電工基礎(chǔ)知識(shí)入門

目錄第一章直流電路511電學(xué)的基本物理量5一、電量5二、電流5三、電壓6四、電動(dòng)勢(shì)、電源7五、電阻7六、電功、電功率8七、電流的熱效應(yīng)1012電路11一、電路的組成和作用11二、電路圖11三、電路的三種狀態(tài)1213歐姆定律12一、一段電阻電路的歐姆定律12二、全電路歐姆定律1314電阻的串聯(lián)、并聯(lián)電路14一、電阻的串聯(lián)電路14二、電阻的并聯(lián)電路1615電工測(cè)量基本知識(shí)17一、萬用表的外形及基本組成18二、萬用表的使用步驟20三、萬用表的使用注意事項(xiàng)20習(xí)題20第二章電磁的基本知識(shí)2221磁的基本知識(shí)22一、磁現(xiàn)象22二、磁場(chǎng)、磁感應(yīng)線22三、磁通、磁感應(yīng)強(qiáng)度23四、磁導(dǎo)率2422電流的磁場(chǎng)25一、通電直導(dǎo)線的磁場(chǎng)25二、通電螺線管的磁場(chǎng)25三、磁場(chǎng)對(duì)載流直導(dǎo)線的作用26四、磁場(chǎng)對(duì)通電線圈的作用2723電磁感應(yīng)27一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象27二、法拉第定律29三、楞次定律29四、電磁感應(yīng)定律3124自感、互感31一、自感31二、互感32習(xí)題33第三章正弦交流電路3431正弦交流電的產(chǎn)生35一、正弦交流電的特點(diǎn)種35二、正弦交流電的產(chǎn)生3532正弦交流電的三要素37一、周期、頻率、角頻率37二、瞬時(shí)值、最大值、有效值38三、相位、初相和相位差3933正弦交流電的表示法40一、三角函數(shù)式法41一、純電阻電路42二、純電感電路42三、純電容電路4435三相交流電路46一、三相電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生46二、三相電源繞組的聯(lián)結(jié)47三、三相交流電路負(fù)載的聯(lián)結(jié)4836常用電氣照明電路50一、白熾燈照明電路50二、節(jié)能燈照明電路51三、日光燈照明電路51習(xí)題52第四章變壓器與三相異步電動(dòng)機(jī)5441變壓器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理54一、變壓器的基本結(jié)構(gòu)55二、變壓器的工作原理56三、幾種常見變壓器58四、變壓器的主要技術(shù)數(shù)據(jù)59五、變壓器的使用要點(diǎn)6042三相異步電動(dòng)機(jī)的用途和結(jié)構(gòu)60一、電動(dòng)機(jī)概述60二、三相籠式異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)6143三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理62一、演示實(shí)驗(yàn)62二、定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生62三、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子的作用6443三相異步電動(dòng)機(jī)的使用65一、啟動(dòng)65二、反轉(zhuǎn)66三、制動(dòng)66四、三相籠式異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)67五、三相異步電動(dòng)機(jī)使用要點(diǎn)6845單相異步電動(dòng)機(jī)69第五章簡(jiǎn)單機(jī)床電路7151常用低壓電器72一、開關(guān)72二、接觸器75三、熱繼電器76四、熔斷器7652機(jī)床的幾種控制線路78一、點(diǎn)動(dòng)控制線路78二、看懂機(jī)床控制線路的基本要領(lǐng)78三、接觸器自鎖控制線路79四、接觸器聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制線路81五、C6201型車床控制線路83習(xí)題84第六章安全用電8561觸電85一、觸電事故85二、觸電原因及方式8662安全用電措施87一、常用安全用電措施87二、電氣設(shè)備的保護(hù)接地和保護(hù)接零88三、安全用電十不準(zhǔn)8963電氣事故及緊急處理90一、觸電急救90二、對(duì)電氣設(shè)備做好監(jiān)護(hù)90三、電火警的緊急處理91四、防雷擊的安全措施91習(xí)題92第一章直流電路本章學(xué)習(xí)要點(diǎn)1熟悉電流、電壓、電阻、電功率、電功等常用的物理量；2了解常用電氣元件的電路符號(hào)，能夠看懂電路圖的連接關(guān)系；3熟練掌握歐姆定律的兩種形式，明確U，J，R，E，R之間的關(guān)系；4準(zhǔn)確辨識(shí)簡(jiǎn)單電路電阻的串、并聯(lián)關(guān)系，掌握兩種連接形式中每個(gè)元件上電壓、電流與總電壓、總電流的關(guān)系。現(xiàn)實(shí)生活中，我們經(jīng)常聽到或說起很多有關(guān)電方面的名詞、術(shù)語，也經(jīng)常有很多用電方面的困惑。這些名詞、術(shù)語究竟是怎樣定義的它們之間有什么關(guān)系是什么因素導(dǎo)致電壓的高低、電流的大小為什么會(huì)發(fā)生由用電引發(fā)的火災(zāi)為什么家里幾個(gè)月沒人住，還會(huì)產(chǎn)生電費(fèi)很多經(jīng)常聽到的，看似簡(jiǎn)單，又不容易說清的問題，通過本章的學(xué)習(xí)都會(huì)有明確的答案。11電學(xué)的基本物理量一、電量自然界中的一切物質(zhì)都是由分子組成的，分子又是由原子組成的，而原子是由帶正電荷的原子核和一定數(shù)量帶負(fù)電荷的電子組成的。在通常情況下，原子核所帶的正電荷數(shù)等于核外電子所帶的負(fù)電荷數(shù)，原子對(duì)外不顯電性。但是，用一些辦法，可使某種物體上的電子轉(zhuǎn)移到另外一種物體上。失去電子的物體帶正電荷，得到電子的物體帶負(fù)電荷。物體失去或得到的電子數(shù)量越多，則物體所帶的正、負(fù)電荷的數(shù)量也越多。物體所帶電荷數(shù)量的多少用電量來表示。電量是一個(gè)物理量，它的單位是庫(kù)侖，用字母C表示。1C的電量相當(dāng)于物體失去或得到6251018個(gè)電子所帶的電量。二、電流電荷的定向移動(dòng)形成電流。電流有大小，有方向。1電流的方向1、人們規(guī)定正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较?。金屬?dǎo)體中，電流是電子在導(dǎo)體內(nèi)電場(chǎng)的作用下定向移動(dòng)的結(jié)果，電子流的方向是負(fù)電荷的移動(dòng)方向，與正電荷的移動(dòng)方向相反，所以金屬導(dǎo)體中電流的方向與電子流的方向相反，如圖11所示。2電流的大小電學(xué)中用電流強(qiáng)度來衡量電流的大小。電流強(qiáng)度就是L秒鐘通過導(dǎo)體截面的電量。電流強(qiáng)度用字母表示，計(jì)算公式如下IQIT式中I電流強(qiáng)度，單位安培A；在T秒時(shí)間內(nèi)，通過導(dǎo)體截面的電量數(shù)，單位庫(kù)侖C；Q時(shí)間，單位秒S。T實(shí)際使用時(shí)，人們把電流強(qiáng)度簡(jiǎn)稱為電流。電流的單位是安培，簡(jiǎn)稱安，用字母A表示。如果1秒內(nèi)通過導(dǎo)體截面的電量為1庫(kù)侖，則該電流的電流強(qiáng)度為1安培，習(xí)慣簡(jiǎn)稱電流為1安。實(shí)際應(yīng)用中，除單位安培外，還有千安、毫安和微安。它們KAM之間的關(guān)系為3KA01M3三、電壓為了弄清楚電荷在導(dǎo)體中定向移動(dòng)而形成電流的原因，我們對(duì)照?qǐng)D12A水流的形成來理解這個(gè)問題。從圖12A可以看到外水由一A槽經(jīng)C管向8槽流去。水之所以能在C管中進(jìn)行定向移動(dòng)，是由于A槽水位高，B槽水位低所致A，B兩槽之間的水位差即水壓，是實(shí)現(xiàn)水形成水流的原因。與此相似，當(dāng)圖12B中的開關(guān)S閉合后，電路里就有電流。這是因?yàn)殡娫吹恼龢O電位高，負(fù)極電位低。兩個(gè)極間電位差電壓使正電荷從正極出發(fā)，經(jīng)過負(fù)載R移向負(fù)極形成電流。所以，電壓是自由電荷發(fā)生定向移動(dòng)形成電流的原因。在電路中電場(chǎng)力把單位正電荷由高電位A點(diǎn)移向低電位B點(diǎn)所做的功稱為兩點(diǎn)間的電壓，用ABU表示。所以電壓是A與B兩點(diǎn)間的電位差，它是衡量電場(chǎng)力做功本領(lǐng)大小的物理量。電壓用字母U表示，單位為伏特，電場(chǎng)力將1庫(kù)侖電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)所做的功為1焦耳，則AB間的電壓值就是1伏特，簡(jiǎn)稱伏，用字母V表示。常用的電壓?jiǎn)挝贿€有千伏KV，毫伏MV等。它們之間的關(guān)系為1KVV30LVMV電壓與電流相似，不但有大小，而且有方向。對(duì)于負(fù)載來說，電流流人端為正端，電流流出端為負(fù)端。電壓的方向是由正端指向負(fù)端，也就是說負(fù)載中電壓實(shí)際方向與電流方向一致。在電路圖中，用帶箭頭的細(xì)實(shí)線表示電壓的方向。四、電動(dòng)勢(shì)、電源在圖12A中，為使水在C管中持續(xù)不斷地流動(dòng)，必須用水泵把B槽中的水不斷地泵入A槽，以維持兩槽間的固定水位差，也就是要保證C管兩端有一定的水壓。在圖12B中，電源與水泵的作用相似，它把正電荷由電源的負(fù)極移到正極，以維持正、負(fù)極間的電位差，即電路中有一定的電壓使正電荷在電路中持續(xù)不斷地流動(dòng)。電源是利用非電力把正電荷由負(fù)極移到正極的，它在電路中將其他形式能轉(zhuǎn)換成電能。電動(dòng)勢(shì)就是衡量電源能量轉(zhuǎn)換本領(lǐng)的物理量，用字母E表示，它的單位也是伏特，簡(jiǎn)稱伏，用字母V表示。電源的電動(dòng)勢(shì)只存在于電源內(nèi)部。人們規(guī)定電動(dòng)勢(shì)的方向在電源內(nèi)部由負(fù)極指向正極。在電路中也用帶箭頭的細(xì)實(shí)線表示電動(dòng)勢(shì)的方向，如圖12B所示。當(dāng)電源兩端不接負(fù)載時(shí)，電源的開路電壓等于電源的電動(dòng)勢(shì)，但二者方向相反。生活中用測(cè)量電源端電壓的辦法，來判斷電源的狀態(tài)。比如測(cè)得工作電路中兩節(jié)5號(hào)電池的端電壓為28V，則說明電池電量比較充足。五、電阻一般來說，導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用稱為電阻，用字母R表示。電阻的單位為歐姆，簡(jiǎn)稱歐，用字母表示。如果導(dǎo)體兩端的電壓為1伏，通過的電流為1安，則該導(dǎo)體的電阻就是1歐。常用的電阻單位還有千歐K、兆歐M。它們之間的關(guān)系為1K301MK應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)指出電阻是導(dǎo)體中客觀存在的，它與導(dǎo)體兩端電壓變化情況無關(guān)，即使沒有電壓，導(dǎo)體中仍然有電阻存在。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)溫度一定時(shí)，導(dǎo)體電阻只與材料及導(dǎo)體的幾何尺寸有關(guān)。對(duì)于二根材質(zhì)均勻、長(zhǎng)度為L(zhǎng)、截面積為S的導(dǎo)體而言，其電阻大小可用下式表示RS式中導(dǎo)體電阻，單位為歐；R導(dǎo)體長(zhǎng)度，單位為米M；L導(dǎo)體截面積，單位為平方毫米；S2M電阻率，單位為歐米M。式中電阻率是與材料性質(zhì)有關(guān)的物理量。電阻率的大小等于長(zhǎng)度為1M，截面積為1的導(dǎo)體在一定溫度下的電阻值，其單位為歐米M。例如，銅的電阻率為172MM，就是指長(zhǎng)為1M，截面積為1MMZ的銅線的電阻是17。幾種常用材810810料在20時(shí)的電阻率見表11。C從表中可知，銅和鋁的電阻率較小，是應(yīng)用極為廣泛的導(dǎo)電材料。以前，由于我國(guó)鋁的礦藏量豐富，價(jià)格低廉，常用鋁線作輸電線。由于銅線有更好的電氣特性，如強(qiáng)度高、電阻率小，現(xiàn)在銅制線材被更廣泛應(yīng)用。電動(dòng)機(jī)、變壓器的繞組一般都用銅材。表11幾種常用材料在20時(shí)的電阻率材料名稱電阻率M銀16810銅17鋁298鎢5310鐵107康銅50錳銅44710鋁鉻鐵電阻絲126六、電功、電功率電流通過用電器時(shí)，用電器就將電能轉(zhuǎn)換成其他形式的能，如熱能、光能和機(jī)械能等。我們把電能轉(zhuǎn)換成其他形式的能叫做電流做功，簡(jiǎn)稱電功，用字母W表示。電流通過用電器所做的功與用電器的端電壓、流過的電流、所用的時(shí)間和電阻有以下的關(guān)系2WUITRT如果公式13中，電壓?jiǎn)挝粸榉娏鲉挝粸榘?，電阻單位為歐，時(shí)間單位為秒，則電功單位就是焦耳，簡(jiǎn)稱焦，用字母J表示。電流在單位時(shí)間內(nèi)通過用電器所做的功稱為電功率，用字母P表示。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為WPT將公式13代入公式14后得到22URPI若在公式14中，電功單位為焦耳，時(shí)間單位為秒，則電功率的單位就是焦耳/秒。焦耳/秒又叫瓦特，簡(jiǎn)稱瓦，用字母W表示。在實(shí)際工作中，常用的電功率單位還有千瓦KW、毫瓦M(jìn)W等。它們之間的關(guān)系為1KWW3101WMW從公式15中可以得出如下結(jié)論1當(dāng)用電器的電阻一定時(shí)，電功率與電流平方或電壓平方成正比。若通過用電器的電流是原來電流的2倍，則電功率就是原功率的4倍；若加在用電器兩端電壓是原電壓的2倍,則電功率就是原功率的4倍。2當(dāng)流過用電器的電流一定時(shí)，電功率與電阻值成正比。對(duì)于串聯(lián)電阻電路，流經(jīng)各個(gè)電阻的電流是相同的，則串聯(lián)電阻的總功率與各個(gè)電阻的電阻值的和成正比。3當(dāng)加在用電器兩端的電壓一定時(shí)，電功率與電阻值成反比。對(duì)于并聯(lián)電阻電路，各個(gè)電阻兩端電壓相等，則各個(gè)電阻的電功率與各電阻的阻值成反比。在實(shí)際工作中，電功的單位常用千瓦小時(shí)KWH，也叫“度”。1千瓦小時(shí)是1度，它表示功率為1千瓦的用電器1小時(shí)所消耗的電能，即1KWH1KW1H36J610例題1一臺(tái)42英寸1英寸254厘米等離子電視機(jī)的功率約為300W，平均每天開機(jī)3小時(shí)，若每度電費(fèi)為人民幣048元，問一年以365天計(jì)算要交納多少電費(fèi)解電視機(jī)的功率P300W03KW電視機(jī)一年開機(jī)的時(shí)間T33651095H電視機(jī)一年消耗的電能WPT0310953285KWH一年的電費(fèi)為328504815768元想一想現(xiàn)在的電氣在不工作時(shí)經(jīng)常是通電的，待機(jī)狀態(tài)，此時(shí)的功耗很低，一般不超過10W計(jì)算時(shí)可以估算為5W，假定家中有空調(diào)、電視機(jī)、DVD播放器、家庭影院功放、計(jì)算機(jī)主機(jī)、計(jì)算機(jī)顯示器，如果這些電氣長(zhǎng)期處在待機(jī)狀態(tài)，它們一年要消耗多少電費(fèi)有沒有其他問題七、電流的熱效應(yīng)電流通過導(dǎo)體使導(dǎo)體發(fā)熱的現(xiàn)象叫做電流的熱效應(yīng)。電流的熱效應(yīng)是電流通過導(dǎo)體時(shí)電能轉(zhuǎn)換成熱能的效應(yīng)。電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量，用焦耳一楞次定律表示如下2QIRT式中熱量，單位焦耳J；Q通過導(dǎo)體的電流，單位安培A；I導(dǎo)體電阻，一單位歐姆；R導(dǎo)體通過電流的時(shí)間，單位秒ST焦耳一楞次定律的物理意義是電流通過導(dǎo)體所產(chǎn)生的熱量，與電流強(qiáng)度的平方、導(dǎo)體的電阻及通電時(shí)間成正比。在生產(chǎn)和生活中，應(yīng)用電流熱效應(yīng)制作各種電氣。如白熾燈、電烙鐵、電烤箱、熔斷器等在工廠中最為常見；電吹風(fēng)、電褥子等常用于家庭中。但是電流的熱效應(yīng)也有其不利的一面，如電流的熱效應(yīng)能使電路中不需要發(fā)熱的地方如導(dǎo)線發(fā)熱，導(dǎo)致絕緣材料老化，甚至燒毀設(shè)備，導(dǎo)致火災(zāi)，是一種不容忽視的潛在禍因。例題2已知當(dāng)一臺(tái)電烤箱的電阻絲流過5A電流時(shí)，每分鐘可放出12J的熱量，610求這臺(tái)電烤箱的電功率及電阻絲工作時(shí)的電阻值。解根據(jù)公式14，電烤箱的電功率為6120KWWQPT電阻絲工作時(shí)電阻值為2085RI12電路一、電路的組成和作用電流所流過的路徑稱為電路。它是由電源、負(fù)載、開關(guān)和連接導(dǎo)線等4個(gè)基本部分組成的，如圖13所示。電源是把非電能轉(zhuǎn)換成電能并向外提供電能的裝置。常見的電源有干電池、蓄電池和發(fā)電機(jī)等。負(fù)載是電路中用電器的總稱，它將電能轉(zhuǎn)換成其他形式的能。如電燈把電能轉(zhuǎn)換成光能；電烙鐵把電能轉(zhuǎn)換成熱能；電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。開關(guān)屬于控制電器，用于控制電路的接通或斷開。連接導(dǎo)線將電源和負(fù)載連接起來，擔(dān)負(fù)著電能的傳輸和分配的任務(wù)。電路電流方向是由電源正極經(jīng)負(fù)載流到電源負(fù)極，在電源內(nèi)部，電流由負(fù)極流向正極，形成一個(gè)閉合通路。二、電路圖在設(shè)計(jì)、安裝或維修各種實(shí)際電路時(shí)，經(jīng)常要畫出表示電路連接情況的圖。如果是畫如圖13所示的實(shí)物連接圖，雖然直觀，但很麻煩。所以很少畫實(shí)物圖，而是畫電路圖。所謂電路圖就是用國(guó)家統(tǒng)一規(guī)定的符號(hào)，來表示電路連接情況的圖。表12是幾種常用的電工符號(hào)。圖14是圖13的電路圖。表12幾種常用的電工符號(hào)名稱符號(hào)名稱符號(hào)電池電流表導(dǎo)線電壓表開關(guān)熔斷器電阻電容照明燈接地三、電路的三種狀態(tài)電路有三種狀態(tài)即通路、開路、短路。通路是指電路處處接通。通路也稱為閉合電路，簡(jiǎn)稱閉路。只有在通路的情況下，電路才有正常的工作電流開路是電路中某處斷開，沒有形成通路的電路。開路也稱為斷路，此時(shí)電路中沒有電流；短路是指電源或負(fù)載兩端被導(dǎo)線連接在一起，分別稱為電源短路或負(fù)載短路。電源短路時(shí)電源提供的電流要比通路時(shí)提供的電流大很多倍，通常是有害的，也是非常危險(xiǎn)的，所以一般不允許電源短路。13歐姆定律一、一段電阻電路的歐姆定律所謂一段電阻電路是指不包括電源在內(nèi)的外電路，如圖15所示。實(shí)驗(yàn)證明，二段電阻電路歐姆定律的內(nèi)容是，流過導(dǎo)體的電流強(qiáng)度與這段導(dǎo)體兩端的電壓成正比；與這殷導(dǎo)體的電阻成反比。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為UIR式中導(dǎo)體中的電流，A；I導(dǎo)體兩端的電壓，V；U導(dǎo)體的電阻，。R在公式（17中，已知其中兩個(gè)量，就可以求出第三個(gè)未知量；公式17又可寫成另外兩種形式1已知電流、電阻，求電壓UIR2已知電壓、電流，求電阻I例題3一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組在220V電壓作用下，通過繞組的電流為0427A，求繞組的電阻。解已知電壓U220V，電流I0427A，由公式19得205147URI二、全電路歐姆定律全電路是指含有電源的閉合電路。全電路是由各段電路連接成的閉合電路。如圖16所示，電路包括電源內(nèi)部電路和電源外部電路，電源內(nèi)部電路簡(jiǎn)稱內(nèi)電路，電源外部電路簡(jiǎn)稱外電路。在全電路中，電源電動(dòng)勢(shì)E、電源內(nèi)電阻R、外電路電阻R和電路電流I之商的關(guān)系為IRR式中電路中的電流，A；I電源電動(dòng)勢(shì)，V；E外電路電阻，；R內(nèi)電路電阻，。R公式110是全電路歐姆定律。定律說明電路中的電流強(qiáng)度與電源電動(dòng)勢(shì)成正比，E與整個(gè)電路的電阻（）成反比。R將公式110變換后得到EIRRUI式中外電路電壓；U內(nèi)電路電壓。IR外電路電壓是指電路接通時(shí)電源兩端的電壓，又叫做路端電壓，簡(jiǎn)稱端電壓。這樣，公式111的含義又可敘述為電源電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于閉合回路的各部分電壓之和。根據(jù)全電路歐姆定律研究全電路處于三種狀態(tài)時(shí)，全電路中電壓與電流的關(guān)系是1當(dāng)全電路處于通路狀態(tài)時(shí)，由公式111可以得出端電壓為UEIR由公式可知，隨著電流的增大，外電路電壓也隨之減小。電源內(nèi)阻越大，外電路電壓減小得越多。在直流負(fù)載時(shí)需要恒定電壓供電，所以總是希望電源內(nèi)阻越小越好。2當(dāng)全電路處于斷路狀態(tài)時(shí)，相當(dāng)于外電路電阻值趨于無窮大，此時(shí)電路電流為零，開路內(nèi)電路電阻電壓為零，外電路電壓等于電源電動(dòng)勢(shì)。3當(dāng)全電路處于短路狀態(tài)時(shí)，外電路電阻值趨近于零，此時(shí)電路電流叫短路電流。由于電源內(nèi)阻很小，所以短路電流很大。短路時(shí)外電路電壓為零，內(nèi)電路電阻電壓等于電源電動(dòng)勢(shì)。全電路處于三種狀態(tài)時(shí)，電路中電壓與電流的關(guān)系見表13。表13電路中電壓與電流的關(guān)系電路狀態(tài)負(fù)載電阻電路電流外電路電壓通路常數(shù)REIRRUEIR開路0短路0IR0通常電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻在短時(shí)間內(nèi)基本不變，且電源內(nèi)阻又非常小，所以可近似認(rèn)為電源的端電壓等于電源電動(dòng)勢(shì)。今后不特別指出電源內(nèi)阻時(shí)，就表示其阻值很小忽略不計(jì)。但對(duì)于電池來說，其內(nèi)阻隨電池使用時(shí)間延長(zhǎng)而增大。如果電池內(nèi)阻增大到一定值時(shí)，電池的電動(dòng)勢(shì)就不能使負(fù)載正常工作了。如舊電池開路時(shí)兩端的電壓并不低，但裝在收音機(jī)里，卻不能使收音機(jī)發(fā)聲，這是由于電池內(nèi)阻增大所致。例題4如圖1一6所示的電路。電源電動(dòng)勢(shì)24V，電源內(nèi)阻4，負(fù)載電阻ER20。求電路中的電流，電源的端電壓，負(fù)載電壓和電源內(nèi)阻電壓。R解根據(jù)公式110，電路中的電流241A0EIRR由公式1一11，電路中電源的端電壓24VUI根據(jù)公式18，電路中的負(fù)載電壓10IR根據(jù)公式1一8，電路中電源內(nèi)阻的電壓14VRUI14電阻的串聯(lián)、并聯(lián)電路一、電阻的串聯(lián)電路在一段電路上，將幾個(gè)電阻的首尾依次相連所構(gòu)成的一個(gè)沒有分支的電路，叫做電阻的串聯(lián)電路。如圖17A所示是電阻的串聯(lián)電路。圖17B是圖17A的等效電路。電阻的串聯(lián)電路有以下特點(diǎn)1串聯(lián)電路中流過各個(gè)電阻的電流都相等，即123IINI2串聯(lián)電路兩端的總電壓等于各個(gè)電阻兩端的電壓之和，即12UN3串聯(lián)電路的總電阻即等效電阻等于各串聯(lián)的電阻之和，即12RNR根據(jù)歐姆定律得出，可以得出1UI2IUI12或者1UR2此公式表明，在串聯(lián)電路中，龜阻的阻值越大，這個(gè)電阻所分配到的電壓越大；反之，電壓越小，即電阻上的電壓分配與電阻的阻值成正比。這個(gè)理論是電阻串聯(lián)電路中最重要的結(jié)論，用途極其廣泛。比如，用串聯(lián)電阻的辦法來擴(kuò)大電壓表的量程在如圖17A所示的，電路中，將代人公式114）式中12R122UR這兩個(gè)公式可以直接計(jì)算出每個(gè)電阻從總電壓中分得的電壓值，習(xí)慣上就把這兩個(gè)式子叫做分壓公式。電阻串聯(lián)的應(yīng)用極為廣泛。例如1用幾個(gè)電阻串聯(lián)來獲得阻值較大的電阻。2用串聯(lián)電阻組成分壓器，使用同一電源獲得幾種不同的電壓。如圖18所示，由RR4組成串聯(lián)電路，使用同一電源，輸出4種不同數(shù)值的電壓。3當(dāng)負(fù)載的額定電壓標(biāo)準(zhǔn)工作電壓值低于電源電壓時(shí)，采用電阻與負(fù)載串聯(lián)的方法，使電源的部分電壓分配到串聯(lián)電阻上，以滿足負(fù)載正確的使用電壓值。例如，一個(gè)指示燈額定電壓6V，電阻6，若將它接在12V電源上，必須串聯(lián)一個(gè)阻值為6的電阻，指示燈才能正常工作。4用電阻串聯(lián)的方法來限制調(diào)節(jié)電路中的電流。在電工測(cè)量中普遍用串聯(lián)電阻法來擴(kuò)大電壓表的量程。二、電阻的并聯(lián)電路將兩個(gè)或兩個(gè)以上的電阻兩端分別接在電路中相同的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間，這種連接方式叫做電阻的并聯(lián)電路。如圖9A所示是電阻的并聯(lián)電路，圖19B是圖9A的等效電路。電阻的并聯(lián)電路有如下特點(diǎn)1并聯(lián)電路中各個(gè)支路兩端的電壓相等，即12UN2并聯(lián)電路中總的電流等于各支路中的電流之和，即12INI3并聯(lián)電路的總電阻即等效電阻的倒數(shù)等于各并聯(lián)電阻的倒數(shù)之和，即12RNR若是兩個(gè)電阻并聯(lián)，根據(jù)公式118可求并聯(lián)后的總電阻為12根據(jù)公式1L6及歐姆定律可以得出1NNIRI公式120表明，在并聯(lián)電路中，電阻的阻值越大，這個(gè)電阻所分配到的電流越小，反之越大，即電阻上的電流分配與電阻的阻值成反比。這個(gè)結(jié)論是電阻并聯(lián)電路特點(diǎn)的重要推論，用途極為廣泛，比如，用并聯(lián)電阻的辦法，擴(kuò)大電流表的量程。電阻并聯(lián)的應(yīng)用，同電阻串聯(lián)的應(yīng)用一樣，也很廣泛。例如1因?yàn)殡娮璨⒙?lián)的總電阻小于并聯(lián)電路中的任意一個(gè)電阻，因此，可以用電阻并聯(lián)的方法來獲得阻值較小的電阻。2由于并聯(lián)電阻各個(gè)支路兩端電壓相等，因此，工作電壓相同的負(fù)載，如電動(dòng)機(jī)、電燈等都是并聯(lián)使用，任何一個(gè)負(fù)載的工作狀態(tài)既不受其他負(fù)載的影響，也不影響其他負(fù)載。在并聯(lián)電路中，負(fù)載個(gè)數(shù)增加，電路的總電阻減小，電流增大，負(fù)載從電源取用的電能多，負(fù)載變重；負(fù)載數(shù)目減少，電路的總電阻增大，電流減小，負(fù)載從電源取用的龜能少，負(fù)載變輕。因此，人們可以根據(jù)工作需要啟動(dòng)或停止并聯(lián)使用的負(fù)載。3在電工測(cè)量中應(yīng)用電阻并聯(lián)方法組成分流器來擴(kuò)大電流表的量程。15電工測(cè)量基本知識(shí)自然界中的物理量，都可以使用特定的工具來進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量各種電量的儀器儀表，統(tǒng)稱為電工測(cè)量?jī)x表。電工測(cè)量?jī)x表種類繁多，最常見的是測(cè)量基本電量的儀表。電工儀表依據(jù)測(cè)量方法、儀表結(jié)構(gòu)、儀表用途來分，有很多種。概括來說，電工儀表用來測(cè)量電路中的電流、電壓、電功率、電功、功率因數(shù)、電量的頻率電阻、絕緣狀況等物理量。由此就有用各種被測(cè)物理量冠名的儀表，如電流表、電壓表等。其中一些電量要在后續(xù)課程中介紹。本書簡(jiǎn)單介紹電工應(yīng)用中最常用的儀表萬用表。萬用表是一種便攜式儀表。由于其能夠測(cè)量交流、直流電壓或電流參數(shù)以及電路中的電阻等；被稱為萬用表。根據(jù)萬用表內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理的不同，可以把萬用表分為機(jī)械指針式萬用表簡(jiǎn)稱機(jī)械表籠和電子數(shù)顯式萬用表簡(jiǎn)稱電子表兩類。本節(jié)重點(diǎn)介紹機(jī)械表。一、萬用表的外形及基本組成如圖110所示，是機(jī)械指針式萬用表的外形。操作萬用表的主要部分有三個(gè)擋位撥盤、表筆、讀數(shù)表頭。萬用表除了這幾部分外，最主要的是表內(nèi)電路和表頭機(jī)電基本體模塊部分。萬用表的表殼部分承擔(dān)著各部分的保護(hù)與承載的責(zé)任。由于萬用表是一種移動(dòng)測(cè)量?jī)x表，容易受到磕碰摔砸的損害，所以應(yīng)注意防護(hù)1擋位撥盤如圖111所示，用于選擇測(cè)量哪種物理量，一般萬用表都至少設(shè)有如下四個(gè)擋位，每個(gè)擋位又分為幾個(gè)不同量限或不同倍率的擋位交流電壓擋測(cè)量交流電壓，如圖111所示，又分為10V，50V，250V，500V，1000V五個(gè)子擋位。直流電壓擋測(cè)量直流電壓，如圖111所示，又分為025V，25V，10V，50V，250V，500V六個(gè)子擋位。直流電流擋用于測(cè)量直流電流值，如圖111所示，又分為1MA，10MA，100MA，1000MA四個(gè)子擋位。電阻擋用于測(cè)量電器阻值，如圖111所示，又分為1，10，L00，1K四個(gè)子擋位。電壓、電流的每個(gè)擋位的數(shù)值表示的是量限或量程，待測(cè)的物理量值應(yīng)小于該值。在選擇擋位時(shí)，要選擇一個(gè)擋位量限大于被測(cè)量值，并且與被測(cè)量值最接近的一個(gè)量限的擋位。比如，要測(cè)一個(gè)直流電壓，估計(jì)其值約為190V，則應(yīng)選擇直流250V擋位。此時(shí)擋位值250V大于被測(cè)量190V，且250V擋位比500V，1000V兩個(gè)擋位更接近被測(cè)量值。這樣選擇既能保證萬用表的安全，又能保證測(cè)量精度。機(jī)械表電阻擋的幾個(gè)擋位表示幾個(gè)不同的倍率。由于機(jī)械表的表頭指針在整個(gè)刻度的2080之間，讀數(shù)比較準(zhǔn)確，尤其是電阻擋位對(duì)應(yīng)的表頭刻度的非均勻性，在這個(gè)范圍內(nèi)更利于讀取數(shù)值，所以，利用電阻擋的倍率選擇，可以使表頭指針落在該范圍內(nèi)。電子表電阻擋位的標(biāo)示數(shù)值與電流、電壓的數(shù)值一樣，表示量限，不是倍率。電子表的擋位選擇方法與電流、電壓擋位一樣。2表頭如圖112所示為萬用表表頭。機(jī)械表頭有若干條刻度線刻度線1是電阻值讀取線，指針指向最右端，指示值為0；指針指向最左端，指示值為。注意被測(cè)電阻的實(shí)際阻值是指示值與所選擋位的倍率的乘積。比如，在R1K擋，當(dāng)從刻度線上讀取35時(shí)，如圖113所示，電阻的測(cè)量阻值為351K35K；刻度線2是均勻刻度線，用于讀取電壓、電流的指示值。被測(cè)對(duì)象的測(cè)量值也經(jīng)常需要從讀取值換算而得到。比如使用直流電壓500V擋，按50刻度線讀數(shù)，如果讀取值為43，如圖1一14所示，則被測(cè)電壓的測(cè)量值為4350050430V；如果按250刻度線讀數(shù)，見刻度線，讀數(shù)應(yīng)為215，則被測(cè)電壓的測(cè)量值為215500250430V，即從同二類的刻度線讀數(shù)，經(jīng)過換算，得到的測(cè)量值是一樣的。機(jī)械表頭經(jīng)常還有其他一些刻度線，請(qǐng)參照有關(guān)書籍。電子表頭的讀數(shù)比較簡(jiǎn)單，可直接讀數(shù)，然后冠以所選擋位的單位，即是被測(cè)對(duì)象的測(cè)量值。比如使用電流20MA擋，讀數(shù)值為155，則測(cè)量值為L(zhǎng)55MA。3表筆萬用表的兩表筆一般使用紅黑兩種顏色，紅表筆一般插在標(biāo)有“十”的插孔內(nèi)，黑表筆一般插在標(biāo)有“一”的插孔內(nèi)。測(cè)量電壓時(shí)，紅、黑表筆分別接在高、低電位端；測(cè)量電流時(shí)，紅、黑表筆分別接在電流的流入端和流出端。否則表針會(huì)反向打針，對(duì)萬用表不利。二、萬用表的使用步驟1確認(rèn)萬用表的狀態(tài)，保證各部分的功能正常可靠。2明確要測(cè)量的物理量。一般包括交流電壓、直流電壓、直流電流和電阻器阻傅。3選擇合適的擋位，如前所述。4適當(dāng)接人被測(cè)對(duì)象。測(cè)量電壓時(shí)，直接將紅、黑表筆并接在被測(cè)元件的高、低電位兩端或電路中的高、低電位點(diǎn)上。測(cè)量電流時(shí)，須斷開被測(cè)電路，將紅、黑表筆接八電路的電流流出、流入端，使電流經(jīng)紅表筆流入表內(nèi)，從黑表筆流出時(shí)測(cè)量電阻器阻值時(shí)，電阻器須脫離電路，然后將表筆兩端接在電阻器兩端測(cè)量即可。5獲取測(cè)量值。讀取刻度值，并進(jìn)行必要的換算及冠以單位，如前所述。6測(cè)量值的分析。對(duì)測(cè)得值要進(jìn)行確認(rèn)，是否合理，是否具備科學(xué)性。三、萬用表的使用注意事項(xiàng)1萬用表是便攜式儀表，本身精度不高，可能有5以內(nèi)的誤差。2測(cè)量電阻時(shí)，首先要進(jìn)行電阻值調(diào)零，方法是將表筆短接，使用萬用表面板上的調(diào)零鈕進(jìn)行調(diào)整。3注意檢查萬用表內(nèi)的電池，當(dāng)電量不足時(shí)，會(huì)影響電阻的測(cè)量。4萬用表最容易發(fā)生的損壞是，當(dāng)萬用表處在電流擋時(shí)，測(cè)量電壓，此時(shí)極易永久性損壞內(nèi)部電路及表頭。避免的辦法是，每次用完萬用表，都將擋位置于交流電壓最高擋一般為1000V。習(xí)題1電流是用來表示_的物理量，常用的單位是_。2電阻是用來表示_的物理量，常用的單位是_。3電壓是用來表示_的物理量，常用的單位是_。4分別用公式來表示下面各組量之間的關(guān)系1電量、電流、時(shí)間2電流、電壓、電阻3電功、電功率、時(shí)間5電流通過導(dǎo)體的發(fā)熱現(xiàn)象叫_，發(fā)熱的多少與_的平方成正比，與電阻的阻值成_，與時(shí)間成正比，這個(gè)關(guān)系寫成公式是_。6導(dǎo)體中電流的方向規(guī)定是_的方向。電流方向與電子流方向_。7簡(jiǎn)單描述電路各組成部分的作用。8畫圖表示電路的3種狀態(tài)。9鎳鉻電爐絲的電阻率是11M，爐絲截面積06。如果將電爐接在6102M220V的電源上，使?fàn)t絲通過3A的電流，應(yīng)選用多長(zhǎng)的電爐絲10有兩只燈泡，一只110V110W，另一只110V60W，試問哪只燈泡的電阻大若將兩只燈泡串聯(lián)接在220V的線路中，是否可以正常使用，通電后有什么現(xiàn)象。11有3個(gè)電阻5，3，2，串聯(lián)后接在12V的電源上，求電路1R23R中的電流，各電阻上的電壓。12有兩只220V的燈泡，一只15W，另一只25W，并聯(lián)接在220V電源上。求電路的等效電阻、總電流和各燈泡流過的電流。13有60W，40W，20W三只220V的燈泡，要接在220V電源上正常使用，應(yīng)采取哪種連接方式畫出電路圖。14將兩只220V60W的燈泡串聯(lián)接入220V電路中，每只燈泡實(shí)際消耗的電功率是多少燈泡的壽命有何變化這種情況是否可以應(yīng)用到實(shí)際生活中舉例說明15簡(jiǎn)單敘述電工技術(shù)中廣泛使用銅材料的原因。16列舉幾項(xiàng)節(jié)電方法。17萬用表一般有_和_兩種類型，一般萬用表可用來測(cè)量_、_和_三種物理量。18萬用表最容易發(fā)生的永久損壞是當(dāng)萬用表處于_擋位時(shí)，被用來測(cè)量19用萬用表測(cè)量電阻時(shí)，要先對(duì)萬用表進(jìn)行_操作。20使用萬用表測(cè)量交、直流電壓、電流。第二章電磁的基本知識(shí)本章學(xué)習(xí)要點(diǎn)1熟悉磁的特性及磁的表示方法，熟悉磁通、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁導(dǎo)率的概念以及鐵磁材料的特點(diǎn)。2熟悉電生磁、磁生電及磁對(duì)電流的力的作用的三個(gè)現(xiàn)象，了解三個(gè)現(xiàn)象方向判定關(guān)系，定性掌握磁場(chǎng)對(duì)電流的力的作用規(guī)律。3。熟悉自感、互感現(xiàn)象，了解典型應(yīng)用和避害知識(shí)。人們的生活因?yàn)橛辛穗姸憬荨⒕?、時(shí)尚。人們總愛假想“如果有一天，這個(gè)世界突然沒了電”，可是，如果這個(gè)世界沒有了磁，會(huì)怎樣呢實(shí)際上電與磁有著密不可分的關(guān)系。正因?yàn)橛辛诉@個(gè)關(guān)系，我們才有了電、電燈、電視、電話、計(jì)算機(jī)、電動(dòng)機(jī)，同時(shí)一也因?yàn)檫@個(gè)關(guān)系，導(dǎo)致了我們的電氣壽命的短暫，突發(fā)故障的不約而至。你想知道這是什么原因嗎21磁的基本知識(shí)一、磁現(xiàn)象早在2000多年前，我們的祖先就發(fā)現(xiàn)了磁鐵礦石具有吸引鐵的性質(zhì)。人們把物體能夠吸引鐵、鉆、鎳及其合金的性質(zhì)稱為磁性，把具有磁性的物體叫做磁體。磁體上磁性最強(qiáng)的位置稱為磁極，磁體有兩個(gè)磁極即南極和北極，通常用字母S表示南極常涂紅色，用字母N表示北極常涂綠色或白色。條形、蹄形、針形磁鐵的磁極位于它們的兩端。值得注意的是任何一個(gè)磁體的磁極總是成對(duì)出現(xiàn)的。若把一個(gè)條形磁鐵分割成若干段，則每段都會(huì)同時(shí)出現(xiàn)南極、北極。這叫做磁極的不可分割性。磁極與磁極之間存在的相互作用力稱為磁力其作用規(guī)律是同性磁極相斥，異性磁極相吸。一根沒有磁性的鐵棒，在其他磁鐵的作用下獲得磁性的過程叫磁化。如果把磁鐵拿走，鐵棒仍有的磁性則稱為剩磁。二、磁場(chǎng)、磁感應(yīng)線磁體周圍存在磁力作用的空間稱為磁場(chǎng)。我們經(jīng)?？匆妰蓚€(gè)互不接觸的磁體之間具有相互作用力，它們是通過磁場(chǎng)這一特殊物質(zhì)進(jìn)行傳遞的。磁場(chǎng)之所以是一種特殊物質(zhì)，是因?yàn)樗皇怯煞肿雍驮拥攘Ｗ咏M成的。雖然磁場(chǎng)是一種看不見、摸不著的特殊物質(zhì)，但通過實(shí)驗(yàn)可以證明它的存在。例如，在一塊玻璃板上均勻地撒些鐵粉，在玻璃板下面放置一個(gè)條形磁鐵。鐵粉在磁場(chǎng)的作用下排列成規(guī)則線條，如圖21所示。這些線條都是從磁鐵的。N極到S極的光滑曲線，如圖2一1B所示。我們把這些曲線稱為磁感應(yīng)線，用它能形象描述磁場(chǎng)的性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)證明磁感應(yīng)線具有下列特點(diǎn)1磁感應(yīng)線是閉合曲線在磁體外部，磁感應(yīng)線從N極出發(fā)，然后回到S極，在磁體內(nèi)部，是從S極到N極，這叫做磁感應(yīng)線的不可中斷性，如圖22所示。2磁感應(yīng)線互不相交這是因?yàn)榇艌?chǎng)中任何一點(diǎn)磁場(chǎng)方向只有一個(gè)。3磁感應(yīng)線的疏密程度與磁場(chǎng)強(qiáng)弱有關(guān)。磁感應(yīng)線稠密表示磁場(chǎng)強(qiáng)，磁感應(yīng)線稀疏表示磁場(chǎng)弱。三、磁通、磁感應(yīng)強(qiáng)度為了描述磁場(chǎng)在上定面積上的分布情況而引入了磁通這一物理量。在磁場(chǎng)中，把通過與磁場(chǎng)方向垂直的某一面積的磁感應(yīng)線的總數(shù)目，叫做通過該面積的磁通，用字母表示。磁通的單位是韋伯“簡(jiǎn)稱韋，用WB表示。磁感應(yīng)強(qiáng)度是用來表示磁場(chǎng)中各點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量，用字母B表示。垂直通過單位面積的磁感應(yīng)線的數(shù)目叫做該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。它既有大小，又有方向。在磁場(chǎng)中某點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，就是位于該點(diǎn)磁針北極所指的方向，它的大小在均勻磁場(chǎng)中可表示為BS式中一磁感應(yīng)強(qiáng)度T；B磁通WB；垂直于磁感應(yīng)線方向通過磁感應(yīng)線的面積。S2M公式21說明磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小等于單位面積的磁通。如果通過單位面積的磁通越多，則磁感應(yīng)線越密，磁場(chǎng)也越強(qiáng)，反之磁場(chǎng)越弱。磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是韋/米，稱為特斯拉，簡(jiǎn)稱特，用字母T表示。2四、磁導(dǎo)率實(shí)驗(yàn)證明，鐵、鉆、鎳及其合金對(duì)磁場(chǎng)影響強(qiáng)烈，具有明顯的導(dǎo)磁作用。但是自然界絕大多數(shù)物質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)影響甚微，導(dǎo)磁作用很差。為了衡量各種物質(zhì)導(dǎo)磁的性能，引入磁導(dǎo)率這一物理量，用字母表示。磁導(dǎo)率的單位為亨利/米H/M。不同物質(zhì)有不同的磁導(dǎo)率。在其他條件相同的情況下，某些物質(zhì)的磁導(dǎo)率比真空中的強(qiáng)，另一些物質(zhì)的磁導(dǎo)率比真空中的弱。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)得真空的磁導(dǎo)率為，且是常數(shù)。7041H/M為了便于比較各種物質(zhì)的導(dǎo)磁性能，把各種性質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空中的磁導(dǎo)率進(jìn)行比較，引人相對(duì)磁導(dǎo)率這一物理量。任何一種物質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空的磁導(dǎo)率的比值叫做相對(duì)磁導(dǎo)率，用以表示。即0R相對(duì)磁導(dǎo)率沒有單位，只是說明在其他條件相同的情況下，物質(zhì)的磁導(dǎo)率是真空磁導(dǎo)率的多少倍。根據(jù)各種物質(zhì)的磁導(dǎo)率的大小，可將物質(zhì)分成三類。1的物質(zhì)叫做順磁物質(zhì)，如空氣、鋁等；1的物質(zhì)叫做鐵磁物質(zhì)，如鐵、鈷、鎳及其合金等。R由于鐵磁物質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率很高，所以鐵磁物質(zhì)被廣泛地應(yīng)用于電工技術(shù)方面如制作變壓器、電磁鐵。電動(dòng)機(jī)的鐵心等。表21中列出了幾種鐵磁物質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率，供參考。表21幾種鐵磁物質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率鐵磁物質(zhì)名稱相對(duì)磁導(dǎo)率R鈷174鎳1120退火的鐵7000軟鋼2180硅鋼片7500鎳鐵合金60000坡莫合金11500022電流的磁場(chǎng)一、通電直導(dǎo)線的磁場(chǎng)磁鐵周圍有磁場(chǎng)，通電直導(dǎo)線的周圍也有磁場(chǎng)。例如，一根直導(dǎo)線垂直穿過水平放置的紙板，在紙板上均勻地撒些鐵粉。當(dāng)直導(dǎo)線通電時(shí)，鐵粉以導(dǎo)線為中心形成許多同心圓，如圖23所示鐵粉的分布情況表示磁感應(yīng)線分布情況。若直導(dǎo)線中電流消失，則紙板上的鐵粉又呈均勻分布。從而證明了“動(dòng)電生磁”，即磁場(chǎng)是伴隨電流而存在的，而電流永遠(yuǎn)被磁場(chǎng)所包圍。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，磁場(chǎng)方向與電流方向有關(guān)。若直導(dǎo)線垂直紙面，電流向著讀者而來，則磁場(chǎng)方向是逆時(shí)針方向；若直導(dǎo)線上的電流是離開讀者而丟，則磁場(chǎng)方向?yàn)轫槙r(shí)針方向，如圖24A所示為了討論問題方便起見；規(guī)定用符號(hào)，分別表示電流或磁感應(yīng)線垂直進(jìn)人和流出紙面的方向。通電直導(dǎo)線周圍磁場(chǎng)方向與導(dǎo)線中的電流方向之間的關(guān)系可用安培定則又稱右手螺旋定則進(jìn)行判定。其具體內(nèi)容是右手拇指指向電流方向，貼在導(dǎo)線上，其余四指彎曲握住直導(dǎo)線，則彎曲四指的方向就是磁感應(yīng)線的環(huán)繞方向；如圖24B所示。實(shí)驗(yàn)證明，通電直導(dǎo)線四周的磁感應(yīng)線距直導(dǎo)線越近，磁感應(yīng)線越密，磁感應(yīng)強(qiáng)度越大，反之，磁感應(yīng)線越疏K磁感應(yīng)強(qiáng)度越小。導(dǎo)線中通過電流越大，靠近直導(dǎo)線的磁感應(yīng)線越密集，磁感應(yīng)強(qiáng)度越大；反之，導(dǎo)線中通過電流越小，靠近直導(dǎo)線的磁感應(yīng)線越稀疏，磁感應(yīng)強(qiáng)度越小。二、通電螺線管的磁場(chǎng)已經(jīng)知道通電直導(dǎo)線周圍有磁場(chǎng)存在。若將通電直導(dǎo)線繞成多匝螺線管后，在它的周圍還有磁場(chǎng)存在嗎為證實(shí)這個(gè)問題。將磁針放在螺線管附近科當(dāng)螺線管不通電時(shí)，磁針沒有偏轉(zhuǎn)。當(dāng)通電時(shí)，磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。這就說明通電螺線管周圍有磁場(chǎng)存在。對(duì)于一個(gè)確定的螺線管，磁場(chǎng)的強(qiáng)弱與螺線管中所通過的電流大小成正比。通電螺線管磁場(chǎng)方向，與螺線管中通過的電流方向的關(guān)系，用右手螺旋定則進(jìn)行判定，如圖25所示。右手螺旋定則的內(nèi)容是用右手握住螺線管，讓彎曲的四指所指的方向與螺線管中流過的電流方向一致，那么拇指所指的那一端就是螺線管的N極。由圖25可知，通電螺線管的磁場(chǎng)與條形磁鐵的磁場(chǎng)相似。因此，一個(gè)通電螺線管相當(dāng)于一塊條形磁鐵。總之，凡是通電的導(dǎo)線，在其周圍必定會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，從而說明電流與磁場(chǎng)之間有著不可分割的聯(lián)系。電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的這種現(xiàn)象叫做電流的磁效應(yīng)。三、磁場(chǎng)對(duì)載流直導(dǎo)線的作用通過前面學(xué)習(xí)已經(jīng)知道，兩塊磁鐵之間有力的作用一載流直導(dǎo)線周圍也存在磁場(chǎng)，若將其放入磁場(chǎng)中，兩者之間也會(huì)產(chǎn)生力，現(xiàn)在用如圖26所示的實(shí)驗(yàn)來證實(shí)這一問題。在圖26A中，U形磁鐵中水平放置一根直導(dǎo)線，它與磁感應(yīng)線垂直。當(dāng)導(dǎo)線上沒有電流通過時(shí)，導(dǎo)線在磁場(chǎng)里靜止不動(dòng)。當(dāng)導(dǎo)線上有電流通過，且背離讀者而去，則導(dǎo)線因受磁場(chǎng)作用而向左運(yùn)動(dòng)。若改變導(dǎo)線中的電流方向見圖26B，即電流方向指向讀者，則導(dǎo)線受磁場(chǎng)作用向右運(yùn)動(dòng)。上述實(shí)驗(yàn)說明載流直導(dǎo)線在磁場(chǎng)的作用下而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。在磁極固定時(shí)，運(yùn)動(dòng)方向與電流方向有關(guān)；若導(dǎo)線中電流方向不變，只改變磁極方向，則導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)方向也發(fā)生改變。電動(dòng)機(jī)就是利用載流導(dǎo)線在磁場(chǎng)中產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的原理制成的。載流直導(dǎo)線在磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，而運(yùn)動(dòng)是在力的作用下產(chǎn)生的。載流直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受到的力稱為電磁作用力，簡(jiǎn)稱電磁力，用字母F表示。電磁力既有大小，也有方向。電磁力方向即導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)方向、電流方向和磁場(chǎng)方向三者相互垂直。因?yàn)殡姶帕Φ姆较蚺c磁場(chǎng)方向及電流方向有關(guān)。所以，用左手定則又稱電動(dòng)機(jī)定則來判定蘭者之間的關(guān)系。左手定則的內(nèi)容是伸平左手，使大拇指與其余四指垂直，手心對(duì)著N極，讓磁感應(yīng)線垂直穿過手心，四指的指向代表電流方向，則大拇指所示的方向就是磁場(chǎng)對(duì)載流直導(dǎo)線的作用力方向，如圖27所示。實(shí)驗(yàn)證明，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)載流直導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，磁場(chǎng)對(duì)載流直導(dǎo)線作用力的大小，與導(dǎo)線所處的磁感應(yīng)強(qiáng)度、通過直導(dǎo)線的電流以及想一想如果將一個(gè)鐵磁性材料插入到線圈中，對(duì)線圈的磁場(chǎng)有什么影響這一點(diǎn)會(huì)有什冬應(yīng)用導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的長(zhǎng)度的乘積成正比。即FBIL式中磁感應(yīng)強(qiáng)度WB/；B2M直導(dǎo)線中通過的電流A；I直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的長(zhǎng)度M；L直導(dǎo)線受到的電場(chǎng)力N。F四、磁場(chǎng)對(duì)通電線圈的作用由于磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線有作用力，因此，磁場(chǎng)對(duì)通電線圈也有力的作用。在均勻磁場(chǎng)中放置一個(gè)矩形通電線圈ABCD，如圖28所示。當(dāng)線圈平面與磁感應(yīng)線平行時(shí)，因?yàn)锳B和DC邊與磁感應(yīng)線平行，不受磁場(chǎng)作用，沒有電磁力，AD和BC邊與磁感應(yīng)線垂直，受磁場(chǎng)作用而有電磁力。根據(jù)左手定則，AD邊的受力方向是垂直向上，而BC邊的受力方向是垂直向下。因?yàn)?，ADBC，根據(jù)公式23，可知，AD和BC邊所受的電磁力大小相等。由于這一對(duì)電磁力大小相等，方向相反，所以構(gòu)成一對(duì)力偶。故線圈在力偶的作用下，圍繞軸線做順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。如圖28所示是一個(gè)單匝線圈的直流電動(dòng)機(jī)的工作原理圖。O23電磁感應(yīng)電和磁是可以互相轉(zhuǎn)化的。在一定條件下，電流能夠產(chǎn)生磁場(chǎng)；同樣，磁場(chǎng)也能使導(dǎo)線中產(chǎn)生電流。磁轉(zhuǎn)化為電的現(xiàn)象叫做電磁感應(yīng)。一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象為了研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象，先做兩個(gè)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)一將直導(dǎo)線AB放在磁場(chǎng)中，它的兩端與檢流計(jì)連接構(gòu)成閉合回路，如圖26所示。當(dāng)導(dǎo)線向右移動(dòng)垂直切割磁感應(yīng)線時(shí)，檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)，如圖29A所示，表示導(dǎo)線中有電流產(chǎn)生；導(dǎo)線向左方垂直移動(dòng)切割磁感應(yīng)線時(shí)，檢流計(jì)指針也發(fā)生偏轉(zhuǎn)，但方向與前面的相反；如圖29B所示。導(dǎo)體不動(dòng)，沒有切割磁感應(yīng)線時(shí)，檢流計(jì)指針無偏轉(zhuǎn)，說明導(dǎo)線中沒有電流。通過實(shí)驗(yàn)可以看到，導(dǎo)線的移動(dòng)速度越快，檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)越大，即電流越大。實(shí)驗(yàn)二將線圈的兩端與一個(gè)檢流計(jì)連接而構(gòu)成閉合回路，如圖210所示。當(dāng)條形磁鐵插入線圈瞬間，線圈中的磁通量增加，檢流計(jì)指針向右偏轉(zhuǎn)。如圖210A所示，說明線圈中磁通發(fā)生變化，線圈中有電流出現(xiàn)。若把條形磁鐵從線圈中拔出，在拔出瞬間，檢流計(jì)指針向相反方向偏轉(zhuǎn)，說明線圈中磁通也發(fā)生變化，線圈中也有電流出現(xiàn)，如圖210B所示。當(dāng)條形磁鐵在線圈中停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，檢流計(jì)指針無偏轉(zhuǎn)，線圈中磁通沒有變化，線圈中也沒有電流。如果條形磁鐵插人或拔出的速度越快，即磁通量變化得越快，則檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)越大，反之，檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)越小。上述兩個(gè)實(shí)驗(yàn)說明，無論是直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中作切割磁感應(yīng)線運(yùn)動(dòng)，還是磁鐵對(duì)線圈作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，都是由于運(yùn)動(dòng)使得穿過直導(dǎo)線或線圈組成的閉合回路中的磁通量發(fā)生了改變，因而在直導(dǎo)線或線圈中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。若直導(dǎo)線或線圈構(gòu)成回路，則直導(dǎo)線或線圈中將有電流出現(xiàn)。回路中磁通量的變化是導(dǎo)致直導(dǎo)線或線圈中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的根本原因，即“動(dòng)磁生電”。磁通量的變化越大，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)越大。因磁通變化而在直導(dǎo)線或線圈中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象，叫做電磁感應(yīng)。由電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫做感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。由感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在閉合電路形成的電流，叫做感應(yīng)電流。二、法拉第定律從如圖210所示的實(shí)驗(yàn)中可知，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，取決于條形磁鐵插入或拔出的快慢，即取決于磁通變化的快慢。磁通變化越快，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就越大；反之就越小。磁通變化的快慢，用磁通變化率來表示。例如，有一單匝線圈，在時(shí)刻穿過線圈的磁通為，1T1在此后的某二時(shí)刻，穿過線圈的磁通為，那么在這段時(shí)間內(nèi)，穿過線圈的2T22磁通變化量為21因此，單位時(shí)間內(nèi)的磁通變化量，即磁通變化率是21TT在單匝線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小是ET式中的絕對(duì)值符號(hào)，表示只考慮感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，不考慮方向。對(duì)手多匝線圈來說，因?yàn)橥ㄟ^各匝線圈的磁通變化率是相同的，所以每匝線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小相等。因此，多匝線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是單匝線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的N倍，即ET式中在時(shí)間內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值V；ET線圈匝數(shù)；N/磁通變化率；T線圈中磁通變化量WB；磁通變化所用的時(shí)間S。T公式25說明，當(dāng)穿過線圈的磁通發(fā)生變化時(shí)，線圈兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小只與磁通變化率成正比。這就是法拉第定律。想一想上述規(guī)律可以用幾件簡(jiǎn)單的元件、儀表進(jìn)行驗(yàn)證。三、楞次定律法拉第電磁感應(yīng)定律，只解決了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小取決于磁通變化率，但無法說明感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向與磁通量變化之間的關(guān)系。為了找出它們之間的規(guī)律，必須對(duì)前面的實(shí)驗(yàn)再作進(jìn)一步研究。從圖210實(shí)驗(yàn)中可以看到穿過線圈的原磁通的方向是向下的。如圖211A所示，當(dāng)磁鐵插入線圈時(shí)，線圈中的原磁通量增加，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電流由檢流計(jì)的正端流人。此時(shí)，感應(yīng)電流在線圈中產(chǎn)生一個(gè)新的磁通。根據(jù)安培定則可以判定，新磁通與原磁通的方向相反，也就是說，新磁通阻礙原有磁通增加。如圖21LB所示，當(dāng)磁鐵由線圈中拔出時(shí)，線圈中的原有磁通減少，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電流由檢流計(jì)的負(fù)端流人。此時(shí)，感應(yīng)電流在線圈中產(chǎn)生一個(gè)新的磁通，根據(jù)安培定則判定，新磁通與原有磁通的方向是相同的，也就是說，新磁通阻礙原有磁通的減少。經(jīng)過上面的討論得出一個(gè)規(guī)律線圈中磁通變化時(shí)，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其方向是使它形成的感應(yīng)電流產(chǎn)生新磁通來阻礙原有磁通的變化。也就是說，感應(yīng)電流的新磁通總是阻礙原有磁通的變化。這個(gè)規(guī)律被稱為楞次定律。應(yīng)用楞決定律來判定線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向或感應(yīng)電流的方向，具體方法步驟如下1首先明確原磁通的方向和原磁通的變化增加或減少的情況。2根據(jù)楞次定律判定感應(yīng)電流產(chǎn)生新磁通的方向。3根據(jù)新磁通的方向，應(yīng)用安培定則右手螺旋定則判定出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感應(yīng)電流的方向。例如，在圖211中，線圈固定不動(dòng)，條形磁鐵向下、向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，判斷線圈A、B兩端感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向。當(dāng)磁鐵向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，原磁通西增加，且方向向下，由楞次定律可知新磁通西7的方向向上。根據(jù)安培定則可判斷出，大拇指的指向是新磁通的方向，其余四指的指向就是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向，即由B到A，如圖211A所示。當(dāng)磁鐵向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，原磁通減少，且方向向下，由楞次定律可知新磁通的方向向下，阻礙原磁通的減少，根據(jù)安培定則可判斷出，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向是由A到B，如圖211B所示。對(duì)于直導(dǎo)線切割磁感應(yīng)線向產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向，用右手定則進(jìn)行判定。右手定則內(nèi)容是伸開右手，使大拇指與其余四指垂直并且與手掌在同一平面內(nèi)，手心對(duì)著磁極的N極，讓磁感應(yīng)線垂直穿過手心，大拇指指向?qū)w的運(yùn)動(dòng)方向，其余四指所指的方向就是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向，如圖212所示。右手定則又叫發(fā)電機(jī)定則。四、電磁感應(yīng)定律為了使法拉第定律不僅能表示出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，同時(shí)也能表示出它的方向。把法拉第定律與楞次定律結(jié)合起來就是電磁感應(yīng)定律。電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與磁通變化率成正比，感應(yīng)電流的方向總是阻礙原磁通變化