三個方面：6.6.1人體觸電的類型(2)電氣設(shè)備不符合安全規(guī)程要求，絕緣受損或老化，造成設(shè)備外殼帶電或帶電體外露等。

(3)沒有嚴(yán)格執(zhí)行用電安全工作制度，思想麻痹，不遵守安全操作規(guī)程?！居|電急救常識】

(1)發(fā)現(xiàn)有人觸電，應(yīng)盡快使觸電者脫離電源。

(2)如果觸電者傷害不嚴(yán)重，神志還清醒，但心慌、四肢麻木，全身無力或一度昏迷但很快可恢復(fù)知覺，應(yīng)讓其躺下安靜休息1～2h，并嚴(yán)密觀察，防止發(fā)生意外。

(3)如果觸電者傷害較嚴(yán)重，無知覺、無呼吸甚至無心跳，應(yīng)立即送醫(yī)院搶救，不要耽擱時間，同時進(jìn)行人工呼吸，不要間斷，長時間堅持做。6.6.2電器火災(zāi)的防范【電氣火災(zāi)的補(bǔ)救措施】(1)要合理選用電氣設(shè)備和導(dǎo)線，不要使其超負(fù)載運(yùn)行。

(2)在安裝開關(guān)、熔斷器或架線時，應(yīng)避開易燃物，與易燃物保持必要的防火間距。

(3)保持電氣設(shè)備正常運(yùn)行，特別注意線路或設(shè)備連接處的接觸是否正常，以避免因連接不牢或接觸不良，使設(shè)備產(chǎn)生過熱現(xiàn)象。

(4)要定期清掃電氣設(shè)備，保持設(shè)備清潔。

(5)加強(qiáng)對設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行管理。

(6)電氣設(shè)備的金屬外殼應(yīng)可靠接地或接零。

(7)要保證電氣設(shè)備的通風(fēng)良好，散熱效果好。

【電氣火災(zāi)的特點(diǎn)】(1)電氣設(shè)備著火后可能仍然帶電，并且在一定范圍內(nèi)存在觸電危險。6.6.2電器火災(zāi)的防范(2)充油電氣設(shè)備如變壓器等部件受熱后可能會噴油、甚至爆炸，造成火災(zāi)蔓延且危及救火人員的安全。6.6.3用電安全措施【絕緣保護(hù)】(1)外殼絕緣為了防止人體觸及帶電部位，電氣設(shè)備的外殼常裝有防護(hù)罩，有些電動工具和家用電器，除了工作電路有絕緣保護(hù)外，還用塑料外殼作為第二層絕緣。

(2)場地絕緣在人體站立的地方用絕緣層墊起來，使人體與大地隔離，可防止觸電?！颈Ｗo(hù)接地或保護(hù)接零】

(1)保護(hù)接地為了防止因電氣設(shè)備的絕緣損壞，而使人身遭