电工基础_直流电

1、复旦大学电工基础知识培训主讲教师：吴洪兵电子信息系晋城市高级技工学校电的简介 电是一种自然现象，是一种能量。自然界闪电就是电的一种现象。电或电荷有两种，我们把一种叫做正电，另一种叫做负电。电是个一般性的术语，包括了许多种由于电荷的存在或移动而产生的现象，这其中有很多容易观测到的现象：如闪电、静电等等，还有一些比较生疏的概念，像电磁场、电磁感应等。 从古至今，很多学者对电的研究不断进步，到十七和十八世纪，才出现了一些在科学方面重要的发展和突破。在那时，科学家并没有找到什么电的实际用途。等到十九世纪末期，由于电机工程学的进步，把电带进了工业和家庭里面。 晋城市高级技工学校 当今社会是电力发展的黄金

2、时代，它的连绵不断的快速发展带给了工业和社会，难以形容、无法想像的巨大改变。做为能源的一种供给方式，电所具有的多重优点，意味着电的用途几乎是无可限量。例如，大众交通、取暖、照明、电讯、计算等等，都必须用电为主要能源。来到二十一世纪，现代工业社会的骨干仍旧依赖著电能源。在可看见的未来，电想必是绿色环保最重要的能源。晋城市高级技工学校电的重要性： 电的发现和应用极大的节省了人类的体力劳动和脑力劳动，使人类的力量长上了翅膀，使人类的信息触角不断延伸。电对人类生活的影响有两方面：能量的获取转化和传输，电子信息技术的基础。电的发现可以说是人类历史的革命，由它产生的动能每天都在源源不断的释放，人对电的需求

3、夸张的说其作用不亚于人类世界的氧气，如果没有电，人类的文明还会在黑暗中探索。晋城市高级技工学校 经过调查，男性身体比女性身体所能承受的电压要高出23倍。所以，为了保证电力工作的安全，在电力工作与电路维修中，男性员工要多于女性员工。包括在电器产业方面与高端电子产业方面，应当以男性员工为主。 虽然如此，维修电路时适当的防护是必不可少的，电工手套等设备都是为了增大电阻，减小通过人体的电流。同时，一些小技巧，如维修电路时背着左手都可减小触电的危险。晋城市高级技工学校 几种常见的电形式： 晋城市高级技工学校晋城市高级技工学校1.电路：电流流通的路径叫做电路。一、电路简介晋城市高级技工学校 作用：一、进行

4、能量的转换、传输和分配。 二、实现信息的传递和处理。晋城市高级技工学校 2.电流 电路中大量电荷的定向移动，形成了电流，电流和水流一样，有大小和方向性，正电荷移动方向即为电流方向，或者说电流从电源正极流向负极。 若电流的方向和大小恒定不变，则称其为稳恒电流，简称直流；用DC表示；若电流的大小和方向都随时间变化，则称为交变电流，简称交流，用AC表示。 电流的计算：电流的计算：I=U/R, I为电路中的电流值，R为电路中的总电阻，U为电路两端的电压。 电流的测量：电流的测量： （1）对交、直流电流应分别用交流电流表和交流电流表进行测量。 晋城市高级技工学校（2）电流表必须串接在电路中。（3）直流电

5、流表表壳接线柱上标明的正负记号，应和电路的极性相一致，不能错接，否则指针要反转，既影响正常测量，也容易损坏电表。（4）每个电流表都有一定的测量范围，称为电流表的量程。一般被测电流的数值在电流表的量程的一半以上，读书较为准确。因此在测量之前应先估计被测电流的大小，以便选择适当量程的电流表。若无法估计时，测量首先选用电流表最大量程，指针偏转不到1/3时，要改用较小档去测量，直到测得准确数值为止。晋城市高级技工学校常用电流表：常用电流表：晋城市高级技工学校晋城市高级技工学校 2.电压晋城市高级技工学校 因为存在水压，所以水会流动，由于电源的正负极间存在着电压，电路中便有正电荷由正极流向负极，从而驱动

6、用电设备工作。 电压：电压：指电场力将单位正电荷从a点移动到b点所做的功，成为a、b间的电压，用U表示，电压单位为伏特，简称伏，用V表示。 电压的测量：电压的测量： （1）对交、直流电压应分别采用交流电压表和直流电压表测量。 （2）电压表必须并联在被测电路的两端。 晋城市高级技工学校 （3）直流电压表表壳接线柱上注明的正负记号，应和被测两点间的电位相一致，即正接高，负接低，不能接错，否则指针要反转，会损坏电表。 （4）合理选择电压表量程，其方法和电流表相同。 常用电压表：常用电压表： 晋城市高级技工学校 3.电阻 当电流流过导体时，由于做定向运动的电荷会与导体内的带电粒子发生碰撞，所以导体在通

7、过电流的同时也对电流起着阻碍作用，这种对电流的阻碍作用称为电阻。导体的电阻通常用R表示，在各种电路中，经常用到一定阻值的元件-电阻器。 电阻单位的名称是欧姆，简称欧，用表示。比较大的单位还有千欧（K）、兆欧(M)。 导体的电阻是导体本身的一种性质，它的大小决定于导体的材料、长度和横截面积，可以按如下公式进行计算：晋城市高级技工学校 R=R=L/sL/s R电阻 导电率 L长度 s横截面积 例：有一条导线，电阻是8 ，如果将它对折起来作为一根导线，电阻值是多少？若果将它均匀拉伸，使它的长度变为原来的2倍，电阻值又是多少？ 晋城市高级技工学校物质物质电阻率电阻率 ( (m)m)电阻温度系数电阻温度

8、系数( (导体温度为导体温度为2020C)C)银1.591080.0038铜1.71080.0039金2.441080.0034铝2.821080.0039钨5.61080.0045黄铜81080.0015铁1.01070.005铂1.11070.00392铅2.21070.0039锰加宁4.821070.000002康铜4.91070汞9.81070.0009镍铬合金1.501060.0004碳3.5105-0.0005锗4.6101-0.048硅6.40102-0.075玻璃1010 至 1014无晋城市高级技工学校二、简单串并联电路1、串联电路的定义、串联电路的定义如左图所示，将两如左图

9、所示，将两只小灯泡顺次连接只小灯泡顺次连接在电路中，开关闭在电路中，开关闭合时，一只灯泡亮合时，一只灯泡亮的同时另一只灯泡的同时另一只灯泡也亮，像这样把元也亮，像这样把元件件顺次连接起来的顺次连接起来的电路电路叫做串联电路。叫做串联电路。实验演示：实验演示：晋城市高级技工学校实物图：实物图：电路图：电路图：晋城市高级技工学校（1 1）什么是的串联）什么是的串联? ?把几个导体元件依次把几个导体元件依次首尾相连首尾相连的方式的方式（2 2）串联电路电流特点）串联电路电流特点: :3210I0 = I1 = I2 = I3串联电路串联电路各处各处的电流相同的电流相同（3 3）串联电路电压特点：）串

10、联电路电压特点：0123晋城市高级技工学校各点的各点的电势电势与各点之间的与各点之间的电势差电势差有什么关系有什么关系? ?U01=01U12=12U23=23U03=03U03=U01+U12+U23比较电压关系比较电压关系? ?结论结论: :串联电路两端的总电压等于各部分电路串联电路两端的总电压等于各部分电路电压之和。电压之和。晋城市高级技工学校（3 3）串联电路电阻特点：）串联电路电阻特点：晋城市高级技工学校串联电路特点：串联电路特点：1）电流电流只有只有一条路径，通过一条路径，通过一个元件的电流同时也通过一个元件的电流同时也通过另一个另一个.2）电路中电路中只需要只需要一个开关，一个开

11、关，且开关的位置对电路没有且开关的位置对电路没有影响影响.晋城市高级技工学校串联电路知识结构方框图串联电路知识结构方框图 串串联联电电路路连接特点工作特点 开关的控制特点依次逐个相连，无分支.各用电器工作有关联：任意一个用电器不工作，其他用电器均停止工作.一只开关可控制各用电器工作，且与开关的位置无关.晋城市高级技工学校2、并联电路的定义、并联电路的定义SS1S2L1 如左图：把两只灯如左图：把两只灯泡并列地接在电路泡并列地接在电路中，并各自安装一中，并各自安装一个开关个开关.像这样把元像这样把元件并列地连接起来件并列地连接起来的电路，称并联电的电路，称并联电路路.晋城市高级技工学校实物图：实

12、物图：电路图：电路图：晋城市高级技工学校（1 1）什么是电路的并联：）什么是电路的并联：把几个元件的把几个元件的一端连在一起另一端也连一端连在一起另一端也连在一起在一起, ,然后把然后把两端接入电路两端接入电路的方式的方式（2 2）并联电路的电流）并联电路的电流: :0231并联电路的并联电路的总电流总电流等于各等于各支路支路的电流的电流之和，之和，I0 = I1 + I2 + I3晋城市高级技工学校（2 2）并联电路电压）并联电路电压: : 并联电路的并联电路的总电压与各支路的电压相等总电压与各支路的电压相等比较比较0 0、1 1、2 2、3 3点的点的电势电势关系关系? ?比较比较4 4、

13、5 5、6 6点的电势关系点的电势关系? ?比较电压关系比较电压关系? ?（3 3）并联电路的电阻特点）并联电路的电阻特点UR2R1II1I2121111nRRRR并联电路的总电阻的倒数等于各支路电阻的倒数之和并联电路的总电阻的倒数等于各支路电阻的倒数之和晋城市高级技工学校并联电路特点：并联电路特点：1）电流有两条（或多条）电流有两条（或多条） 路径路径.2）各元件可以独立工作）各元件可以独立工作.3）干路的开关控制整个干）干路的开关控制整个干 路，支路的开关只控路，支路的开关只控 制本支路制本支路.晋城市高级技工学校并联电路知识结构方框图并联电路知识结构方框图工作特点连接特点 开关的控制特点

14、某一条支路断开时，其他支路上的用电器照常工作.干路上的开关可以控制所有用电器，而支路上的开关只能控制所在支路上的用电器.各用电器（包括跟用电器相连的开关）各自接在电路两点之间.并联电路并联电路晋城市高级技工学校总结：串联电路： 通过电路中各处电流相等，各独立元件电压之和为总电压，电路具有分压作用。并联电路： 通过电路中各处电流不相等，总电流为各支路电流之和，总电阻小于任何一支路电阻，具有分流（限流）作用。晋城市高级技工学校三、欧姆定律内容内容:导体中的电流导体中的电流,跟导体两端的电压成正比跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻跟导体的电阻 成反比成反比.IRU RUI IUR 晋城市高级技工学

15、校为什么电压越高越危险为什么电压越高越危险晋城市高级技工学校由欧姆定律：由欧姆定律：I=U/R 当当R一定时：一定时：U增大，增大，I随着增大随着增大想一想：为什么高压线要架为什么高压线要架在高空？在高空？原来如此原来如此 人体的安全电压不高于人体的安全电压不高于36V，若人体接触，若人体接触到高压，通过人体的电流就会超过人体能承受到高压，通过人体的电流就会超过人体能承受的限度，造成生命的限度，造成生命危险危险。晋城市高级技工学校典例分析典例分析1:1:有一只小灯泡，正常工作时的电压是有一只小灯泡，正常工作时的电压是3.5V3.5V，其，其灯丝正常发光时的电阻是灯丝正常发光时的电阻是1010，

16、现在只有，现在只有6V6V的电源，要的电源，要使小灯泡正常发光，需要怎样连接一个多大的电阻？使小灯泡正常发光，需要怎样连接一个多大的电阻？ 答案: 7.14 晋城市高级技工学校典型分析2:一盏白炽电灯，电阻是484，接在220V的电源上，求通过电灯的电流。典型分析3:(2009平原)某照明灯额定电压是36V，正常发光时灯丝电阻为24，则照明灯的额定电流是_1.5_A。如果电源电压是48V，为使照明灯正常发光，可以在电路中串联一个阻值为_8_的电阻。答案：0.455A 晋城市高级技工学校 根据欧姆定律可知，由于导线的电阻很小，短路时电路中的电流会很大，这样大的电流，电源或其它用电器都不能承受，会

17、造成电源损坏，更为严重的是，因为电流太大，会使导线发热升温，严重时有可能引起火灾。因此，短路是绝不允许的。晋城市高级技工学校四、基尔霍夫定律基尔霍夫定律是分析计算电路的基本定律，又分为：晋城市高级技工学校术语电路中通过同一电流的每个分支称为。用b表示其数量。 +us1 i1R1i2i3R2R3 + us2 abcde图示电路有3条支路，2个节点，3个回路,2个网孔。电路中任一闭合的路径称为。3条或3条以上支路的连接点称为。用n表示其数量。不包含其它回路的独立回路称为，或。用l表示其数量。 且有右式成立：b=l+(n-1)晋城市高级技工学校（一）基尔霍夫电流定律（一）基尔霍夫电流定律（KCL）

18、在任一时刻，流入任一节点的电流之和必定等于从该节点流出的电流之和。出入ii 在任一时刻，通过任一节点电流的代数和恒等于零。0i可假定流入节点的电流为正，流出节点的电流为负；也可以作相反的假定。所有电流均为正。晋城市高级技工学校基尔霍夫电流定律的推广应用基尔霍夫电流定律的推广应用I =?广义结点广义结点I = 0IA + IB + IC = 0ABCIAIBIC2 +_+_I5 1 1 5 6V12V晋城市高级技工学校例：列出下图中各节点的KCL方程以上三式相加：以上三式相加： i1 i2i3 0 节点节点b i2i4i50节点节点c i3i5i60i4i2i6i5i3i1abc + us 解：

19、取流入为正解：取流入为正节点节点a i1i4i60晋城市高级技工学校（二）基尔霍夫电压定律（二）基尔霍夫电压定律（KVL） 在任一时刻，在任一回路上的电位升之和等于电位降之和。 在任一时刻，沿任一回路电压的代数和恒等于零。降升uu沿回路绕行,遇电位升取正号，遇电位降时取负号。所有电压均为正。所有电压均为正。0u晋城市高级技工学校选择绕行方向选择绕行方向电位升等于电位降电位升等于电位降 US1 + U2 = US2 + U1US1 + U2 US2 U1 0 在电路的任何一个回路中，沿同一方向绕行，同一瞬间电在电路的任何一个回路中，沿同一方向绕行，同一瞬间电压的代数和等于零。压的代数和等于零。即

20、：即：u = 0 ， 在直流电路中在直流电路中 U = 0 。KVL的一般运用：的一般运用：R3I3I1+_I2R2US2+_+_+_U1U2R1US1晋城市高级技工学校基尔霍夫电压定律的推广应用：基尔霍夫电压定律的推广应用：可将可将 KVL 推广应用于推广应用于任何一个假想闭合的任何一个假想闭合的一段电路一段电路 RI US U0 或或 RIUS UUS+_R+_UabI晋城市高级技工学校220，100，25分别表示什么含义？ 分别接入电路会有什么不同？五、电功率五、电功率晋城市高级技工学校电能表有时转的快？有时转的慢？为什么？说明了什么？ 电能表可以测量用电器一段时间内耗电的多少，还可以通过电能表转盘的转动快慢反映用电器用电的快慢。消耗电能多和消耗电能快是一个意思吗？ 物理学中引入一个新的物理量表示消耗电能的快慢-晋城市高级技工学校 电流做功的过程实际上就是电能转化为其他形式能量的过程，电流在一段电路上做功等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I和通电时间t三者的乘积，即W=UIt，因为U=IR，因此W= 电流在单位时间内(