電工基礎(chǔ)知識入門教案 第1-3章

電工基礎(chǔ)知識入門教案

第一章直流電路

本章學(xué)習(xí)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。

現(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(xí)都會有明確的答案。

§1-1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也荷數(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6.25X1018個電子所帶的日量。

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電子

A-e—e—eB

向。金屬導(dǎo)體中，電流是電子在導(dǎo)體內(nèi)電場的作用下

電流L

圖17金屬導(dǎo)體中的

電流方向

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1—1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1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:

=Q

式中/——電流強度，單位安培(A)；

Q---在t秒時間內(nèi)，通過導(dǎo)體截面的電量數(shù)，單位庫侖(C)；

水泵

圖1-2水流和電流形成

a)水流的形成b)電流的形成

/——時間，單位秒(s)。

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(xí)慣簡稱電

流為I安。實際應(yīng)用中，除單位安培外，還有千安(kA)、亳安(mA)和微安(〃A)。它們之

間的關(guān)系為：

lkA=103A

lA=103mA

lmA=103//A

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1—2a水流的形成來

理解這個問題。

從圖1—2a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1—2b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0引表示。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

圖1-2水流和電流形成

a)水流的形成b)電流的形成為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),亳伏(mV)等。

它們之間的關(guān)系為:

1kV=103V

1V=103mV

電壓與電流相似，不但有大小，而且有方向。對于負載來說，電流流入端為正端，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1—2a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l-2b

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1—2b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2.8V,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(kQ)、兆歐(MC)。它們之間的關(guān)系為：

1kQ=103C

1MQ=103kQ

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：

R=p-

S

式中R一一導(dǎo)體電阻，單位為歐(O)；

L——導(dǎo)體長度，單位為米(m)；

S——導(dǎo)體截面積，單位為平方亳米(mnf)；

p一一電阻率，單位為歐?米(C?m)o

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1mm2

的導(dǎo)體在一定溫度下的電阻值，其單位為歐米(C：m)。例如，銅的電阻率為1.7XKT*C-m,

就是指長為1m,截面積為Immz的銅線的電阻是1.7X幾種常用材料在20。(3時的

電阻率見表1一1。

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1—1幾種常用材料在20c時的電阻率

材料名稱電阻率(Q?m)

銀1.6X10-8

銅1.7X10-8

鋁2.9X10-8

鴿5.3XKT?

鐵1.0X10~7

康銅5.0X10-7

錦銅4.4X10”

鋁珞鐵電阻絲1.2X10-6

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：

W=UIt

W=I2Rt>

U2

W=-t

R

如果公式(1-3)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:

W

P=—

將公式(1一3)代入公式1—4后得到：

2

nU

R

P=UI>

P=I2R

若在公式(1-4)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)、

亳瓦(mW)等。它們之間的關(guān)系為：

lkW=103W

1W=1O3mW

從公式1―5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匕。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（kW?h）,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：

lkWh=lkWxlh=3.6xlO6J

例題I一臺42英寸（1英寸=2.54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0.48元，問一年（以365天計算）要交納多少電費？

解：

電視機的功率P=300W=0.3kA,

電視機一年開機的時間t=3X365=1095h

電視機一年消耗的電能歸PtK.3X1095=328.5kW-h

一年的電費為328.5X0.48=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：

Q=I2Rt

式中Q——熱量，單位焦耳。）；

I——通過導(dǎo)體的電流，單位安培（A）；

R——導(dǎo)體電阻，一單位歐姆（C）；

t——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已知當一臺電烤箱的電阻絲流過5A電流時，每分鐘可放出1.2X1()6J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(1—4),電烤箱的電功率為：

WQ1.2xl06

P=—=—=------------20kW

1t60

電阻絲工作時電阻值為：

20000

=8000

25

§1—2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1—3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

圖1-3電路的組成圖1-4電路圖

1-電源2-導(dǎo)線3-燈泡

4-開關(guān)

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，形成一個閉合道路。

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1—3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1—2是幾種常用的電

工符號。圖1—4是圖1—3的電路圖。

表1一2幾種常用的電工符號

名稱符號名稱符號

電池Ti電流表

導(dǎo)線—電壓表—0—

開關(guān)」一熔斷器―^3—

電阻-IZZ1-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；短路是指電源或負教兩端被導(dǎo)

線連接在一起，分別稱為電源短路或負載短路。電源

,圖『5一段電阻電路

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。

§1-3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1—5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；與這股導(dǎo)體

的電阻成反比.其數(shù)學(xué)表達式為：

R

式中/——導(dǎo)體中的電流，（A）；

U——導(dǎo)體兩端的電壓，（V）；

R——導(dǎo)體的電阻，（Q）。

在公式（1—7）中，已知其中兩個量，就可以求出第三個未知量；公式（1—7）又可寫成另

外兩種形式；

1.己知電流、電阻，求電壓：

U=IR

2.已知電壓、電流，求電阻：

R上

1

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0.427A,求

繞組的電阻。

解：

已知電壓U=220V,電流1=0.427A,由公式（1一9）得：

U220

R=—=--------=515.2。

/0.427

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1—6

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，電源電動勢石、電源內(nèi)電阻廠、外電路電阻R和電路電流/之商的

關(guān)系為：._。

R+rT

式中/——電路中的電流，（A）；0rJ

E——電源電動勢，（V）；?--------------------------------

R——外電路電阻，（C）；圖1-6簡單的全電路

r----內(nèi)電路電阻，（C）。

公式（1-10）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（E）成正比，

與整個電路的電阻（R+r）成反比。

將公式（1一10）變換后得到：

E=IR+Ir=U+Ir

式中U——外電路電壓；

Ir——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（1—11）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：

I.當全電路處于通路狀態(tài)時，由公式（1一11）可以得出端電壓為：

U=E-lr

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1—3。

表1—3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

通路氏=常數(shù)U=E-Ir

R+r

開路R->81=0U=E

短路Rf0U=0

r

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—6所示的電路。電源電動勢七二24V,電源內(nèi)阻r=-4C,負載電阻H=20

Qo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。

解：

根據(jù)公式(1一10),電路中的電流：

由公式(1—11),電路中電源的端電壓：

U=E-Ir=24-\x4=2W

根據(jù)公式(1—8),電路中的負載電壓：

(/=//?=lx20=20V

根據(jù)公式(1—8),電路中電源內(nèi)阻的電壓：

=/r=lx4=4V

§1-4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l-7a所示是電阻的串聯(lián)電路。圖l-7b是圖l-7a的等效電路。電阻的串

聯(lián)電路有以下特點：

I.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:

U=Ui+U2+-+Utl

圖1-7電阻的串聯(lián)電路及等效電路

a)電阻的串聯(lián)電路b)等效電路

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:

、+…

R=&I+R2+Rn”

根據(jù)歐姆定律得出，4=見，%=%???,U=/R可以得出:

U.U2U

U~R2~R

或者

5=4”.=%

U~RU~R

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1—7a所示的，電路中，將/?=坊+&代人公式(I—14)式中

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(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I：

(1)用幾個電阻串聯(lián)來獲得阻位較大的電阻。

(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1—8所示，由

R1?R4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。

圖1-8電阻分壓器

(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60,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1—9a所示是電阻的并聯(lián)電路，圖l-9b是圖l—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：

+…+u”

2.并聯(lián)電路中總的電流等于各支路中的電流之和，即：

/=/)+/24-

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:

11I1

—=-+■■??+

R叫&&

若是兩個電阻并聯(lián)，根據(jù)公式1—18可求并聯(lián)后的總電阻為：

%+公

根據(jù)公式(1—16)及歐姆定律可以得出：

人_4

4叫

匚=了

公式(1-20)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

圖1-9電阻的并聯(lián)電路及等效電路

a)電阻的并聯(lián)電路b)等效電路

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c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。

§1-5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最的儀表。

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)用中最常用的儀表一一萬用表。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1-10所示，是機械指針式萬用表的外形。

圖1-10萬用表外形示意圖

1-愉人插孔2-檔位撥盤3-機械零點調(diào)整4一讀數(shù)指針

5-讀數(shù)表頭6-歐姆調(diào)零器7-晶體三極管插口

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(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:

1.擋位撥盤

如圖1—11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1—11所示，又分為10V,50V,250V,500V,1

000V五個子擋位。

直流電壓擋：測量直流電壓，如圖1—11所示，又分為0.25V,2.5V,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1—11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1—11所示，又分為XI,X10,X100,XIk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250

V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

20%?80%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1—12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8。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RXlk擋，當從刻度線上讀取35時，如圖1一13所示，電阻的測量阻值為35X1

kC=35kQ；刻度線2是均勻刻度線，用于

圖1-11檔位撥盤圖1-12萬用表表頭

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43X(500+50)=430V；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215X(500+250)=430V,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。

指向43

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15.5,則測量值為15.5mA。

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(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o

3.電壓是用來表示的物理量，常用的單位是o

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O

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.銀格電爐絲的電阻率是1.1X10-6c-m,爐絲截面積0.6mn?。如果將電爐接在220

V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。

II.有3個電阻鳥=5。，&=3C,R3=2。，串聯(lián)后接在12V的電源上，求電路

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25%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(xí)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？

§2—1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、鍥及其合金的性質(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2-1所示。這些線條都是從磁鐵的。N

圖2-1磁感應(yīng)線的發(fā)布情況

a)磁感應(yīng)線均勻發(fā)布b)磁感應(yīng)線從噥到S極

極到S極的光滑曲線，如圖2—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2—2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，用字母中表

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：

①

B二一

S

式中8一—磁感應(yīng)強度(T)；

①---磁通(Wb)；

S——垂直于磁感應(yīng)線方向通過磁感應(yīng)線的面積(n?)。

公式(2—1)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2,稱為特斯拉，簡稱特，用字母T表示。

四、磁導(dǎo)率

實驗證明，鐵、鉆、銀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)率為例=4乃,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。

的物質(zhì)叫做反磁物質(zhì)，如銅、銀等；

的物質(zhì)叫做順磁物質(zhì)，如空氣、鋁等；

Ar?l的物質(zhì)叫做鐵磁物質(zhì)，如鐵、鉆、銀及其合金等。

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。電動機的鐵心等)。

表2—1中列出了幾種鐵磁物質(zhì)的相對磁導(dǎo)率，供參考。

表2-1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)率以

鉆174

鍥1120

退火的鐵7000

軟鋼2180

硅鋼片7500

銀鐵合金60000

坡莫合金115000

§2-2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2-3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

圖2-3通電直導(dǎo)線

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)。

的磁場

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2—4a

所示：為了討論問題方便起見；規(guī)定用符號，"色”“O”分別表示電流或磁感應(yīng)線垂直進

人和流出紙面的方向。

圖2-4直導(dǎo)線周圍的磁場方向

a）通電直導(dǎo)線周圍磁場與關(guān)系b）右手螺旋定則

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2—4b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道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2—5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2—5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。

圖2-5右手螺旋定則

總之，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)。

~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？

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2—6