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第1单元电路基础 实训室认识及安全用电 实验室使用的电源有直流电源和交流电源 万用表 指针式万用表1 指针式万用表的结构主要由表头 测量线路 转换开关三部分组成 外形结构如图3 12所示 使用指针式万用表 主要注意下面几点 1 使用前 应将表头指针调零 2 测量前 应根据被测电量的项目和大小 将转换开关拨到合适的位置 3 测量完毕 应将转换开关拨到最高交流电压档 有的万用表 如500型 应将转换开关拨到标有 的空档位置 电流表与电压表 电流表又称为安培表 用于测量电路中的电流 电压表又称为伏特表 用于测量电路中的电压 按其工作原理的不同 分为磁电式 电磁式 电动式三种类型 其原理与结构分别如图3 2 a b c 所示 图3 2电流表 电压表的原理与结构 a 磁电式 b 电磁式 c 电动式 直流电流的测量 通常采用磁电式电流表 直流电流表有正 负极性 测量时 必须将电流表的正端钮接被测电路的高电位端 负端钮接被测电路的低电位端 如图3 5所示 被测电流超过电流表允许量程时 须采取措施扩大量程 对磁电式电流表 可在表头上并联低阻值电阻制成的分流器 如图3 6所示 对电磁式电流表 可通过加大固定线圈线径来扩大量程 也可将固定线圈接成串 并联形式做成多量程表 如图3 7所示 图3 5直流电流的测量图3 6用分流器扩大量程 电压的测量 测量电压时 电压表必须与被测电路并联 1 交流电压的测量测量交流电压通常采用电磁式电压表 在测量量程范围内将电压表直接并入被测电路即可 如图3 8所示 用电压互感器来扩大交流电压表的量程 如图3 9所示 图3 8交流电压的测量图3 9用互感器扩大交流电压表量程 直流电压的测量 通常采用磁电式电压表 直流电压表有正 负极性 测量时 必须将电压表的正端钮接被测电路的高电位端 负端钮接被测电路的低电位端 如图3 10所示 在电压表外串联分压电阻扩大量程 如图3 11所示 图3 10直流电压的测量图3 11串分压电阻扩大量程 2 交流电压的测量 1 测量前 将转换开关拨到对应的交流电压量程档 如果事先不知道被测电压大小 量程宜放在最高档 以免损坏表头 2 测量时 将表笔并联在被测电路或被测元器件两端 严禁在测量中拨动转换开关选择量程 3 测电压时 要养成单手操作习惯 且注意力要高度集中 4 由于表盘上交流电压刻度是按正弦交流电标定的 如果被测电量不是正弦量 误差会较大 5 可测交流电压的频率范围一般为45HZ 1000HZ 如果超过范围 误差会增大 直流电压的测量 测量方法与交流电压基本相同 但要注意下面二点 1 与测量交流电压一样 测量前要将转换开关拨到直流电压的档位上 在事先不清楚被测电压高低的情况下 量程宜大不宜小 测量时 表笔要与被测电路并联 测量中不允许拨动转换开关 2 测量时 必须注意表笔的正负极性 红表笔接被测电路的高电位端 黑表笔接低电位端 若表笔接反了 表头指针会反打 容易打弯指针 如果不知道被测点电位高低 可将表笔轻轻地试触一下被测点 若指针反偏 说明表笔极性反了 交换表笔即可 直流电流 电阻的测量 4 直流电流的测量 1 测量时 万用表必须串入被测电路 不能并联 2 必须注意表笔的正 负极性 测量时 红表笔接电路断口高电位端 黑表笔接低电位端 3 在不清楚被测电流大小情况下 量程宜大不宜小 严禁在测量中拨动转换开关选择量程 5 电阻的测量 1 正确选择电阻倍率档 使指针尽可能接近标度尺的几何中心 可提高测量数据的准确性 2 严禁在被测电路带电的情况下测量电阻 3 测量时 直接将表笔跨接在被测电阻或电路的两端 注意不能用手同时触及电阻两端 以避免人体电阻对读数的影响 4 测量热敏电阻时 应注意电流热效应会改变热敏电阻的阻值 兆欧表 一种测量电器设备及电路绝缘电阻的仪表 3 5 1结构和工作原理外形如图3 15 a 所示 主要包括三个部分 手摇直流发电机 或交流发电机加整流器 磁电式流比计 接线桩 L E G 工作原理可用图3 15 b 来说明 图3 15兆欧表的外形和工作原理示意图 a 外形 b 工作原理 3 5 2使用方法 1 测量前的检查 1 检查兆欧表是否正常 2 检查被测电气设备和电路 看是否已切断电源 3 测量前应对设备和线路进行放电 减少测量误差 2 使用方法 1 将兆欧表水平放置在平稳牢固的地方 2 正确连接线路 3 摇动手柄 转速控制在120r min左右 允许有 20 的变化 但不得超过25 摇动一分钟后 待指针稳定下来再读数 4 兆欧表未停止转动前 切勿用手触及设备的测量部分或摇表接线桩 5 禁止在雷电时或附近有高压导体的设备上测量绝缘 6 应定期校验 检查其测量误差是否在允许范围以内 3 5 3兆欧表的选用 选用兆欧表主要考虑它的输出电压及测量范围 表3 1兆欧表选择举例 接地电阻测定仪 又称接地摇表 主要用于测量电气系统 避雷系统等接地装置的接地电阻和土壤电阻率 以ZC 8型接地电阻测定仪为例介绍其结构 工作原理 使用方法 外形及附件如图3 16所示 图3 16ZC 8型接地电阻测定仪外形及附件 使用方法 ZC 8型接地电阻测定仪测量连接如图3 18所示 图3 18接地电阻测量连接示意图 接地电阻测量 测量方法 1 将仪表水平放置 对指针机械调零 使其指在标度尺红线上 2 将量程 倍率 选择开关置于最大量程位置 缓慢摇动发电机摇柄 同时调整 测量标度盘 使检流计指针始终指在红线上 这时 仪表内部电路工作在平衡状态 当指针接近红线时 加快发电机摇柄转速 使其达到额定转速 120r min 再次调节 测量标度盘 使指针稳定在红线上 所测接地电阻值即为 测量标度盘 读数 RP 乘以倍率标度 若 测量标度盘 读数小于1 应将量程选择开关置于较小一档 重新测量 3 可用ZC 8型接地电阻测定仪测量导体电阻 先用导线将P1 C1接线桩短接 再将被测导体接于E 或P2 C2短接的公共点 与P1之间 其余步骤与测量接地电阻相同 4 用ZC 8型接地电阻测定仪还可测土壤电阻率 具体操作见仪器说明书 2 常用电工工具及使用 2 1 1钢丝钳钢丝钳又称为钳子 见图2 1 钢丝钳的用途是夹持或折断金属薄板以及切断金属丝 导线 图2 1钢丝钳 2 1 2尖嘴钳 尖嘴钳的头部尖细 见图2 2 适应于狭小的工作空间或带电操作低压电气设备 尖嘴钳也可用来剪断细小的金属丝 它适应于电气仪表制做或维修 图2 2尖嘴钳 2 1 3电工刀 电工刀 见图2 3 适用于电工在装配维修工作中割削导线绝缘外皮 以及割削木桩和割断绳索等 图2 3电工刀 2 1 4螺丝刀 螺丝刀又称 起子 螺钉旋具等 其头部形状有一字形和十字形 见图2 4 两种 图2 4 a 字形 b 字形 剥线钳 剥线钳用来剥削截面积6mm2以下塑料或橡胶绝缘导线的绝缘层 由钳口和手柄两部分组成 其外形如图2 5所示 图2 5剥线钳 三 人体触电的基本知识1 触电的种类和方式人体触电种类 电击 指电流通过人体时所造成的内伤 后果 肌肉抽搐 内部组织损伤 造成发热 发麻 神经麻痹等 严重时将引起昏迷 窒息 甚至心脏停跳 血液循环中止等而死亡 电伤 在电流的热效应 化学效应 机械效应以及电流本身作用下造成的人体外伤 常见 灼伤 烙伤和皮肤金属化等 灼伤 由电流热效应引起 主要是电弧灼伤 造成皮肤红肿 烧焦或皮下组织损伤 常见 灼伤 烙伤和皮肤金属化等 烙伤 由电流热效应或力效应引起 是皮肤被电气发热部分烫伤或由于人体与带电体紧密接触而留下肿块 硬块 使皮肤变色等 常见 灼伤 烙伤和皮肤金属化等 皮肤金属化 由电流热效应和化学效应导致熔化的金属微粒渗入皮肤表层 使受伤部位皮肤带金属颜色且留下硬块 2 人体触电方式 单相触电人体的一部分接触带电体的同时 另一部分又与大地或零线相接 电流从带电体流经人体到大地 或零线 形成回路 两相触电人体的不同部位同时接触两相导线 两根火线 或带电体 电流由一相通过人体流入另一相导体构成回路造成的触电 跨步电压触电a 跨步电压 雷电流入地时 或载流电力线 特别是高压线 断落到地时 会在导线接地点及周围形成强电场 其电位分布以接地点为圆心向周围扩散 逐步降低而在不同位置形成电位差 电压 当人畜跨进这个区域 两脚之间的电压 跨步电压触电 跨步电压触电在上述跨步电压作用下 电流从接触高电位的脚流进 从接触低电位的脚流出 悬浮电路上的触电电流通过变压器相互隔离的原 副绕组后 从副边输出的电压零线不接地 变压器绕组间不漏电时 即相对于大地处于悬浮状态 若人站在地上接触其中一根带电导线 不会构成电流回路 无触电感觉 如果人体一部分接触副边绕组的一根导线 另一部分接触该绕组的另一导线 则会造成触电 注意 检修电子管收音机 电子管扩音机 部分彩色电视机时 一般要求单手操作 三 电流伤害人体的因素伤害程度一般与下面几个因素有关 1 通过人体电流的大小 2 电流通过人体时间的长短 3 电流通过人体的部位 4 通过人体电流的频率 5 触电者的身体状况 一 电流的大小 触电时流过人体的电流强度是造成损伤的直接因素 二 电压的高低人体接触的电压越高 流过人体的电流越大 对人体的伤害越严重 三 频率的高低 四 时间的长短技术上常用触电电流与触电持续时间的乘积 叫电击能量 来衡量电流对人体的伤害程度 五 不同路径 六 人体状况 女性比男性触电伤害程度约严重30 七 人体电阻的大小通常人体电阻可按1k 2k 电流通过人体脑部和心脏时最危险 40Hz 60HZ交流电对人危害最大 以工频电流为例 当1毫安左右的电流通过人体时 会产生麻刺等不舒服的感觉 10 30毫安的电流通过人体 会产生麻痹 剧痛 痉挛 血压升高 呼吸困难等症状 但通常不致有生命危险 电流达到50毫安以上 就会引起心室颤动而有生命危险 100毫安以上的电流 足以致人于死地 通过人体电流的大小与触电电压和人体电阻有关 工频电流大小对人体伤害程度分析表 不同频率的电流对人体的伤害 电流的不同路径对人体的伤害 很危险3 3 最危险6 7 危险0 4 很危险3 7 1 人体电阻的种类a 体内电阻基本不受外界影响 差不多为定值 约0 5K b 皮肤电阻随着外界条件不同可在很大范围内变化 皮肤表面0 05 0 2mm的角质层电阻高达10K 100K c 皮肤电容很小 可忽略不计 注 在计算安全电压时 角质层电阻不考虑在内 除去角质层 人体电阻一般不低于1K 通常考虑范围 1 2K 2 影响人体电阻的因素a 皮肤厚薄 潮湿多汗 有损伤 带有导电粉尘 对带电体接触面大 接触压力大等都将减小人体电阻 b 接触电压 接触电压越高 人体电阻将按非线性规律下降 人体允许电流 指发生触电后触电者能自行摆脱电源 解除触电危害的最大电流 不同情况下的人体允许电流 a 通常情况下 人体的允许电流 男性为9mA 女性为6mA b 在设备和线路装有触电保护设施的条件下 人体允许电流可达30mA c 在容器中 在高空 水面上可能因电击造成二次事故的场所 人体允许电流应按5mA考虑 五 预防触电的安全措施 任务目标 1 常见触电原因 2 防止触电的保护措施 四 常见的触电原因 一 线路架设不合规格a 室内外线路对地距离 导线之间的距离小于允许值 b 通讯线 广播线与电力线间隔距离过近或同杆架设 c 线路绝缘破损d 有的地区为节省电线而采用一线一地制送电等 二 电气操作制度不严格 不健全a 带电操作 不采取可靠的保安措施 b 不熟悉电路和电器 盲目修理 c 救护已触电的人 自身不采用安全保护措施 d 停电检修 不挂警告牌 e 检修电路和电器 使用不合格的保安工具 f 人体与带电体过分接近 又无绝缘或屏护措施 三 用电设备不合要求a 电器设备内部绝缘损坏 金属外壳又未加保护接地措施或保护接地太短 接地电阻太大 b 开关 闸刀 灯具 携带式电器绝缘外壳破损 失去防护作用 c 开关 熔断器误装在中性线上 一旦断开 就使整个线路带电 四 用电不谨慎a 违反布线规则 在市内乱拉电线 b 随意加大熔断器熔丝规格 c 在电线或电线附近晾晒衣物 d 在电线杆上拴牲口 e 在电线 特别是高压线 附近打鸟 放风筝 f 未断电源 移动家用电器 g 打扫卫生时 用水冲洗或湿布擦拭带电电器或线路等 h 在架空线上操作 不在相线上加临时接地线 i 无可靠的防高空跌落措施等 二 防止触电的保护措施触电事故会给人身造成很大的危害 为了保护人身安全 避免触电事故的发生必须采取必要的预防措施 防止触电的安全措施有以下几种 1 保护接地 电力系统运行所需要的接地 称为工作接地 把电气设备的金属外壳 框架等用接地装置与大地可靠连接 称为保护接地 它适用于中性点不直接接地的低压电力系统 如图1 4所示 保护接地电阻一般应不大于4 最大不得大于10 图1 4保护接地 2 保护接零 在中性点直接接地的三相四线电力系统中 将电气设备的金属外壳 框架等与系统的零线 中线 相接 称为保护接零 如图1 5所示 图1 5保护接零 保护接零后 如果某一相线因绝缘损坏与机壳相碰 使机壳带电 则电流通过零线构成回路 由于零线电阻很小 致使短路电流很大 立刻会将熔断器烧断或使其他保护装置动作 迅速切断电源 从而消除了触电危险 采用保护接零时 接零导线要有足够的机械强度 连接必须牢固 以防断线或脱线 并且在零线上禁止安装熔断器和单独的断流开关 为了保证碰壳引起的短路电流能够使保护装置可靠动作 零线的电阻不能太大 同时还要防止零线和相线接错 采用保护接零时 除变压器的中性点直接接地外 还必须在零线上的一处或多处再行接地 即重复接地 重复接地的作用在于降低漏电设备外壳的对地电压 消除零线断路时的触电危险 3 使用漏电保护器 漏电保护器是一种防止漏电的保护装置 当设备因漏电外壳上出现对地电压或产生漏电电流时 它能够自动切断电源 漏电保护器通常分为电压型和电流型两种 电压型反映了漏电对地电压的大小 由于性能较差已趋淘汰 电流型则反映了漏电对地电流的大小 其中分有零序电流型和泄露电流型 电流型漏电保护器常用有单相双极式 三相三极式和三相四极式三类 单相双极电流型漏电保护器广泛用于居民住宅及其他单相电路 三相三极式漏电保护器应用于三相动力电路 三相四极式漏电保护器应用于动力 照明混用的三相电路 漏电保护器既能用于设备保护 也能用于线路保护 具有灵敏度高 动作快捷等特点 对于那些不便于敷设地线的地方 以及土壤电阻系数太大 接地电阻难以满足要求的场合 应进行广泛推广使用 4 采用三相五线制 我国低压电网通常使用中性点接地的三相四线制 提供380V 220V的电压 在一般家庭中常采用单相两线制供电 因其不易实现保护接零的正确接线 而易造成触电事故 为确保用电安全 国际电工委员会推荐使用三相五线制 它有三根相线L1 L2 L3 一根工作零线N 一根保护零线PE 如图1 6所示 在一般家庭中采用单相三线制供电 即一根相线 一根工作零线 一根保护零线 如图1 7所示 图1 6三相五线制图1 7单相三线制 使用安全操作电压 加在人体上一定时间内不致造成伤害的电压叫安全电压 为了保障人身安全 使触电者能够自行脱离电源 不致引起人身伤亡 各国都规定了安全操作电压 我国规定的安全电压 50 500Hz的交流电压额定值有36V 24V 12V 6V四种 直流电压额定值有48V 24V 12V 6V四种 以供不同场合使用 还规定安全电压在任何情况下均不得超过50V有效值 当使用大于24V的安全电压时 必须有防止人身直接触及带电体的保护措施 在高温 潮湿场所使用的安全电压规定为12V 六 安全电压 七 触电的救护知识 任务目标 1 了解触电事故发生的特点 2 了解触电事故的断电措施 3 熟练掌握触电事故的断电操作 相关知识 一旦发生触电事故 抢救者必须保持冷静 千万不要惊慌失措 首先应尽快使触电者脱离电源 然后再进行现场急救 使触电者迅速脱离电源是极其重要的一环 触电时间越长 对触电者的危害就越大 脱离电源最有效的措施是断开电源开关 拔掉电源插头或熔断器 在一时来不及的情况下 可用干燥的绝缘物拨开或隔开触电者身上的电线 具体措施如下 1 对于低压触电事故采取的断电措施 1 如果触电地点附近有电源开关 刀闸 或插座 可立即拉掉开关 刀闸 或拔出插头来切断电源 如图1 8 a 所示 2 如果找不到电源开关 刀闸 或距离太远 可用有绝缘套的钳子或用带木柄的斧子切断电源线 如图1 8 b 所示 3 当无法切断电源线时 可用干燥的衣服 手套 绳索 木板等绝缘物 拉开触电者 使其脱离电源 如图1 8 c 所示 4 当电线搭在触电者身上或被压在身下时 可用干燥的木棒等绝缘物作为工具挑开电线 使触电者脱离电源 如图1 8 d 所示 图1 8脱离电源的方法 3 触电事故断电操作要遵循的原则 1 触电时间越长 对触电者的危害就越大 因此使触电者脱离电源的办法应根据具体情况 以快速为原则选择采用 2 当触电者未脱离电源前本身就是带电体 断电操作人员不可直接用手或其他金属及潮湿的物体作为断电工具 而必须使用适当的绝缘工具 断电时要用单手操作 以防止自身触电 3 当触电事故发生在高处时 要注意防止发生高处坠落摔伤和再次触及其他有电线路 不论是在何种电压的线路上发生触电 即使触电者在平地 都要考虑触电者倒下的方向 注意防止摔伤 4 如果事故发生在夜间 应迅速解决临时照明 以利于抢救并避免扩大事故 2 对于高压触电事故采取的断电措施 1 如触电事故发生在高压设备上 应立即通知供电部门停电 2 戴上绝缘手套 穿上绝缘鞋 并用相应电压等级的绝缘工具拉掉开关 3 若不能迅速切断电源开关 可采用抛挂截面足够大 长度适当的金属裸线短路方法 使电源开关跳闸 抛挂前 将短路线一端固定在铁塔或接地引线上 另一端系重物 在抛掷短路线时 应注意防止电弧伤人或断线危及其他人员安全 触电急救的现场操作训练 任务目标 1 了解触电者的现场特征及伤情的诊断处理 2 学会人工呼吸和胸外心脏挤压的操作手法 3 熟练掌握触电急救的现场心肺复苏抢救方法 相关知识 1 伤情诊断处理在触电者脱离电源后 应根据其受电流伤害的程度 采取不同的抢救措施 若触电者只是一度昏迷 可将其放在空气流通的地方安静地平卧 松开身上的紧身衣服 摩擦全身 使之发热 以利血液循环 若触电者发生痉挛 呼吸微弱或停止 应进行现场人工呼吸 当心跳停止或不规则跳动时 应立即采取人工胸外心脏挤压法进行抢救 若触电者停止呼吸或心脏停止跳动 可能是假死 决不可放弃抢救 应立即进行现场心肺复苏抢救 即同时进行人工呼吸和胸外心脏挤压 抢救必须分秒必争 并迅速向120急救中心求救 2 现场抢救方法 1 人工呼吸 人工呼吸的目的 是用人工的方法来代替肺的呼吸活动 人工呼吸的方法很多 其中口对口吹气的人工呼吸法最为简便有效 也易学会和传授 具体做法如下 首先把触电者移到空气流通的地方 最好放在平直的木板上 使其仰卧 头部尽量后仰 先把头侧向一边 掰开嘴 清除口腔中的杂物 假牙等 如果舌根下陷应将其拉出 使呼吸道畅通 同时解开衣领 松开上身的紧身衣服 使胸部可以自由扩张 如图1 9 a 所示 抢救者位于触电者的一侧 用一只手捏紧触电者的鼻孔 另一只手掰开口腔 深呼吸后 以口对口紧贴触电者的嘴唇吹气 使其胸部膨胀 如图1 9 b 所示 然后放松触电者的口鼻 使其胸部自然回复 让其自动呼气 时间约3秒 如图1 9 c 所示 图1 9口对口人工呼吸法 按照上述步骤反复循环进行 4 5s吹气一次 每分钟约12次 如果触电者张口有困难 可用口对准其鼻孔吹气 其效果与上面方法相近 2 人工胸外心脏挤压 人工胸外心脏挤压法是用人工胸外挤压代替心脏的收缩作用 此法简单易学 效果好 不需设备 易于普及推广 具体做法如下 使触电者仰卧在平直的木板上或平整的硬地面上 姿势与进行人工呼吸时相同 但后背应实实在在着地 抢救者跨在触电者的腰部两侧 如图1 10 a 所示 抢救者两手相叠 用掌根置于触电者胸部下端部位 即中指尖部置于其颈部凹陷的边缘 掌根所在的位置即为正确挤压区 然后自上而下直线均衡地用力挤压 使其胸部下陷3 4cm左右 以压迫心脏使其达到排血的作用 如图1 10 b c 所示 使挤压到位的手掌突然放松 但手掌不要离开胸壁 依靠胸部的弹性自动回复原状 使心脏自然扩张 大静脉中的血液就能回流到心脏中来 如图1 10 d 所示 2 人工胸外心脏挤压 图1 10人工胸外心脏挤压法 按照上述步骤连续不断地进行 每分钟约80次 挤压时定位要准确 压力要适中 不要用力过猛 以免造成肋骨骨折 气胸 血胸等危险 但也不能用力过小 用力过小则达不到挤压目的 3 抢救中的观察与处理经过一段时间的抢救后 若触电者面色好转 口唇潮红 瞳孔缩小 心跳和呼吸恢复正常 四肢可以活动 这时可暂停数秒进行观察 有时触电者至此就可恢复 如果还不能维持正常的心跳和呼吸 必须在现场继续进行抢救 尽量不要搬动 如果必须搬动 抢救工作决不能中断 直到医务人员到来接替抢救 总之 触电事故带来的危害是很大的 要以预防为主 着手消除发生事故的根源 防止事故的发生 要向大家宣传安全用电知识 宣传触电现场急救的知识 不仅能防患于未然 万一发生了触电事故 也能进行正确及时的抢救 以挽救许多人的生命 1 2电路 一 电路及其作用电路是电流流通的路径 是为了满足某种需要由一些电气设备和器件按一定方式组合而成的 复杂的电路呈网状 又称电网络 简称网络 图1 1所示为一个简单的照明电路 开关合上后 灯泡发光 电池将化学能转换成电能 电路的形式虽然多种多样 但归结起来 都由电源 负载和中间环节三个基本部分组成 电源 负载 中间环节 图1 1照明电路 二 电路的状态 1 通路 闭路 电源与负载接通 电路中有电流通过 电气设备或元器件获得一定的电压和电功率 进行能量转换 2 开路 断路 电路断开 电路中没有电流通过 又称为空载状态 3 短路 捷路 电源两端或电路中某些部分被导线直接相连 输出电流过大对电源来说属于严重过载 如没有保护措施 电源或电器会被烧毁或发生火灾 所以通常要在电路或电气设备中安装熔断器 保险丝等保险装置 以避免发生短路时出现不良后果 三 电路模型 表1 1列出了几种常用的理想电路元件及其图形符号 图1 2就是图1 1的电路模型 表1 1常用的理想电路元件及其图形符号 图1 2电路模型 1 2 电流及其参考方向 电流的大小用电流强度来衡量 其数值等于单位时间内通过导体横截面的电荷量 电流强度简称为电流 用i表示 即 如图1 3所示 图中箭头所示的方向是任意假设的电流的参考方向 若在这个参考方向下计算出的电流为正值 说明所设参考方向与实际方向一致 若得出的电流为负值 说明所设参考方向与实际方向相反 参考方向不一定就是实际方向 图1 3电流的参考方向 1 3电压及其参考方向 为了衡量电场力做功的能力 引入 电压 这个物理量 在电路中 把电场力将单位正电荷从A点移到B点所做的功定义为A B两点间的电压 用uAB表示 即 参考方向是一个极为重要的概念 电路的分析计算都是在选定的参考方向下进行的 使用时需要注意以下几点 电流 电压的实际方向是客观存在的 不会因为参考方向选取的不同而改变 在对电路进行分析计算时 对所提及的电流 电压必须首先选取其参考方向 并标注在电路图上 然后才能对电路进行分析计算 在未选取参考方向的情况下 所求得的电流 电压的值为正或为负都没有意义 电流 电压的参考方向可以任意假定 参考方向选取的不同 算出的电流 电压值相差一个负号 但参考方向一经选定 在电路的分析计算过程中不能再改变 虽然电压 电流的参考方向可任意选定 但为了分析方便 常将同一元件上的电流和电压的参考方向选为一致 称为关联参考方向 反之 为非关联参考方向 如图1 4所示 图1 4关联与非关联参考方向 2 电位 在分析电子电路时 常用到电位这一物理量 在电路中任选一点为参考点 常用符号 表示 某点的电位就是该点与参考点的电压 电位用字母V表示 单位是伏特 V 在电路中若指定某点为参考点 如O点 则A点的电位为 VA UAO 参考点本身的电位为零 所以参考点又称零电位点 三 电源和电动势 1 电源电动势 2 电动势 2 电动势 电动势通常用符号E或e t 表示 E表示大小与方向都恒定的电动势 即直流电源的电动势 e t 表示大小和方向随时间变化的电动势 也可简记为e 电动势的国际单位制单位为伏特 记作V 电源电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压 衡量电源的电源力大小及其方向的物理量称为电源的电动势 电动势是一个标量 电动势的方向规定为从电源的负极经过电源内部指向电源的正极 即与电源两端电压的方向相反 电动势的大小等于电源力把单位正电荷从电源的负极 经过电源内部移送到电源正极所作的功 如设W为电源中非静电力 电源力 把正电荷量q从电源负极经过电源内部移送到电源正极所作的功 则电动势大小 1 电能 电能是指在一定的时间内电路元件或设备吸收或发出的电能量 用符号W表示 其国际单位制为焦耳 J 电能的计算公式为 W P t UIt 通常电能用kW h 千瓦 时 来表示大小 也称为度 电 1度 电 1kW h 3 6 106J 即功率为1000W的供能或耗能元件 在1小时内所发出或吸收的电能量为1度 四 电能和电功率 2 电功率 电功率 简称功率 所表示的物理意义是电路元件或设备在单位时间内负载吸收或发出的电能能量 P UI 功率的国际单位制单位为W 瓦特 常用的单位还有mW 毫瓦 kW 千瓦 它们与W的换算关系是 1mW 10 3W 1kW 103W 四 电能和电功率 一 电阻器 电阻定律 制成电阻元件的材料电阻率 国际单位制单位为 m 欧 米 l 绕制成电阻的导线长度 国际单位制为m 米 S 绕制成电阻的导线横截面积 国际单位制为m2 平方米 R 电阻值 国际单位制为 欧 经常用的电阻单位还有k 千欧 M 兆欧 1k 103 1M 106 1 电阻及决定导体电阻的因素 1 4电阻元件和欧姆定律 线性电阻与非线性电阻 电阻值R与通过它的电流I和两端电压U无关 即R 常数 的电阻元件称为线性电阻 其伏安特性曲线在U I平面坐标系中为一条通过原点的直线 电阻值R与通过它的电流I和两端电压U有关 即R 常数 的电阻元件称为非线性电阻 其伏安特性曲线在U I平面坐标系中为一条通过原点的曲线 通常所说的 电阻 如不作特殊说明 均指线性电阻 图1 3线性电阻的伏安特性曲线 2 电阻元件电阻元件是反映材料或器件对电流呈现阻力 消耗电能的一种理想元件 用字母R表示 电阻元件的单位是欧姆 常用的单位还有千欧 k 兆欧 M 线性电阻元件的图形符号如图1 9所示 标注方法 电阻器的标注方法主要有三种 直标法 色标法 字母数字混标法 直标法 在一些体积较大的电阻器身上 直接用数字标注出标称阻值 有的还直接标出允许偏差 由于电阻器体积大 标注方便 对使用来讲也方便 一看便能知道阻值大小 固定电阻直标法示例 R 电阻的总称 X 材料为线绕 G 表示大功率 6 表示序号 510 5 色标法 色标法是用色环或色点 大多用色环 来表示电阻器的标称阻值 误差 色环有四道环 普通电阻 和五道环两种 精密电阻 两种 如图所示 色标法 A图所示为四道色环表示方法 B图所示为五道色环表示方法 目前常见的四道色环的色环电阻 在各色环中 利用色环颜色来表示某个数字 在四道色环电阻器中 第一 二道色环表示标称阻值的有效值 第三道色环表示倍乘 第四道色环表示允许偏差 色码含义 色标法示例一 有一电阻器 色环颜色顺序为棕 黑 橙 银 则该电阻器标称阻值为 10 103 10 即10K 10 色标法示例二 有一电阻器 色环颜色顺序为绿 蓝 紅 银则该电阻器标称阻值为 56 102 10 即5 6K 10 47 100 5 47 5 色环电阻判别要点 最靠近电阻引线一边的色环为第一色环金 银 黑等色环不可能为第一色环两条色环之间距离最宽的边色环为最后一条色环最宽的边色环为最后一条色环 最靠近电阻引线一边的色环为第一色环 金 银 黑等色环不可能为第一色环 两条色环之间距离最宽的边色环为最后一条色环 最宽的边色环为最后一条色环 色环电阻判别要点 色环电阻颜色的判别 色彩说来简单 但是由于颜色的调配不是十分精确 形成某一种色彩有很大差别 红色有深红色和一般红色 紫色偏差更大 有偏蓝色和偏红色的紫色等等 除了认真对颜色加以比较和判别外 电阻器的标称阻值系列标准 是色环电阻颜色判别的一种很重要的方法 75 100 5 75 5 270 2 1 87 2 3 3M 5 820K 10 色环电阻判别要点 在E24系列标准中 如果红色为第一条色环时 第二条色环只有4种情况为黑色 2 0 红色 2 2 黄色 2 4 和紫色 2 7 这4种颜色区别就比较大了 使之容易判别 又如 当第一条色环为黄色时 只能是4 3 4 7两种情况 也就是说 普通色环电阻一般只会是4 3 43 430 等 或是0 47 4 7 47 等等 反之 如果色环电阻第二条色环为紫色时 第一条色环只能有黄色 4 7 和红色 2 7 两种情况 用以上各种方法综合起来判断色环电阻的其它颜色 一般是比较可靠的 字母数字混标法 字母数字混标法是用字母和数字来表示电阻器的标称阻值 例如一只3 3K 的电阻器 在图纸或实物上如若由于印刷问题或磨损 将小数点给丢掉了 3 3K 就变成33K 造成差错 在采用字母数字混标法后 可避免这种情况 字母数字混标法示例 2 2电阻的串联 一 电阻串联电路的特点 二 应用举例 一 串联电路的特点 图2 3电阻的串联 设总电压为U 电流为I 总功率为P 1 等效电阻 R R1 R2 Rn 2 分压关系 特例 两只电阻R1 R2串联时 等效电阻R R1 R2 则有分压公式 3 功率分配 2 3电阻的并联 一 并联电路的特点 二 应用举例 设总电流为I 总电压为U 总功率为P 1 等效电导 G G1 G2 Gn即 一 电阻并联电路的特点 图2 6电阻的并联 2 分流关系 R1I1 R2I2 RnIn RI U 3 功率分配 R1P1 R2P2 RnPn RP U2I 特例 两只电阻R1 R2并联时 等效电阻 则有分流公式 二 欧姆定律 电阻元件的伏安关系服从欧姆定律 即 U RI或I U R 1826年德国科学家欧姆通过实验证明 电路中的电流I与导体两端的电压U成正比 与导体的电阻成反比 三 电流的热效应 电流通过导体时产生的热量 焦耳热 为 Q I2Rt I 通过导体的直流电流或交流电流的有效值 单位为A R 导体的电阻值 单位为 t 通过导体电流持续的时间 单位为s Q 热量单位为J 图1 21常用电路名词的说明 以图1 21所示电路为例说明常用电路名词 1 支路 电路中具有两个端钮且通过同一电流的无分支电路 如图3 1电路中的ED AB FC均为支路 该电路的支路数目b 3 2 节点 电路中三条或三条以上支路的连接点 如图3 1电路的节点为A B两点 该电路的节点数目n 2 一 常用电路名词 1 6基尔霍夫定律 3 回路 电路中任一闭合的路径 如图3 1电路中的CDEFC AFCBA EABDE路径均为回路 该电路的回路数目l 3 4 网孔 不含有分支的闭合回路 如图3 1电路中的AFCBA EABDE回路均为网孔 该电路的网孔数目m 2 5 网络 在电路分析范围内 网络是指包含较多元件的电路 图3 1常用电路名词的说明 二 基尔霍夫电流定律 节点电流定律 1 基尔霍夫电流定律 KCL 内容 图1 22基尔霍夫电流定律的举例说明 基尔霍夫电流定律的第一种表述 在任何时刻 电路中流入任一节点中的电流之和 恒等于从该节点流出的电流之和 即 I流入 I流出 例如图3 2中 在节点A上 I1 I3 I2 I4 I5 电流定律的第二种表述 在任何时刻 电路中任一节点上的各支路电流代数和恒等于零 即 I 0 一般可在流入节点的电流前面取 号 在流出节点的电流前面取 号 反之亦可 例如图3 2中 在节点A上 I1 I2 I3 I4 I5 0 图3 2基尔霍夫电流定律的举例说明 三 基尔霍夫电压定律 基尔霍夫电压定律 KVL 也称基尔霍夫第二定律 其内容是 对电路中任一回路而言 在任一时刻 沿着某一方向绕行一周 所有元件 或支路 电压的代数和恒等于零 数学表达式为 或 直流时 实训项目电压电流电位的测量 1 万用表及其使用方法 一 颜色和数字的对应关系注意 金 银在第四环出现时 它们代表误差 金代表5 银代表10 而在第三环出现时 金代表0 1 银代表0 01 电阻阻值的色环表示方法 电阻阻值的色环表示方法 二 四色环 读数规则1 二环表示两位有效数字 第三环表示数字后面添加 0 的个数 如 例 红紫橙金 阻值 27后面添加 3个0 即27000欧 误差5 电阻阻值的色环表示方法 红红黑金 阻值为22欧 第三环 黑色 表示 0个零 也就是表示数字后面不添加0 实际上 第三环用数学形式表达就是10的N次方的倍率 2 读下列四色环电阻 万用表 1 概述2 操作中的注意事项3 使用方法4 读数方法 1 概述 万用表又称多用表 用来测量直流电流 直流电压和交流电流 交流电压 电阻等 有的万用表还可以用来测量电容 电感以及晶体二极管 三极管的某些参数 指针式万用表主要由指示部分 测量电路 转换装置三部分组成 常用的万用表的外形如右图所示 下面以该型号为例作介绍 2 操作中的注意事项 进行测量前 先检查红 黑表笔连接的位置是否正确 红色表笔接到红色接线柱或标有 十 号的插孔内 黑色表笔接到黑色接线柱或标有 一 号的插孔内 不能接反 否则在测量直流电量时会因正负极的反接而使指针反转 损坏表头部件 在表笔连接被测电路之前 一定要查看所选挡位与测量对象是否相符 否则 误用挡位和量程 不仅得不到测量结果 而且还会损坏万用表 在此提醒初学者 万用表损坏往往就是上述原因造成的 2 操作中的注意事项 测量时 须用右手握住两支表笔 手指不要触及表笔的金属部分和被测元器件 测量中