电工基础教案 (2)

1、.第一章 直流电路第一节 直流电路的基本概念一、电路的组成：由电源、负载、开关和导线等按照一定的方式连接起来的闭合回路，称为电路。 S E R 1、电源：在电路中提供电能的，如干电池，蓄电池，交直流发电机等。2、负载（用电器）：消耗能量的设备，如电灯、电炉和电动机等。3、开关：用来实现对电路进行控制和保护作用等。如：刀闸开关、熔断器等。4、导线；用来联接电路的，为电路提供通路的。在电路中起输送电能的作用。常用铜、铝等材料制作。二、电流 1、电流：导体中自由电子在电场力的作用下作定向移动，形成电流。2、方向： 通常，我们把正电荷定向移动的方向定为电流的方向，而电子移动的方向和电流的方向正好相反。

2、3、电流的大小：在数值上等于单位时间内通过导体横截面的电量的多少。用符号I 表示 I = Q / t式中 I 电流 （A）； Q 电荷量 （C）； t 时间 （s）。4、电流的测量：常用电流表。注意：a、量称 b、极性 c、与被测电路串连。 例一、P4 如果3 s 内通过导体横截面的电量是12 C ，求通过导体的电流是多少？如果通过导体的电流是0.3 A，那么3s 内将有多少电量通过导体截面？ 解：公式 I=Q / t三、电位、电压、电动势1、电位（V）： 1）、电位：把正电荷在某点具有的能量，称为该点的电位。 正电荷从高电位流向低电位；负电荷恰好相反2）、参考点：通常将大地作为参考点，且电位

3、为零。3）、电位的正负：正电位某点电位高于参考点的电位。 负电位与正电位相反。4）、不同的参考点，电位不同，即电位的大小与参考点有关。 例 ：P6 求：VA，VB ， VC A 3V B 6V C A 3V B 6v C 2、电压1)、电压（U）：电路中某两点的电位差，叫做该两点间的电压。2）、方向：由高点位指向低电位。3）、单位：伏特（V）4）、测量：电压表 注意：a、并列在被测电路中 b、极性 c、量称3、电动势（E）1）、电动势：电源正负极间存在电位差，导线中便存在着电场，自由电子在电场力的作用下，沿导线由负极移向正极，而电源力（非电场力）再把负电荷由正极送到负极，因而做功W 。 电动势

4、E=W/q q 电荷量（C）2）、方向：由电源的负极经由内电路指向电源的正极。四、电阻1、电阻（R）：导体中的自由电子在运动过程中，自由电子间的碰撞及自由电子与原子间的碰撞，阻碍了电子的移动，称其为电阻。2、单位： 欧姆（）、K、M3、导体的电阻：R =L/S 导体的材料（.M）； L 导体的长度（M）； S 导体的界面（M2）。例2 P12 第二节 欧姆定律一、 部分电路的欧姆定律 部分电路：电路中的一部分，叫做部分电路。 I R U=RI I=U/R例 P14 二、全电路欧姆定律 S I E r U + R 全电路：由内电路和外电路组成的闭合回路的整体。全电路欧姆定律：I = E / (R

5、+r) U= E - I r注意两种特殊状态：1、 开路 2、短路第三节 电阻的串联、并联和混联一、电阻的串联1、串联：各个电阻首尾相联，称为电阻的串联。 R1 R2 2、特点：1）、电流：相等。 2）、总电压：等于各个电阻上分电压之和。 3）、总电阻：等于各分电阻之和。R= R1+ R2。 4）、每个电阻上的电压与总电压之间的关系为： U1=(R1/R )U U2=(R2/R) U 可见，每个电阻上分得的电压大小和电阻成正比。3、应用：1）、分压器 2）、扩充电压表的量程。例12 P23二、电阻的并联1、并联：各个电阻首首相联，尾尾相联。 R1 R2 2、特点：1）、并联支路两端电压相等 2

6、）、总电流：等于各个支路电流之和 3）、总电阻：总电阻的倒数等于各个电阻的倒数之和 1/R= 1/R1+1/R24）、每一个电阻上流过的电流和电阻成反比 I1=( R/R1 )I3、应用：1）、可获得小电阻（总电阻小于任何一个并联电阻） 2）、电压相同的负载并列使用，互不影响 3）、扩大电流表的量程三、电阻的混联： 既有串联又有并联的连接方式叫做混联。P24 第四节 电功和电功率一、电功1、电功（电场力做的功）：电场力把电荷从一点移到另一点，对电荷所做的功，称为电功。2、大小： W=q u 而 q=I t 所以 W=u I t 对电阻电路 U=RI W=I2Rt=U2/Rt其中 w功率，焦耳J

7、 I电流，安培A； u电压，伏特V。 3、单位：国际单位 焦耳（J），常用单位 度（千瓦小时） 1KW.h = 3.6 X 106 J二、电功率1、电功率：电场力在单位时间内所做的功 2、大小： P=w/t=u iP电功率，瓦特w 。3、单位：W、KW注意：电器上通常标注的功率和电压，即为设备的额定功率和额定电压。三、焦耳楞次定律电流通过导体会发热，Q=I2Rt 例17 例18 第五节 电容器一、电容器与电容1、电容器：任意两块非常接近的金属导体（极板），中间隔以绝缘介质（空气、云母和陶瓷等），形成一个电容器。2、电压与电量的关系： Q=CU C电容器的电容量 C=Q/U3、C的意义：在一定电

8、压下，电容器储存电荷量的大小。C的单位：法拉（F）、微法（F），皮法（F）1F=106F=1012PF二、电容器的种类：P36 见图 三、电容器的串联和并联1、串联：1）、电容器的串联：两个或两个以上的电容器依次首尾相联。 C1 C2 2）、串联的特点：a、每个电容器上的电荷量都相等，等于等效电容上的电荷量， Q1 = Q 2 = Q b、总电压等于各个电容上的电压之和。 U=U1+U23）、等效电容：经过推导知：总电容的倒数等于各个电容的倒数和。1/C=1/C1+1/C22、电容器的并联 1）、并联：多个电容器首首相联，尾尾相联。 C1C22）、特点：a、电压相等 b、总电荷量等于各电容电荷

9、量之和，Q=Q1+Q2 c、总电容等于各个并联电容之和，C=C1+C2 第二章 磁与电磁 第一节 磁场的基本概念一、磁场和磁力线1、磁场：磁铁周围存在着一个肉眼看不见的特殊物质，这种物质称为磁场。2、磁力线：用来描述磁场中某点磁场的大小和方向的概念。1）、磁力线在磁铁外部总是丛N极出，S极入；在磁铁内部则相反。2）、磁场的大小用磁力线的疏密程度表示；磁场的方向即为磁力线在该点的切线方向。3）、磁力线是一些封闭的曲线。 二、电流的磁场1、通电直导线的磁场是以通电直导线为中心的一组同心圆，方向满足右手螺旋定则，四个弯曲手指指向磁场方向，大拇指指向为电流的方向。 I例：P51 学员判断2、通电线圈的

10、磁场右手螺旋定则同时适合螺线管线圈，四个弯曲手指为电流的方向，大拇指方向线圈磁场的N极。 i例：P51 学员判断三、磁场的基本物理量1、磁感应强度（B）：1)、作用：描述磁场中各点磁场强弱和方向的物理量。2）、大小：磁感应强度在数值上等于与磁场方向相垂直的单位长度的导体，通过单位电流时所受的作用力。 匀强磁场中： F=BLI B = F / L I I 其中 B磁感应强度，T； L导体的有效长度，M； F导体所受的作用力，N。3）、单位：特斯拉（T）2、磁通磁通（） ：磁感应强度B 与垂直与磁场方向的面积S的乘积。 =BS B=/S 磁感应强度B（磁密）：单位面积上磁力线条数。3、磁场强度（H

11、）：用来确定磁场和电流间关系的物理量。 大小：H=IN/L1）、磁导率：表示磁场中媒介质的导磁性能的物理量。2）、真空的磁导率为 0=410-7 亨利/米（H/M） 3）、相对磁导率：任一媒介质磁导率与真空磁导率0的比值。 r=/04）、磁感应强度B与磁场强度H的关系 B=H 第二节 铁磁物质的磁化和分类（省略）媒介质的分类：根据r 的大小分为铁磁性物质和非铁磁性物质。非铁磁性物质：如空气、木材等。铁磁性物质：如铸铁、硅钢片等，可用来制作所有电磁设备铁芯。1）、磁场强度（H）：表示磁场性质的物理量。大小为磁场中某点的磁感应强度（B）与媒介质的磁导率（）的比值。 H=B/一、铁磁性物质的磁化物质

12、的磁化：本来不带磁性的物质，由于受磁场的作用而具有了磁性的现象（只有铁磁性物质才能被磁化）。原因： 铁磁性物质有许多磁畴组成，每一个磁畴相当于一个小磁铁。 在外磁场作用下，磁场会沿着磁场方向取向排列，形成附加磁场从而磁场显著增强 有些铁磁性物质，在去掉外磁场后，磁畴的一部分或大部分仍保持取向一致，对外仍是显磁性，从而形成了永久性磁铁。应用：广泛使用在电子和电气设备中，如使变压器，电机在同容量下体积小，重量轻。1、磁化曲线：为了具体分析研究某种材料的导磁性能，用实验的方法测试磁感应强度B和磁场强度H的关系曲线。 2、磁滞回线：铁质性物质经过多次磁化，退磁的循环，得到一个封闭对称于原点的闭合曲线。

13、基本磁化曲线：铁磁性材料，在反复交变磁化中，可得到一系列大小不一的磁滞回线，连接各条对称的磁滞回线的顶点，得到一条曲线叫基本磁滞回线。剩磁和矫顽磁力越大的铁磁性物质，磁滞损耗就越大。铁磁性物质的分类根据磁滞回线形状：软磁性物质，硬磁性物质和矩磁性物质。1）、软磁性物质：磁滞回线窄而陡，包围面积小，损耗小，易磁化。2）、硬磁性物质：与软磁铁相反。3）、矩磁性物质：是一种具有矩形磁滞回线的铁磁性物质。 第三节 磁场对电流的作用 一、通电导线在磁场中受力1、磁场对通电直导体的作用1）、实验过程： P65 图2182）、结果：通电导体在磁场中受力3）、力的方向：左手定则；力的大小：F=IBL (条件：

14、电流与磁场垂直)4）、例：P66 图 2202、磁场对载流线圈的作用 1）、大小： F=IBS (条件：S平面与B间的夹角为零)2）、方向：由右手螺旋定则确定。3）、应用：电机及各种仪表的工作原理。二、通电导体间的相互作用 两根并行的通电导体，那么一根导体就处在另一根导体的磁场中，电流在磁场中受力，因此，两导体间相互作用。1、若I1、I2 同方向，则相吸；反之，相斥。2、力的大小：F=0.2 I1 I2 L/a 10-6 (N)3、应用：架空线路间的线间距以及短路的危害。 第四节 电磁感应一、电磁感应现象 产生感生电动势的条件：1）、导体切割磁力线运动时，导体两端将产生感生电动势，若将导体连接

15、成闭合回路，则有电流通过。2）、穿过任一回路内的磁通量发生变化时，闭合回路中产生感生电动势和感生电流。二、导体切割磁力线产生感生电势1、感生电动势的方向（发电）：右手定则。大拇指为导体运动的方向；四个手指为感生电动势的方向。2、感生电动势的大小： e=BLVSin 运动方向和B的夹角三、线圈磁通变化产生感应电动势1、 楞次定律：当闭合回路中磁通量发生变化时，在回路中就有感生电动势产生。线圈中感应电流的方向，总是使它产生的磁场阻碍闭合回路中原来磁通量的变化，这个规律，称为楞次定律。 方向：由右手定则确定。大小：e = -N d/dt具体：1）、判断回路原磁场的方向和变化趋势。 2）、感生电流的方

16、向总是阻碍原磁通的变化。2、法拉第电磁感应定律 楞次定律：给出了回路中磁通量变化时感生电势的方向 法拉第电磁感应定律：计算感生电势的大小，e = -N d/dt第五节 自感与互感一、自感现象与电感自感现象：由于线圈中本身电流的变化，在线圈中产生感生电动势的现象，所产生的感生电动势叫自感电动势。e = - L di / dt二、互感现象 把两个线圈靠近，若在一个线圈中通有电流并产生磁通，此磁通不仅穿过本线圈，且有一部分磁通穿过另一线圈。 互感现象：由相邻线圈中电流变化而引起 感生电动势的现象。注意：同名端的意义规定了同名端，就可以较方便的标出互感线圈的电流和互感电动势的参考方向。1、互感电动势的

17、大小线圈1的电流i1在线圈2中产生的感生电动势为e12 = - M12 di2 / dt线圈2的电流i2在线圈1中产生的感生电动势为e21= - M21 di1 / dt 因 M12 = M21 所以 e12 = - M di2 / dt e21= - M di1 / dt2、互感电动势的方向 与磁通的变化及线圈的绕向有关。在制造时，用符号“。”来表示线圈的绕向。这样，只要知道电流的方向和变化趋势，就会判断出感生电动势的方向。 1）、举例：I 增大，则4、5 的绕向一致，均为正，即1、4、5为同名端。 1 2 3 4 5 6 可见：线圈只要绕向一致，其感生电动势的极性便是相同的，而与电流的变化

18、无关。2）、同名端：把绕向一致，感生电势极性保持一致的线圈端子称为之。3）、判断方法：根据原线圈中外同电流的变化趋势，可知其自感电势的极性，再根据同名端，即可知其它线圈的极性。 第三章 交流电路的基础知识 第一节 单相交流电一、交流电和直流电的区别1、一般指大小和方向都不随时间变化的电流（或电压）。2、交流电：按正弦规律变化的交流电。3、正弦交流电：大小和方向都随时间按正弦规律变化的交流电。二、正弦交流电势的产生：有交流发电机产生三、正弦交流电的概念1、特点：1）、瞬时性 2）、周期性 3）、规律性2、正弦量的三要素：正弦交流电的表达式为 u=UmSin（t+i） i= ImSin（t+u）1

19、）、最大值（振幅）Um 、Im ：正弦交流电上下变化的幅度，即可能达到的最大值。 2）频率f ：正弦交流电每秒钟变化的次数。角频率反应了相位角变化的快慢。 =2/T=2f (rad/s) f =/2（Hz） 周期：正弦交流电每变化一次所需要的时间， T= 1/ f (s) 3）初相位：相角在t=0时的角。它表示正弦波起点与原点间间隔的角度。3、正弦交流电的有效值1）、有效值：把交流电和直流电分别通入相同的电阻中，在相同的时间内，产生的热量相同，则把该直流电定义为此交流电的有效值。2）、关系为：I=IM/2 IM = 2 I 注意：各电工仪表所测量的值，设备名牌上所标柱的值，均为有效值。4、正弦

20、交流电的表示法：解析法、图形法和相量法。1）、解析法：用正弦函数来表示正弦量的方法。u=UmSin（t+i）2)、图形法：把解析描绘成正弦曲线的方法。常用五点法。3）、相量法： 将正弦交流电用有效植与初相角表示的形式。 相量图：同频率的几个正弦量的相量可以画在同一图上，这样的图、称为相量图。例如：u=60Sin（t+60o） i= 30Sin（t+30o） U I 四、电阻、电感和电容在交、直流电路中的作用1、电阻在交、直流电路中的作用 （电阻在直流电路中的作用已经讲过） i R若 i= Im Sin（t+i） 则u= RIm Sin（t+i）Um= RIm电阻元件其电压和电流是同相位的2、纯

21、电感电路（在直流中相当于短路） L若 u=UmSin（t+i） i= ImSin（t+u） 由u=Ldi/dt 得 U=IL u=i+90o电感元件电压与电流的关系为： 电压等于电流与角频率和电感系数的乘积；电压的相角超前电流相角90度。3、纯电容电路 （在直流中相当于断路） C若 u=UmSin（t+i） i= ImSin（t+u） 由i=Ldu/dt 得 I=UC u=i-90o电容元件电压与电流的关系为: 电流等于电压与角频率和电容系数的乘积；电压的相角滞后电流相角90度4、电阻、电感串联在交流电路中的作用1）、电压间的关系 R L端电压的大小为 U=UR2+UL2阻抗角的大小为=arc

22、tyL/R串联电路的电压相量图为 U UL UR 作用：大多数用电器，如日光灯、变压器、电动机等同时具有电阻和电感，且电阻和电感在结构上不能分离。因此，讨论电阻和电感的串联在实际上是有意义的。2）、电路的功率正弦交流电路的功率平均功率（有功功率）：P=UICOS WCOS功率因数无功功率：Q=UISIN VAR视在功率：S=UI VA S Q 且三者间满足功率三角形 P第二节 三相交流电一、三相交流电的产生1）、三相交流发电机产生的 eA=EmSint eB =EmSin（t-120o） eC =EmSin（t+120o）2)、相量图： EC EA EB二三相电源和负载的的联接方式1星形连接1）、星形连接：将发电机