电工基础备课资料

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1、1电工基础备课资料第一章 电路的基本知识一、电路一、电路 1、电路的组成 电路：就是电流通过的闭合路径。它由电源、负载、连接导线、控制和保护装置 4 部 分组成。电源是向电路提供能量的设备，它能把其它形式的能转换成电能，常见的电源有 干电池、蓄电池、发电机等；负载即用电器，它是各种用电设备的总称。其作用是把电能 转换成其它形式的能，如电灯、电动机、电加热器等；连接导线它把电源和负载等元件连 接成闭合回路，输送和分配电能；控制和保护装置是用于控制电路的通断，保护电路的安 全，使电路能够正常工作的器件，如开关、熔断器、继电器等。作出简图分析讲解 2、电路的表示方式 任何电路都可以用电路图表示，电路

2、图中采用统一规定的符号来代替实物以表示电路 中的各个组成部分。 3、电路按作用的分类 可分为两大类：第一大类是用于传输、分配、使用电能。如电力线路它是将发电机发 出来的电能通过变压器、输电线路、相关的控制设备输送到用户，通过用户的不同用 电设备将电能转换为其他形式的能，如光能、热能、机械能等；第二类是传递处理信 号。如电视机、收音机中的电路，它们将空中微弱电磁信号经过放大、变换等处理， 最后还原成图像和声音。二、电路的基本物理量二、电路的基本物理量 1、电流：电荷有规则的定向移动。 a） 、电路中产生电流的条件：1）有电源供电；2）电路必需是闭合回路。 b)、电流的大小：I=q/tI电流，单位

3、是安培，简称安，用 A（ampere）表示； t通过电荷量 q 所用的时间，单位是秒，用 S 表示； q通过导体横截面的电荷量，单位是库仑，用 C 表示；（1 库仑 =6.251018个电子电量） c)、电流的单位：千安（KA） ；安（A） ；毫安（mA）;微安（A）1A=1000mA=1000000A d)电流的方向（实际方向）：正电荷运动的方向或负电荷运动的相反方向。1）电流的 正方向（参考方向）：在计算电路时任意假设电流的方向。2）电流的正值与负值：如果电 流的真实方向与参考方向一致，那么计算结果电流为正值；如果电流的真实方向与参考方 向相反，那么计算结果电流为负值。 穿插：【矢量】亦称

4、“向量”。有些物理量，是由数值大小和方向才能完全确定的物理 量，这些量之间的运算并不遵循一般的代数法则，在相加减时它们遵从几何运算法则。这 样的量叫“物理矢量”。如速度、加速度、位移、力、冲量、动量、电场强度、磁场强 度等都是矢量。可用黑体字（例如 F）或带箭头的字母来表示矢量。 【标量】亦称“无向量”。有些物理量，只具有数值大小，而没有方向。这些量之间的 运算遵循一般的代数法则。这样的量叫做“标量”。如质量、密度、温度、功、能量、路程、 速率、体积、时间、热量、电阻、电压、电流等物理量。 e)、电流的种类：电流是一个标题，电流方向只表明电荷的定向运动方向。1）直流电2流-电流的大小和方向都不

5、随时间变化；2）脉动电流-电流的大小随时间变化，但方 向不随时间变化；3)交变电流-电流的大小和方向都随时间变化。 2、电位、电压和电动势 1）电位：电场力将正电荷由 a 点移到参考点所做的功 Wa 与被移动电荷 q 的比值称为 电位。表达式为：Va=Wa/q Wa-电场力将电荷 q 由 a 点移至参考点所做的功。单位是 焦耳，符号为 J；Va-是 a 点的电位，单位是伏特，符号为 V(volt)。参考点就是所选定 的零电位点，用符号“” ，如大地、金属底板、机壳、公共线、公共点等 2）电压：电场力将正电荷由 a 点移到 b 点所做的功 Wab 与被移动电荷 q 的比值。即 a、b 两点间的电

6、位差。表达式为：Uab=Wab/q 或 Uab=Va-Vb.Uab-电压，单位名称是 伏特，符号为 V,实用中还常有 KV、mV 和 V。电压是个标量，其方向只能表示电位的高 低。电压的方向（实际方向）是高电位端指向低电位端，即为电位降低方向。 3）电动势：在电源内部，电源力把正电荷从低电位移到高电位，反抗电场力所做的功 与被移动电荷量的比值称为电源的电动势。表达式为：E=W/q.单位名称和符号同电压。电 动势的方向是在电源内部由低电位端指向高电位端，即电位升高方向。 4）电位与电压的关系： 将两个电池，一个 4V 一个 6V 串联起来接成一段电路，如图： 以 A 点为参考点,即 VA=0 V

7、B=+4V VC=+10VVBA=VBVA=4V VCA=VCVA=10V 以 B 点为参考点，即 VB=0 VA=4V VC=6V VBA=VBVA=0V-（4V）=4V VCA=VCVA=6V（-4V）=+10V 随着参考点的改变，电路中各点的电位发生改变，但任意两点之间的电压不变。 5）电源与负载的区分： E、I 实际方向相同或 U、I 实际方向相反为电源；U、I 实际方向相同为负载。三、电阻和电阻定律三、电阻和电阻定律 1、物质的分类：根据物质导电能力的强弱可分为： a)导体物质的原子核对外层电子吸引力很小，电子较容易挣脱原子核的束缚，形 成大量自由电子，具有良好的导电性能。如铜铝银铁

8、等 b)绝缘体物质的原子核对外层电子有较大的吸引力，电了了很难挣脱原子核的束 缚而形成自由电子，其导电性能很差。玻璃、陶瓷、云母等 C、半导体导电性能介于导体与绝缘体之间的物质叫半导体。如硅锗等 2、电阻 导体对电流的阻碍作用叫电阻。 电阻定律：在温度不变时，导体的电阻跟它的长度成正比，跟它的横截面积成反比。 均匀导体的电阻用公式表示为：R=L/S 电阻率，由电阻材料的性质决定，单位名称是欧米 ，符号为 。M。S导体的横截面积，单位名称是平方米，符号为； R导体的电阻，单位名称是欧姆，符号为 3、电阻的温度系数 组成电阻的材料电阻值与温度有关，有些材料，当温度升高时，其电阻值增大， （如金属银

9、、3铜、铝、钨等） ；有些材料，当温度升高时，其电阻值减小， （如碳、半导体、电解液等） ， 技术上将电阻值随温度变化的程度用“温度系数”来表示。 温度系数 规定为：1 电阻的导电材料，当温度每升高 1时，电阻值的变化率定义为 温度系数 。设初始温度为 t1时该电阻值为 R1,当温度变化到 t2后，电阻值变为 R2，则=或 R2= R1 +R1（t2 -t1） 。当温度升高时，材料电阻增加， 为正值，R2 - R1 R1(t2 - t1)则这种材料称为正温度系数电阻。如温度增加时电阻值反而减小， 为负值，则这类材料 称为负温度系数电阻。 1 热电偶测温基本原理 将两种不同材料的导体或半导体 A

10、 和 B 焊接起来，构成一个闭合回路。当导体 A 和 B 的两个执着点 1 和 2 之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个 大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。 2 热电阻测温原理及材料 热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。 热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用甸、 镍、锰和铑等材料制造热电阻。 通常使用的铂电阻温度传感器有 PT100，电阻温度系数为 3.851103，0时电 阻值为 100，电阻变化率为 0.3851/。铂电阻温度传感器精度高，稳定性好，应用温度 范

11、围广，是中低温区（-200650）最常用的一种温度检测器，不仅广泛应用于工业测 温，而且被制成各种标准温度计。 通常使用的铜电阻温度传感器有 cu100，电阻温度系数为 4.28103，0时电阻 值为 100，电阻变化率为 0.428/。Cu50，0时电阻值为 50，铜热电阻的电阻变化 率为 0.214/ 四、欧姆定律四、欧姆定律 1、部分电路欧姆定律 导体中的电流 I 跟导体两端的电压 U 成正比，跟导体的电阻 R 成反比。I=U R2、全电路欧姆定律 闭合电路中的流 I 跟与电源电动势 E 成正比，与电路的总电阻（内电路电阻与外电路电阻之和）成反比。I= E r + R 五、电能、电功率及

12、电流的热效应五、电能、电功率及电流的热效应 1、电能 是指电流在一段时间内所做的功。它与加在电路两端的电压、电路中的电流和通电时间成正比。对于纯电阻电路欧姆定律成立，即：W=t=I2Rt。W 的国际单位是焦耳（j）,WU2 R的常用单位是 Kwh，它们的关系式：1Kwh3.6106焦耳 2、电功率是指电流在单位时间内所做的功 。即 P ，单位是瓦，符号为 w，对于纯电阻电路W t欧姆定律成立，PUII2RU2 R 六、焦耳楞茨定律六、焦耳楞茨定律 电流通过电阻时产生的热量与电流的平方、导体的电阻及通电时间成正比。公式表示为：4QI2Rt。焦耳楞茨定律只适用于纯电阻电路，即只适用于电能全部转换为

13、热能的情况。 七、负载获得的最大功率七、负载获得的最大功率 在闭合电路（全电路）中，当负载电阻等于电源内阻时，电源输出功率最大（负载获得最大功率）这就是最大功率输出定理。最大功率 P推导公式E2 4RI，PI2R（）2R=E r + RE r + R=。只有当 Rr 时，分母为最E2R R2 + 2Rr + r2E2R R2 - 2Rr + r2 + 4RrE2R(R - r)2 + 4Rr小，即功率 P 值最大。第二章第二章 直流电阻电路直流电阻电路一、电阻的串联电路一、电阻的串联电路 1、电路基本特点： 1）电流处处相等。即：II1I2I3 2）总电压等于各分电压之和。即：UU1U2U3

14、3）总电阻等于各分电阻之和。即：RR1R2R34）各电阻上分配到的电压与其电阻成正比。即：=U1 U2R1 R25）各电阻上分配到的功率与其电阻成正比。即：=P1 P2R1 R22、电阻串联电路的应用 1）分压。在电源电压 U 和总电阻 R 不变时，改变分压电阻值可获得所需的不同电压。如制 作分压器、扩大电压表量程等。 2）限流。通过在电路中串联电阻限制流过负载的电流。 二、电阻并联电路二、电阻并联电路 1、电路基本特点： 1）总电压等于各分电压。即：UU1U2U3 2）总电流等于各分电流之和。即：II1I2I33）总电阻的倒数等于各并联电阻的倒数和。即： =+,若是两个电阻并联时，则有1 R

15、1 R11 R21 R3R12=,若有 n 个相同的电阻 R0并联，则总电阻为：R=R1R2 R1 + R2R0 n4)各电阻分配到的电流与其电阻值成反比。即：=I1 I2R2 R15)各电阻分配到的功率与其电阻值成反比。即：P1 P2R2 R12、电阻并联电路的应用 1）组成等电压多支路供电网络 2）分流与扩大电流表量程5三、电阻混联电路三、电阻混联电路 既有电阻串联又有电阻并联的电路叫电阻混联电路 1、 电路的识别 要正确识别电路中各电阻的连接关系，分析时应遵循以下原则： 1） 将电路中某些不含电阻元件的导线缩短为一点，即把导线的两个端点合并为一点； 2） 在无分支电路中各电阻一定是串联的； 3） 连接在两个共同节点之间的各电阻是并联的。 例：分析图中电路在开关 S 接通与断开时各电阻的连接关系。 解：当 S 断开时：R2、R3通过同一电流，组成无分支电路，为串联，即 R23= R2+R3；R23与R1连接在 A、B 两点之间，为并联，即 R123 =；R123与 R4组成无分支电路，为串R1 R23 R1 + R23联，即 R总= R