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1、第一单元 直 流 电 路 第一节 电路及基本物理量 一、电路和电路图 1、电路的组成 电路就是电流的通路,它是为了某种需要由某些电 工设备或元件按一定方式组合起来的。 负载 电源 开关 连接导线 如图所示:电源的基本组成 1、电源: 是一种将非电能转换成电能的装置 。 (提供电能的装置) 负载是取用电能的装置,也就是 用电设备。 2、负载: 3、联接导线: 用来连接电源与负载,构成电流通路的传输环节 4、开关: 接通或断开电路的控制元件 电源 开关 连接导线 负载 实际电路电路图 2、电路图 负载 电源 开关 连接导线 I S RL + U US + _ R0 将实际电路抽象成一些理想化的模型
2、,用统一规定的 图形符号画出的电路模型图称为电路图。 部分电工图形符号 3、电路的三种状态 通路:就是电源与负载构成的闭合回路,电路中有电流通过 ,电路正常工作。(开关SA接到位置“3”时) 开路:又称断路,就是电源与负载未接成闭合回路,电 路中没有电流通过。(开关SA接到位置“2”时) 短路:就是电源未经负载而直接由导线(导体)构成通路 ,电路中电流比通路时大得多,可能烧坏电源和其他设备 。 (开关SA接到位置“1”时) r GB A V R SA 1 2 3 通路 r GB A V R S A 1 2 3 开路 r GB A V R SA 1 2 3 短路 短路可分为有用短路和故障短路,故
3、障短路往往会造成 电路中电流过大,使电路无法正常工作,严重的会产生 事故 开路也分为正常开路和故障开路。如不需要电路工作时,把 电源开关打开为正常开路;而灯丝烧断,导线断裂产生的开 路为故障开路,它使电路不能正常工作。 关于短路与开路的说明 二、电路的物理量 1、电流 a) 电流的形成 电荷的定向有规则的移动称为电流。移动的电荷又称 载流子。 b) 电流的方向 习惯上规定以正电荷移动的方向为电流的方向。 i 当解得的电流为正值时,说明电流的实际方向与参考方向一 致; I = 1AI = -1A 当某段电路中电流的方向难以判断时,可先任意假定电流的 参考方向(也称正方向),然后列方程求解。 c)
4、 电流的参考方向与实际方向 反之,解得的电流为负值时,说明电流的实际方向与参考方 向相反。 注: 参考方向一经选定,在电路分析和计算过程中, 不能随意更改 d) 电流的大小 通常规定单位时间内通过导体横截面的电量来表示电流 的大小,以字母I 表示。 式中:电量(q)的单位是C(库仑),时间( t )的单位是s (秒),那么电流( I )的单位是A(安培)。 电流常用的单位还有kA、mA、A,其换算关系是: 1kA=1x103A 1A=1x103mA 1mA=1x103A t q I = (2)电流表必须串接到被测量的电路中 。 (1)对交、直流电流应分别使用交流和 直流电流表测量。 (4)要合
5、理选择电流表的量程 。 e)电流的测量: (3)直流电流表表壳接线柱上标明的 “+”、“-”记号,应和电路的极性相一致 ,不能接错,否则指针反转,既影响正 常测量,又容易损坏电流表。 电流大小的测量使用电流表(安 培表)进行测量,测量时应注意: 如果一时无法估计电流 的大小,可先选用最大 的量程去测,当指针偏 转不到1/3刻度时,再 改用较小的量程去测, 以免烧坏电流表或测量 不准 2、电流密度 当电流在导体的截面上均匀分布时,电流密度的定义是: 电流与导体截面积的比值 数学表达式: S I J= 式中:电流密度(J)的单位是 (A/mm2),面积(S )的单 位是(mm2),那么电流( I
6、)的单位是A(安培)。 教材P6例1-1 实际应用时可查手册 (见下页) 由公式可知,导线允许通过的电流随导体截面 不同而不同,当导体中通过的电流超过允许电流时, 导线将会发热,甚至造成事故。 注意 国标GB4706.1-1992/1998规定的电线负载电流值(部分) 铜芯电线 截面积积2.5 平方毫米4平方毫米6平方毫米 允许长许长 期电电 流 16A25A25A32A32A40A 截面积积2.5 平方毫米4平方毫米6平方毫米 允许长许长 期电电 流 13A20A20A25A25A32A 铝芯电线 举例说明(供参考): 1、每台计算机耗电约为200300W(约11.5A),那么10台计算机就
7、需要一 条2.5 平方毫米的铜芯电线供电。 2、大3匹空调耗电约为3000W(约14A),那么1台空调就需要单独的一条2.5 平方毫米的铜芯电线供电。 3、电压 5)对于负载来说,没有电流就没有电压,有电流就一定有电压, 概 述 1) 电路中两点间的电压具有惟一确定的数值。 2) 电路中两点间的电压只与这两点的位置有关,与电荷移动的路径无关。 3) 电压有正,负之分,它与标志的参考电压方向有关。 4) 沿电路中任一闭合回路行走一圈,各段电压的和恒为零。 电阻两端的电压叫电压降。 物理意义:当电场力将1库仑(C)的电荷量从A点移动到B点 所作的功为1焦耳(J)时,则该两点间 的电压为1伏特(V)
8、 。 数学表达式: Q WAB U= 式中:电量(Q)的单位是C(库仑),功( W )的单位是J (焦耳),那么电压( U )的单位是V(伏特)。 电压常用的单位还有kV、mV、V,其换算关系是: a) 电压的大小 电路中任意A、B两点间的电压,在数值上等于电场力将单 位正电荷从A点移动到B点所做的功。 b) 电压的方向 当解得的电压为正值时,说明电压的实际方向与参考方向一致; 对负载而言电流的的方向为电压的方向。(电压降方向 ) U = 1VU = -1V 当某段电路中电压的方向难以判断时,可先任意假定电压的 参考方向(也称正方向),然后列方程求解。 当解得的电压为负值时,说明电压的实际方向
9、与参考方向相反。 (a)(b) 电压方向在电路中的表示方法: 如图所示,可以用正、负极性表示,也可以用实线箭头表示(图a ) (a)(b) 当然也可用双下标表示,如 UAB 表示电压的方向是由A指向B (图b )。 A B UAB 电压大小的测量使用电 压表(伏特表)进行测量, 测量时应注意: (4)要合理选择电压表的量程。 (1)对交、直流电压应分 别使用交流电压表和直流电 压表测量。 c)电压的测量 (2)电压表必须并联在被测量电路的两端。 (3)直流电压表表壳接线柱上标明的“+”、“-”记号,应 和被测两点的电位相一致,即“+”端接高电位,“-”端接低 电位,不能接错,否则指针反转,并会
10、损坏电压表。 如果一时无法估计电压的大小,可先选 用最大的量程去测,当指针偏转不到1/3 刻度时,再改用较小的量程去测,以免 烧坏电压表或测量不准 4、电动势 1.概念 2.电动势的单位 与电压相同, 也是V(伏特)。 3.电动势的方向在电源内部由负极指向正极 注:对于一个电源来说,即有电动势(E)又有端电压(U)。 电动势只存在于电源内部,其方向由负极指向正极;而端电压 则是电源加在外电路两端的电压,其方向由正极指向负极。 在电源内部外力将单位正电 荷从电源的负极移动到电源正极 所做的功,用符号E 表示,数学 表达式为:E=W外 / Q 。 U E 直流电动势的两种图形符号 三、电阻和电阻率
11、(P8) 1、电阻元件 a)电阻的定义:物体对电流的阻碍作用,称为该物体的 电阻,用 符号R表示。 b)电阻的单位:在国际单位制中,电阻的单位是欧姆( ) 在实际使用时,还会用到千欧(K)和兆欧(M)等 较大的单位,它们之间的换算关系是: 电阻的单位的换算 2、电阻的计算公式: l金属导体的长度,单位为米(m) S金属导体的横截面积,单位为平方毫米(mm2) 式中 材料的电阻率,单位为欧姆米( m) P8 例1-2 电阻率小、容易导电的物体称为导体;电阻率大,不容易导 电的物体称为绝缘体;导电能力介于导体和绝缘体之间的物 体称为半导体 。 用万用表测量电阻测量时注意以下几点: 1. 准备测量电
12、路中的电阻时应先切断电源,切不可带电测量。 2.首先估计被测电阻的大小,选择适当的倍率挡,然后调零 即将两支表笔相触,旋动调零电位器,使指针指在零位。 3. 测量时双手不可碰到电阻引脚及表笔金属部分,以免接入 人体电阻,引起测量误差。 4测量电路中某一电阻时,应将电阻的一端断开。 资料:人体电阻、安全电流、安全电压 人体电阻 人体电阻不是一个固定的数值,一般在干燥环境中,人体 电阻大约在2千欧-20兆欧范围内;皮肤出汗时,约为lk左右; 皮肤有伤口时,约为800左右。一般情况下,人体电阻可按1K 2K考虑。 安全电流 通常人体对0.5毫安以下的工频电流一般是没有感觉的。 在装有防止触电的保护装
13、置的场合,人体允许的工频电流约30 毫安; 在空中,可能因造成严重二次事故的场合,人体允许的工 频电流应按不引起强烈痉挛的5毫安考虑。 安全电压: 安全电压是以人体允许电流与人体电阻的乘积为依据而确定的 。 1、42伏(空载上限小于等于50伏):可供有触电危险的场所 使用的手持式电动工具等场合下使用; 2、36伏(空载上限小于等于43伏):可在矿井、多导电粉尘 等场所使用的行灯等场合下使用; 3、24伏、12伏、6伏(空载上限分别小于或等于29伏、15伏、 8伏):三档可供某些人体可能偶然触及的带电体的设备选用 。在大型锅炉内工作、金属容器内工作或者在发器内工作,为 了确保人身安全一定要使用1
14、2伏或6伏低压行灯。当电气设备 采用24伏以上安全电压时,必须采取防止直接接触带电体的。 其电路必须与大地绝缘。 第二节 欧姆定律 一、部分电路欧姆定律 式中 I导体中的电流,A; U 导体两端 的电压,V; R导体的电阻,。 在不包含电源的电路中,流过导体的电流与这段导体 两端的电压成正比,与导体的电阻成反比,即 I=U/R 。 理解:对于电阻负载而言,没有电流就没有电压,有 电压就一定有电流,电阻两端的电压也叫电压降 GB U R I P10 例1-4 有一个量程为 300V(即测量范围是0300V )的电压表,它的内阻 R0 为 40k 。用它测量电压时,允 许流过的最大电流是多少? P
15、9 例1-3 二、全电路欧姆定律 在全电路(含源电路)中电流 强度与电源的电动势成正比,与 整个电路的内、外电阻之和成反 比。其数学表达式为 式中 E电源的电动势,V; R外电路(负载)电阻, ; r内电路电阻, ; I 电路中的电流,A。 全电路是含有电源的闭合电路。电源内部的电路称为内电路。电源内 部的电阻称为内电阻,简称内阻。 电源外部的电路称外电路,外电路中的 电阻称为外电阻。 式中 U外电源向外电路输出的电压,又称电源的端 电 压,V; U内电源内阻的电压降,V。 全电路欧姆定律又可表述为:电源的电动势在数值 上等于闭合电路中内外电路电压降之和。 由式 可得:E = IR+Ir = U外+U内 三、电路的三种状态 1、通路:就是电源与负载构成的闭合回路,电路中有电流 通过,电路正常工作。(开关SA接到位置“3”时) r GB A V R SA 1 2 3 端电压随输出电流的增大 而 下 降。这种电源端电压随输出(负 载)电流的变化关系 ,称为电源 的外特性。 电源的外特性 得:当电源具有一定值的内阻时, 端电压总是小于电源电动势; 当电源电动势和内阻一定时, 由 2、开路:又称断