电工基础 课件 模块1 电工基本概念

电工基础模块一电工基本概念

第二节

电位、电压、电动势

第一节

电荷、电流、电路

第三节

电场、电阻

第四节

电能、电功率思考：1、什么是电荷？2、什么是电流？第一节

电荷、电流、电路一、电荷物质由分子构成，在不受外力作用时，分子是做无规则的热运动的。分子由原子构成，原子由原子核与核外电子构成，而原子核又由质子和中子构成。每个质子带一个单位的正电荷，中子不带电，质子和中子的相对质量都为1。核外的每个电子带一个单位的负电荷，质量可忽略不计。

带电的最小粒子称电荷，电荷有正、负之分，其中，负电荷也称电子。一个电子或一个质子所带的电量是1.6x10-19库仑。金属导体中移动最活跃的是电子，而电子的移动则受到原子核束缚，即电子要克服原子核对它的束缚力之后才能自由移动。一般是以正电荷的移动方向作为电流的方向，而正、负电荷的移动方向相反，故金属导体中的电流方向与电子的移动方向相反。电荷间的相互作用是：同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引。二、电流

电荷有规则的定向移动形成电流。在金属导体中，电流是由自由电子在外电场作用下有规则运动形成的；在某些液体或气体中，电流是由阴离子或阳离子在电场力作用下有规则地运动形成的。

电流分直流和交流。大小和方向不随时间而变的电流称直流电，如图(a)所示，用“DC”或“—”表示直流；大小随时间而变，但方向不随时间而变的电流则称脉动直流电，如图(b)所示；大小和方向都随时间而变的电流称交流电，如图(c)所示，用“AC”或“～”表示交流。（a）直流电流（b）脉动直流电流（c）交流电流

式中，时间t的单位是：秒(s)，比秒大的单位有分钟(min)、小时(h)等，且有：1小时=60分钟，1分钟=60秒。

电量Ｑ(或q)的单位是：库仑(c)，简称库。

电流强度Ｉ的单位是：安培(A)，简称安。比安培大的单位有千安(KA)；比安培小的单位有毫安(mA)与微安(μA)。千安、安、毫安、微安每一级的进率是千进。即：1千安(KA)=1000安(A)；1安(A)=1000毫安(mA)；1毫安(mA)=1000微安(μA)1、电流方向

以正电荷移动的方向作为电流的方向。但在金属导体中移动最活跃的是电子，而电子的移动方向与正电荷的移动方向相反。

在分析与计算电路时，当无法确定电路中电流的真实方向时，可设定一个电流参考方向，并用箭头在图中标注出来。如果计算结果的电流为正值，则电流的真实方向与参考方向一致，如图1-2(a)所示；如果计算结果的电流为负值，则电流的真实方向与参考方向相反，如图1-2(b)所示。如果不规定电流的参考方向，则电流的正、负号是无意义的。

图1-2电流的方向1、形成电流的条件

要具备自由移动的电荷、一定的电压和闭合的电路这三个条件，才能形成电流。要有电流，这三个条件缺一不可。如断开手电筒开关，小灯泡不亮，此时手电筒内有电池，有电池则有一定的电压和自由移动的电荷，但因开关断开而使电路不闭合，故无电流，如图1-3所示；或电池用久了，电压不够大，小灯泡也不能发亮；或手电筒内部生锈而不导电，小灯泡也不能发亮。图1-3电路的构成示意图三、电路1、电路的构成一个最简单的电路由电源、用电器、导线和开关构成，如图1-3所示。其中，用电器也称负载。

电源：将其他形式的能转变成电能的装置称电源。常用的直流电源有1.5伏或9伏的干电池、12伏或24伏的蓄电池、直流发电机等

用电器：是将电能转变成其他形式的能的装置，是耗能元件，如灯泡、直流电动机等。

导线：将电源和用电器连接起来的金属导线，是将电能由电源输送给用电器。常用的导线有铝线和铜线，但因铝线易断且会产生氧化铝而阻碍电流的流通，故少用铝线。

开关：控制电路接通或断开的装置。在照明线路中常用的开关有单控开关、双联开关、多控开关、空气开关、闸刀开关等图1-3

电路的构成示意图2、电路图用规定的电气图形符号、文字符号来表示电路连接情况的图，称为电路原理图，简称电路图。如图1-6所示：图1-6电路原理示意图常用元器件和电工仪表的名称及图形符号3、电路的工作状态电路有如下三种工作状态：（1）通路：处处连通的闭合回路，也称闭路。如图1-6中的开关K闭合，则为通路，此时有电流通过电路中的灯泡，从而使灯泡发亮。（2）断路：有某处断开的电路，也称开路。如图1-6中的开关K断开，则为断路，此时电源两端有电压，但电路中无电流，灯泡不亮。（3）短路：电流没有经过用电器，而是由导线直接构成回路。如图1-6所示，如果用导线直接将开关的左端与灯炮的右端连接起来则为短路，此时电流不经过灯泡，而直接由电源的正极流回负极。短路时电流相当大，很容易引起火灾。我们要尽量避免线路发生短路，常用的预防短路的措施是安装熔断器(保险丝)或低压断路器(空气开关)。第二节电位、电压、电动势一、电位1.电位的大小

电荷在电路中某点所具有的能量称电位，也称电势。将电荷从电路中的某点移送到参考点(即零电位点)所做的功(W)，跟被移送的电量(q)的比值称为该点的电位，电位用V表示，即

式中，W、q、V的单位分别是：焦耳、库仑、伏特。

参考电位点原则上是可以任意选定的，但我们一般选大地、机壳、多条支路的交叉点等作为参考点。电路中某点的电位，就是该点与参考点之间的电压。如图1-7所示，标出了A、B、C、O四点，选择的参考点不同，则各点的电位也不同。图1-7

电位与参考点关系(1)选O点为参考点，则VO=0，A、B、C各点的电位就是各点与O点之间的电压，即:

VA=UAO，VB=UBO，VC=UC0

(2)选B点为参考点，则VB=0，A、C、O各点的电位就是各点与B点之间的电压，即：VA=UAB，VC=UCB，VO=UOB

由此可知，一个电路只能选择一个参考点，否则无法比较各点的电位。2.电位的方向

电位只有大小，没有方向。电位就像我们平常所说的地势一样，地势的高低是以水平面作为参考面来比较的，而电位则是以设定的某点作为零电位点来比较的。3.电位与电压的关系

电路中某两点的电位之差，称为这两点间的电压。如a点的电位为Va，b点的电位为Vb，则a、b二点间的电压为Uab=Va－Vb。1.电压的形成

对干电池而言，其正极聚集正电荷，负极聚集负电荷，则正、负极之间就形成了一定的电压。两极聚集的电荷数越多，两极间的电压则越大。2.电压的大小

干电池的正极(a点)与负极(b点)之间的电压(Uab)，在数值上等于电场力把正电荷由正极移送到负极所做的功(Wab)与被移送的电荷量(q)的比值。即

式中，Wab、q、Uab的单位分别为：焦耳、库仑、伏特。电压是衡量电场力做功本领大小的物理量。

电压的单位是：伏特(V)，简称伏。比伏特小的单位有毫伏(mV)和微伏(μV)，比伏特大的单位有千伏(KV)。千伏、伏特、毫伏、微伏等单位每一级的进率是一千进。即：1千伏(KV)=1000伏(V)；1伏(V)=1000毫伏(mV)；1毫伏(mV)=1000微伏(μV)。

电路中某两点之间的电压，等于这两点的电位之差。如：UAB=VA-VB，UBA=VB-VA。

电位如同地势，其大小与参考点的选择有关；电压如同高度，其大小与参考点的选择无关。

安全电压等级有：42V、36V、24V、12V和6V。

一般情况下，安全电压是指36V以下的电压。在潮湿的遂道、金属管道内，应使用12V以下的安全电压。3.电压方向

电压的方向是从高电位指向低电位，俗称电压降。如干电池向外提供的端电压，其电压方向是由电源的正极指向电源的负极。二、电动势1.电动势的大小

在电源内部，电源力把单位正电荷从电源的负极经电源内部移送到正极所做的功，称电源电动势，用E表示。如果被移送的电量为q库仑，所做的功为W焦耳，则电源的电动势为：

式中，W、q、E的单位分别为：焦耳、库仑、伏特。2.电动势的方向

直流电源电动势的方向是由电源的负极经电源内部指向电源的正极，即由低电位指向高电位，故电动势的方向与电压的方向刚好相反。第三节

电场、电阻一、电场带电体周围的空间或变化磁场周围的空间里存在的具有力和能量的特殊物质称电场。电场对放入其中的电荷有作用力；当电荷在电场中移动时，电场力对电荷做功。电荷间的作用力总是通过电场进行的。二、电阻

1.电阻的定义导体内部对电流的阻碍作用称为电阻。我们所说的导体，一般是指金属导体。金属导体内部有大量活跃移动的负电荷，在移动过程中会与正电荷频繁碰撞，从而阻碍其移动，这种阻碍作用就称电阻。电阻只有大小，没有方向。

2.常见电阻器

电阻器是一种较常见、应用较广泛的电子元器件之一，也是汽车电气电子设备中用得最多的基本元件之一，主要用于控制和调节电路中的电流和电压，或用做消耗电能的负载。

常见的电阻器可分为固定电阻器、可变电阻器和敏感电阻器等。电阻器的主要参数有标称阻值、允许误差和额定功率。3.电阻定律

金属导体的电阻跟导体的材料、长度、粗细、温度等有关。在温度保持不变(200C)时，一定材料制成的导体的电阻，跟它的长度成正比，跟它的横截面积成反比。即

一般情况下，金属导体的电阻随温度的升高而变大。如白炽灯的灯丝是用钨丝制成的，灯丝发光时的温度约为2000℃，钨的电阻随温度的升高而增大，温度升高1℃，电阻约增大0.5%，所以，灯丝正常发光时的电阻比常温时的电阻大得多。

材料的电阻率用ρ表示，单位是欧姆.米(Ω·m)；长度用L表示，单位是米(m)；粗细是指导体的横截面积，用s表示，单位是平方毫米(mm2)；电阻用R表示，单位是欧姆(Ω)，简称欧。比欧姆(Ω)大的单位有：千欧(KΩ)，兆欧(MΩ)。兆欧、千欧、欧姆等单位每一级的进率是一千进。即：1兆欧(MΩ)=1000千欧(KΩ)；

1千欧(KΩ)=1000欧(Ω)。第四节电能、电功率一、电能1.电能的定义

电以各种形式做功的能力称电能，也称电功。有直流电能、交流电能、高频电能等，这几种电能可相互转换。我们日常生活中使用的电能，主要由水能、热能、风能、太阳能、核能等转换而来。电流做功的过程，就是将电能转变成其它形式的能的过程，如电流通过电炉，是将电能转变成热能。电能用W表示，单位是焦耳(J)。2.电能的大小

电流通过导体所做的功，跟导体两端的电压、通过导体的电流、通电时间三者都成正比。即：

式中，U、I、t、W分别表示电压、电流、通电时间、电功，它们的单位分别为：伏、安、秒、焦耳。其中，时间的单位有：小时(h)；分钟(min)；秒(s)等。电能的常用单位是度，也称千瓦时(Kwh)。1千瓦时(度)的电能可供一只1千瓦的白炽灯正常工作1小时。故有1度=1千瓦×1小时=1000瓦×3600秒=3.6×106焦耳二、电功率1.电功率定义

电功率是描述电流做功快慢的物理量。

电流在单位时间内所做的功称电功率。如果电流在t秒内所做的功为W焦耳，则其电功率为：

电功率用P表示，单位是瓦特(w)，简称瓦。比瓦特大的单位有千瓦(kw)，两者的进率为一千进，即:1千瓦(Kw)=1000瓦(w).2.电功率大小因