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1、电工学基础知识电工学基础知识电工学基础知识.txt 人生在世 ，难敌宿命，沉沦其中。我不爱风尘，似被前缘误！我只为我最爱的人流泪“我会学着放弃你，是因为我太爱你”赢了你,我可以放弃整个世界 本文由 f22smk 贡献doc 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。第二章电工学基础知识第一节 直流电 直流电(direct current)是大小和方向都不随时间变化的电流. 又称恒定电流.所通过的电路称直流电路,是由直流电源和电阻构成 的闭合导电回路.在该电路中,形成恒定的电场,在电源外,正电荷 经电阻从高电势处流向低电势处,在电源内,靠电源的非静电力的
2、作 用,克服静电力,再从低电势处到达高电势处,如此循环,构成闭合 的电流线.所以,在直流电路中,电源的作用是提供不随时间变化的 恒定电动势,为在电阻上消耗的焦耳热补充能量. 在比较简单的直流电路中,电源电动势,电阻,电流以及任意两 点电压之间的关系可根据欧姆定律及电动势的定义得出. 复杂的直流 网络可根据 G.R.基尔霍夫方程组求解. 它包括节点电流方程和回路电 压方程两部分,前者指出,对于任一节点(3 个或 3 个以上支路的交 点) 流入和流出节点的各电流的代数和为零, , 这是恒定条件的要求, 后者指出, 对于任一闭合回路 (网格) 各部分电压降的代数和为零, , 这是静电场环路定理的结果
3、,两者构成了完备的方程组. 测量直流电路中电流,电压,电阻,电源电动势等物理量的仪表 称为直流仪表.常用的有电流计,安培计,伏特计,电桥,电势差计 等. 直流电源有化学电池,燃料电池,温差电池,太阳能电池,直流 发电机等.直流电主要应用于各种电子仪器,电解,电镀,直流电力 拖动等方面. 在电力传输上,19 世纪 80 年代以后,由于不便于将直流电低电 压升至高电压进行远距离传输,直流输电曾让位于交流输电.20 世 纪 60 年代以来,由于采用高电压,大功率变流器将直流电变为交流 电,直流输电系统又重新受到重视并获得新的发展. 第二节 交流电1有了电的发现与了解, 十八世纪研究电的科学家们又发现
4、不同的 金属释放电子的能力不同,将能力高(如锌)与能力低(如铜)的两 种金属,用适当的溶液及导线相连,则会产生持续性的电流,这种电 流便是“直流电流“,而类似的装置即为今日常用电池的基本构造.直 流电的发明为当时的生活带来许多便利,但以今日的科技水准观之, 却有不易大量生产以及持续性不够久的缺点. 幸而在十九世纪中科学 家发现了磁场,同时也发现导线在磁埸中移动会产生电流,更因此而 发明了便宜又好用的交流电,丰富了人类的生活. 所谓交流电即是随时间而改变方向的电流, 因导线在磁场中无法 永远在同一方向移动,而必须做周期性的往返运动,因此其产生的电 流也会定期改变方向,就像我们的呼 吸一样,吸饱气
5、时必须呼气才能吸一 下口气,而我们肺部也就跟着做氧气 与二氧化碳的周期性交换动作.上图 是一个简单的交流发电机原理示意 图,图中环状导线借着连接其上的转 轴不断旋转,并与南北两磁极连成的 磁力线相交而产生交流电, 转轴前端的电刷则将导线所产生的电流引 出送到输配电系统,再送到工厂或家中使用.简而言之,我们只要想 办法让一组环状导电线圈在磁场中持续转动,原则上就可以得到电 力. 第三节 电 流电流是指电荷的定向移动. 电流的大小称为电流强度 (简称电流, 符号为 I),是指单位时间内通过导线某一截面的电荷量,每秒通过 一库仑的电量称为一“安培“(A).安培是国际单位制中所有电性的 基本单位. 除
6、了安培 (A) 常用的单位有毫安 , (mA) 及微安(A).它们之间的换算关系是: 1A=1000mA 1mA=1000A2电流的微观表达式为 I = nesv . 式中的 n 表示单位体积内的自由电荷数,e 是电子的电量,s 为 导体横截面积,v 为自由电子定向移动的速率. 1,电流的基本计算式 I = C / T(电量/时间)= U / R(电压/电阻) 2,电流的方向 物理上规定电流的方向是正电子的流动方向或者负电子的流动 的反方向. 一般情况下,电子指的是负电子,除非特别说明是正电子. 3,电流形成的原因 电压是使电路中电荷定向移动形成电流的原因. 4,电流产生的条件 (1)必须具有
7、能够自由移动的电荷. (2)导体两端存在电压(要使闭合回路中得到持续电流,必须 要有电源). 5,电流的单位安培 电流单位安培,简称安,符号是:A.它的定义是:安培是一恒 定电流, 若保持在处于真空中相距 1 米的两条无限长而圆截面可忽略 的平行直导线内,则两条导线之间产生的力在每米长度上等于 210-7 牛顿.该定义在 1948 年第九届国际计量大会上得到批准,1960 年第 十一届国际计量大会上, 安培被正式采用为国际单位制的基本单位之 一. 6,电流的测量-电流表 电流表的符号:-A 电流表的使用方法: (1)电流表要串联在电路中. (2)正负接线柱的接法要正确:电流从正接线柱流入,从负
8、接 线柱流出. (3)被测电流不要超过电流表的量程. (4)绝对不允许不经过用电器而把电流表直接连到电源的两极3上 (5)确认目前使用的电流表的量程 (6)确认每个大格和每个小格所代表的电流值.先试触,出现 问题时先解决:指针不偏转;指针偏转过激,电流表会爆掉; 指针偏转很小;指针反向偏转. 7,电流的三大效应 (1)热效应. (2)磁效应 (3)化学效应 8,额定电流 额定电流是指电气设备等在额定输出时的电流. 电气设备标出的电流值称为额定电流. 设计时已考虑到其电流线 圈允许长期通过的最大电流为额定电流的 2 倍 (近几年生产的电度表 电流线圈允许长期通过的最大电流为额定电流的 4 倍)
9、如熔断器的熔体都有两个参数:额定电流与熔断电流.所谓额定 电流是指长时间通过熔体而不熔断的电流. 熔断电流一般是额定电流 的两倍. 第四节 电 压大家都知道,水在管中所以能流动,是因为有着高水位和低水位 之间的差别而产生的一种压力,水才能从高处流向低处.城市中使用 的自来水,所以能够一打开水龙头就能从管中流出来,也是因为自来 水的贮水塔比地面高,或者是由于用水泵推动水产生压力差的缘故. 电也是如此,电流所以能够在导线中流动,也是因为在电流中有着高 电位和低电位之间的差别. 这种差别叫电位差, 也叫电压. 换句话说, 在电路中,任意两点之间的电位差称为这两点的电压.电源是提供电 压的装置.电压用
10、符号“U“表示.电压的高低,一般是用单位“伏特“ 表示,简称伏,用符号“V“表示.高电压可以用千伏(kV)表示,低 电压可以用毫伏(mV)表示. 它们之间的换算关系是:41 千伏 (kV)=1000 伏(V) 1 伏(V)=1000 毫伏(mV) 1,电压的基本计算式 U = IR(电流电阻)= IIRT(电流平方电阻通电时间) 2,电压表的使用 电压的大小用电压表测量. (1)使用前,先校零. (2)电压表必须并联在被测电路中. (3)使电流从电压表的“+“接线柱流入,“-“接线柱流出. (4)所测电压不允许超过它的量程. (5)在不知电压大小的情况下,可用快速试触最大量程的方法. (6)电
11、压表可以直接接在电源的两端. 第五节 电 阻导体对电流的阻碍作用就叫该导体的电阻. 电阻器简称电阻(Resistor,通常用“R“表示)是所有电子电路中 使用最多的元件.电阻的主要物理特征是变电能为热能,也可以说它 是一个耗能元件,电流经过它就产生内能.电阻在电路中通常起分压 分流的作用,对信号来说,交流与直流信号都可以通过电阻. 电阻都有一定的阻值,它代表这个电阻对电流流动阻挡力的大 小.电阻的单位是欧姆,用符号“ “表示. 欧姆是这样定义的:当在一个电阻器的两端加上 1 伏特的电压 时,如果在这个电阻器中有 1 安培的电流通过,则这个电阻器的阻值 为 1 欧姆. 在国际单位制中,电阻的单位
12、是 (欧姆),此外还有 K (千 欧),M (兆欧).它们之间的换算关系是: 1M =1000K 1K =1000 电阻的阻值标法通常有色环法,数字法.色环法在一般的的电阻 上比较常见.由于手机电路中的电阻一般比较小,很少被标上阻值,5即使有,一般也采用数字法,即: 101表示 10 的电阻; 2表示 100 的电阻; 3表示 1K 10 10 的电阻;104表示 10K 示 10M 的电阻. 如果一个电阻上标为 22103,则这个电阻为 22K . 第六节 欧姆定律 的电阻;106表示 1M 的电阻;107表在同一电路中,导体中的电流跟导体两端的电压成正比,跟导体 的电阻成反比,这就是欧姆定
13、律. 电压=电阻电流(U=RI) 电流=电压电阻(I=U/R) 电阻=电压电流(R=U/I) 注意,在这个公式里常犯的错误就是这个说法“电阻跟导体两段 电压成正比,跟电流成反比“,这个说法是错的,电阻是导体本身的 固有特性,只和导体的长度,横截面积,材料和温度有关,和电压, 电流无关. 第七节 电 路 电路是电流所流经的路径. 电路或称电子回路,是由电气设备和元器件,按一定方式联接起 来,为电荷流通提供了路径的总体,也叫电子线路或称电气回路,简 称网络或回路.如电阻,电容,电感,二极管,三极管和开关等,构 成的网络. 电路的大小,可以相差很大,小到硅片上的集成电路,大到高低 压输电网. 1,串
14、联电路 电流依次通过每一个组成元件的电路叫串联电路. 串联电路的基 本特征是只有一条支路,由此出发可以推出串联电路有如下五个特 点: (1)流过每个电阻的电流相等.因为直流电路中同一支路的各6个截面有相同的电流强度. (2)总电压(串联电路两端的电压)等于分电压(每个电阻两 +Un) .这可由电压的定义直接 端的电压)之和(U=U1+U2+ 得出. (3)总电阻等于分电阻之和.把欧姆定律分别用于每个电阻可 得 U1=IR1,U2=IR2, n=IRn ,U 代入下式 U=U1+U2+ +Un 因每个电阻上的电流相等,得 U=I(R1+R2+ +Rn) 此式说明,若用一个阻值为 R=R1+R2+
15、 +Rn 的电阻元件代 替原来 n 个电阻的串联电路, 这个元件的电流将与原串联电路的电流 相同.因此电阻 R 叫原串联电阻的等效电阻(或总电阻) .故总电阻 等于分电阻之和. (4)各电阻分得的电压与其阻值成正比,因为 Ui=IRi. (5)各电阻分得的功率与其阻值成正比,因 Pi=I2Ri. 串联的优点:所以在电路中,若想控制所有电路,即可使用串联 的电路. 串联的缺点:若电路中有一个用电器坏了,整个电路意味着都断 了. 2,并联电路 并联电路是指在电路中,所有电阻(或其他电子元件)的输入端和 输出端分别被连接在一起.在并联电路中,每一元件两端的电压 V 都是相同的,流过每一元件的电流 I
16、x 不会受其他元件影响,它会根 据元件的电阻 Rx 而有所不同, x = V / Rx. I 并联电路有如下五个特点: (1)干路电流等于各支路电流之和(I=I1+I2+ +In) . (2)干路电压等于各支路电压(U=U1=U2= =Un) . (3)总电阻的倒数等于各电阻的倒数之和(1/R=1/R1 +1/R2 +1/Rn) .7(4)分流作用.并联电路中通过各导体的电流强度跟它的电阻 成反比(I1R1=U;I2R2=U;I 1 R2 = ) . I 1 R1可见在并联电路中,电阻越小通过电流强度越大. (5)并联电路功率分配:并联电路中各电阻消耗电功率跟它阻 值成反 比(P1=U2/R1;P2=U2/R2;P1 R2 = ) . P2 R1可见在并联电路中,电阻越小消耗电功率越大.一般家庭用的电灯,电视机,空调机以及其它家用电器均是以并联方式连接的. 3,简单电路与复杂电路 简单电路就是各部分是以串,并联形式联接的电路,复杂电路就 是至少有一部分电路既不是串联也不是并联的电路. 简单电路一般采 用串,并联公式进行分析与计算
