維修電工技能大賽培訓(xùn)教案[1]

1、第一部分第一部分 電工基礎(chǔ)知識(shí)電工基礎(chǔ)知識(shí) 一、電路的概念電路是電流經(jīng)過(guò)的路徑，一個(gè)完整的電路一般由四部分組成。（1）、電源：是把其它能量轉(zhuǎn)換成電能的設(shè)備，例如發(fā)電機(jī)（把機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能）、蓄電池（把化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能）等。（2）、負(fù)載：是一種把電能轉(zhuǎn)變成其它能量的設(shè)備，例如電爐（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）等。 為了研究和繪制電路的方便，在電工技術(shù)中，國(guó)家統(tǒng)一規(guī)定了一些符號(hào)來(lái)代替實(shí)物。如圖12是幾種常見(jiàn)的電氣設(shè)備的圖形符號(hào)。用圖形符號(hào)繪制的圖稱為電路圖。圖11就是利用電工符號(hào)繪成的電路圖 雖說(shuō)電路是電流通過(guò)的道路，但要使電路中通過(guò)持續(xù)電流，還需要有兩個(gè)條件：一是電路形成閉合

2、回路；二是電源兩端要有電壓。如果圖11中的開關(guān)不閉合，燈泡就會(huì)不亮，因?yàn)殡娐窙](méi)有形成閉合回路，電路中無(wú)電流。若圖11中的開關(guān)是閉合的，也就是具有了閉合回路，但電源兩端如果沒(méi)有電壓（電位差），電路中也是不會(huì)有電流的，例如電池的電用完了就是這種情況。 人們發(fā)現(xiàn)，在帶電體的周圍存在著一種特殊形態(tài)的物質(zhì)電場(chǎng)。電場(chǎng)的主要特征就是對(duì)置于電場(chǎng)內(nèi)的電荷（很小的帶電體），有電場(chǎng)力的作用。 通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以看到，帶電體形成的靜電場(chǎng)，能使放入靜電場(chǎng)中的電荷受到力的作用。如圖13所示，把微小的正電荷q放入正電荷Q形成的電場(chǎng)中，根據(jù)同性相斥的原則，q要受道Q的排斥。 為了定量的表示電源力Fy搬運(yùn)電荷做功的本領(lǐng)，引用電動(dòng)勢(shì)（

3、簡(jiǎn)稱電勢(shì)）這個(gè)物理量。如果電源力搬運(yùn)電量Q，從電源負(fù)極到正極所作的功A與電量Q的比值叫電源的電動(dòng)勢(shì)，并用E表示，即：EA/Q （17） 電源電動(dòng)勢(shì)與端電壓的關(guān)系：電源電動(dòng)勢(shì)是電源力推動(dòng)單位電荷所作的功，而電壓是電場(chǎng)力推動(dòng)單位電荷所作的功。兩者在數(shù)值上，當(dāng)電源開路時(shí)相等。 電動(dòng)勢(shì)的單位也是伏（V），和電壓的單位相同。在方向上，兩者是相反的。電動(dòng)勢(shì)的方向規(guī)定為正電荷所受電源力的方向，也就是從電源的負(fù)極指向正極與電壓的方向正好相反。w四、電阻與電導(dǎo)、電阻與溫度的關(guān)系w1.電阻w任何導(dǎo)體對(duì)于電流都具有阻礙作用，因此都有電阻。所以當(dāng)有電流通過(guò)時(shí)，都要產(chǎn)生電位降落，電場(chǎng)力都要做功，都要消耗一定的電量。w近

4、代物理學(xué)的觀點(diǎn)，導(dǎo)體呈現(xiàn)電阻的原因是：由于自由電子在運(yùn)動(dòng)中要和做熱運(yùn)動(dòng)的其它帶電質(zhì)點(diǎn)（電子、正飛負(fù)離子）發(fā)生碰撞，因而阻礙了自由電子的運(yùn)動(dòng)。w電子運(yùn)動(dòng)受到的阻力稱為電阻，用R或r表示，單位用歐姆（），簡(jiǎn)稱歐。v 當(dāng)導(dǎo)體兩端的電壓1V、導(dǎo)體內(nèi)通過(guò)的電流1A時(shí)，其電阻就是1。電阻很大時(shí)，用千歐（K）、兆歐（M）為單位。v1K103 1M106v 試驗(yàn)證明，金屬導(dǎo)體的電阻不但與其幾何尺寸有關(guān)，而且和導(dǎo)體的材料有關(guān)，可用下式表示：RL/S （18）v式中L導(dǎo)體長(zhǎng)度 mv S導(dǎo)體截面 mm2v 電阻系數(shù) mm2/mv 由式（18）可以看出，電阻系數(shù)是反映導(dǎo)體材料與電阻關(guān)系的一個(gè)物理量。通常是指20時(shí)長(zhǎng)1

5、m而橫截面是1mm2的導(dǎo)線的電阻數(shù)值。n3.電阻器n 電工技術(shù)中，常制造出專用電阻器，作為控制電流和調(diào)整電位之用。電機(jī)控制電路中，通過(guò)較大電流時(shí)，往往采用生鐵制成的電阻器。當(dāng)電流不大時(shí)，則用銅合金（康鋼）制成電阻器。n 在試驗(yàn)室和測(cè)量電路中，精確度要求較高，常用康鋼和銀銅制成電阻器，使之不受溫度變化的影響。例如標(biāo)準(zhǔn)電阻和電阻箱就是利用康鋼和錳銅制成的。n 在電子電路中，除利用康鋼導(dǎo)線制成繞線電阻外，在電阻值要求較大時(shí)（幾十到幾百萬(wàn)歐姆）電流往往很小，可以采用碳膜電阻（在瓷管上覆蓋一層碳膜）或碳質(zhì)電阻。n 常用的電阻器還分為固定電阻器和可變電阻器兩種?？勺冸娮杵魈幚砉潭ǖ膬啥艘€外和有滑動(dòng)觸點(diǎn)，

6、用以改變電阻值。v4.線性電阻與非線性電阻v 各種導(dǎo)體的電阻，根據(jù)它們的阻值與電壓、電流有無(wú)關(guān)系，可分為兩大類。一類是電阻數(shù)值與電壓或電流的大小、方向等無(wú)關(guān)而保持恒定數(shù)值的，這類電阻叫做線性電阻。顯然線性電阻中的電流與其兩端電壓成證比，因此它的伏特安培特性（簡(jiǎn)稱伏安特性）是一條通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，如圖19a所示。各種金屬導(dǎo)體，尤其是合金導(dǎo)體的電阻，都可以看作是線性電阻。另一類是導(dǎo)體的電阻數(shù)值與電壓或電流的大小、方向有關(guān)系，即電阻不是保持恒量的，叫做非線性電阻。非線性電阻的伏安特性不再是一條直線，而是一條曲線。屬于非線性電阻的導(dǎo)體有電解液、游離的氣體等；各種半導(dǎo)體器件如二極管、三極管等阻值也是非

7、線性的，如圖19b所示是半導(dǎo)體二極管的伏安特性。v 線性電阻的阻值為一常數(shù)，故適用于歐姆定律，也就是在線性電阻兩端電壓與通過(guò)的電流成正比。v 一般金屬材料的電阻溫度系數(shù)近于0.0041/。因?yàn)檫@個(gè)數(shù)值很小，在溫度變化不大，例如在0-100之間時(shí)，金屬材料的電阻可以近似地認(rèn)為不變。一般使用的電阻器電阻，在溫度為0-100之間, 近似地認(rèn)為不變。鎢絲的電阻溫度系數(shù)雖然也不大，但裝在白熾燈中的鎢絲，由于工作溫度高達(dá)1800左右，它的電阻隨溫度升高而增加的現(xiàn)象卻很顯著。v 標(biāo)準(zhǔn)電阻、電阻箱、安培表的分流器以及電壓表的附加電阻等，常選用電阻溫度系數(shù)很小的合金材料，如康鋼、錳銅等，受溫度的影響很小。v 也

8、有一些導(dǎo)體，如炭、電解液及大多數(shù)半導(dǎo)體等，情況不一樣，溫度增加時(shí)，電阻反而減小，即溫度系數(shù)為負(fù)值。這是由材料的內(nèi)因決定的，因電解液溫度升高，使其離子數(shù)增加了，導(dǎo)電性能變得更好了。第三節(jié)第三節(jié) 導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體w在電工技術(shù)中，各種材料的導(dǎo)電性能是有很大差別的，按其導(dǎo)電能力，可分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體三類。w一、導(dǎo)體w 導(dǎo)電能力強(qiáng)的材料稱為導(dǎo)體。按照導(dǎo)體導(dǎo)電的物理過(guò)程又可分為兩類：一類導(dǎo)體為金屬，如常用的銅、鋁、鐵等。這類材料的特點(diǎn)是：它們含有大量的自由電子，在電場(chǎng)力的作用下，容易移動(dòng)而形成電流；它們的電阻系數(shù)小，約為10-2*mm2/m。另一類導(dǎo)體指電解液，如酸、堿、鹽的

9、溶液。它們含有大量的正負(fù)離子，在電場(chǎng)力的作用下，也能產(chǎn)生定向運(yùn)動(dòng)而形成電流，也有良好的導(dǎo)電性能。w 另外，當(dāng)氣體電離時(shí)也具有導(dǎo)電性能。v二、絕緣體 v 這類材料的導(dǎo)電性能很差，電阻系數(shù)很大，約為10-1210-24*mm2/m。因?yàn)樗脑雍藢?duì)其周圍的電子束縛得很緊，自由電子很少。因此，這類材料稱為絕緣體。它的電阻值通常在幾兆歐甚至幾百兆歐以上，稱為絕緣電阻。v常用的絕緣材料有塑料、橡膠、云母、玻璃、陶瓷、樹脂、絕緣漆、變壓器油等。通常，空氣中的自由電子和離子都很少，所以也絕緣的。v 下表7-3 為 絕緣材料按允許溫度的分段級(jí)別 主要絕緣材料 允許工作溫度(OC) Y級(jí) 棉花、天然絲、再生纖維

10、素、醋酸纖維素、和聚酰胺為基礎(chǔ)的紡織品，紙、紙板、木質(zhì)板、塑料等90A級(jí) Y級(jí)材料(除塑料外)，用植物油改良的天然樹脂漆、蟲膠等作為浸漬漆或覆蓋漆，如漆布、漆絲、漆包線的絕緣105E級(jí) 漆包線的絕緣（高強(qiáng)度聚酯薄膜），有機(jī)填料的塑料，以纖維素紙和布為基礎(chǔ)的層狀制品用堅(jiān)固性樹脂和膠類作為浸漬物和覆蓋物120B級(jí) 聚酯薄膜、經(jīng)合適樹脂粘合或浸漬涂覆的云母、玻璃纖維、石棉等，聚酯漆、聚膠漆包線130F級(jí) 以有機(jī)纖維材料補(bǔ)強(qiáng)和不帶補(bǔ)強(qiáng)的云母片制品，玻璃死和石棉 玻璃漆布（用耐溫達(dá)155 OC的樹脂和漆），以無(wú)機(jī)材料作補(bǔ)強(qiáng)和不帶補(bǔ)強(qiáng)的云母片品。155H級(jí) 無(wú)補(bǔ)強(qiáng)或以無(wú)機(jī)材料為補(bǔ)強(qiáng)的云母制品（用耐溫達(dá)18

11、0 OC的硅有機(jī)器），石棉材料等。 180C級(jí) 云母、玻璃和玻璃纖維材料，電瓷、石英、未浸漬的石棉水泥，電工用石板，無(wú)補(bǔ)強(qiáng)（或以玻璃纖維材料為補(bǔ)強(qiáng)）的云母制品。180以上表1-4 電介質(zhì)的擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度注：此表適用于均勻電場(chǎng)。電 介 質(zhì) 擊穿電場(chǎng) 強(qiáng) 度 （KV/mm） 電 介 質(zhì) 擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度（KV/mm） 臘 紙 10.0-25.0 瓷 6.0-15.0 空 氣 3.0 大理石 3.0-4.0 礦物質(zhì) 5.0-15.0 青 石 1.5-3.0 云 母 80.0-200.0 電板紙 9.0-14.0 玻 璃 10.0-40.0 人造云母 15.0-20.0 w w 絕緣體并不是絕對(duì)不導(dǎo)電，但導(dǎo)

12、電是有條件的。這個(gè)條件通常是指電場(chǎng)的強(qiáng)弱或電壓的高低。當(dāng)電壓高到一定的數(shù)值，也就是電場(chǎng)力很大的情況下，超過(guò)它的原子核對(duì)外圍電子的束縛力，本來(lái)不自由的電子變得自由了，絕緣梯就發(fā)生了質(zhì)變，變成了導(dǎo)電體，這種情況稱為絕緣擊穿。絕緣體又稱電介質(zhì)，它不被擊穿所能承受的最大電場(chǎng)強(qiáng)度稱為這種電介質(zhì)的擊穿電解強(qiáng)度（若用電壓表示，則稱為擊穿電壓）。電介質(zhì)在使用中能夠允許的電場(chǎng)強(qiáng)度值稱允許電場(chǎng)強(qiáng)度。它比擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度要小好幾倍，兩者的比值表示電介質(zhì)強(qiáng)度的儲(chǔ)備。擊穿電壓也稱絕緣電壓絕緣擊穿往往造成設(shè)備損壞和人身觸電事故。為了防止擊穿，每臺(tái)電氣設(shè)備都根據(jù)允許電場(chǎng)強(qiáng)度規(guī)定了允許電壓（或稱額定電壓）。因此根據(jù)不同的工作電壓

13、應(yīng)選用不同的絕緣材料。v 絕緣物的擊穿分為兩種情況：一種是擊穿后絕緣性能不再恢復(fù)，如塑料、橡膠等固體絕緣材料，擊穿后絕緣物被燒焦了，變成導(dǎo)體；另一種是絕緣擊穿時(shí)，當(dāng)擊穿電壓消失后，它的絕緣性能還可以恢復(fù)，如空氣、絕緣油等。v 還應(yīng)指出，絕緣物的絕緣性能除有它的內(nèi)因決定外，還受外因的影響，例如，干燥的空氣是絕緣的，潮濕的空氣卻可以導(dǎo)電，干燥的木材是絕緣的，而受潮后其絕緣性能就顯著降低，因?yàn)樗泻锌蓪?dǎo)電的雜質(zhì)。v n 另外，使用絕緣材料時(shí)，還要注意環(huán)境溫度的高低。溫度過(guò)高會(huì)使絕緣物變質(zhì)，影響絕緣物的壽命。所以對(duì)絕緣物都規(guī)定了一定的使用溫度，并以使用溫度（或允許溫升）的數(shù)值來(lái)劃分絕緣材料的等級(jí)。表

14、1-3為絕緣材料按允許工作溫度的分級(jí)表。表1-4列出了幾種常用電介質(zhì)的擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度值。 三、導(dǎo)體n 導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料稱為半導(dǎo)體。常見(jiàn)的半導(dǎo)體材料有硅砷等。它們的電阻系數(shù)約為10-1012*mm2/m。因?yàn)榘雽?dǎo)體材料具有一些特殊的性質(zhì)，所以在近代電子技術(shù)中得到了極其廣泛的應(yīng)用。第四節(jié) 歐姆定律n n 通過(guò)第一、二節(jié)的討論，我們知道要產(chǎn)生電流，首先，電源要有一定的端電壓；其次還要有閉合回路。下面將討論電路的分析計(jì)算，為此，必須進(jìn)一步掌握電路的一些基本規(guī)律。直流電路中有三個(gè)基本物理量：電壓、電流和電阻，三者之間具有密切的內(nèi)在聯(lián)系，并遵守一定的規(guī)律，這個(gè)基本規(guī)律稱為歐姆定律?，F(xiàn)分別敘

15、述如下:n一、一段電阻電路的歐姆定律n 我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以知道：如果加在電阻R兩端的電壓U發(fā)生變化，電路中的電流I也隨著變化，而且這種變化是成正比的，即電壓和電流的比值是一個(gè)常數(shù)。這個(gè)比例常數(shù)就是電路的電阻，其表達(dá)式如下：U/I=R （1-12）n 這個(gè)關(guān)系式就是歐姆定律的一種形式。還可以將式（1-12）寫成下面兩種形式：UIR （1-13）或 IU/R （1-14） 在生產(chǎn)實(shí)踐中經(jīng)常應(yīng)用歐姆定律，只要知道其中的兩分量就可以求出第三個(gè)量。（1）已知電壓和電阻求電流，則 I=U/R v（例1-3）井下電機(jī)車照明的電壓是127V，可是架空線的電壓是250V，所以有123V的電壓被降落在與照明燈相串聯(lián)

16、的降壓電阻上了。若已知電阻為263，求通過(guò)降壓電阻上的電流是多少？v解：I=U/R=123/263=0.47A v(2)已知電流和電阻求電壓，則U=IR（例1-4）求煤礦井下芯線截面S25mm2,長(zhǎng)為L(zhǎng)=100m的銅芯橡套電纜的電阻R？當(dāng)電纜中通過(guò)120A的電流時(shí)，每根芯線所造成的電壓降是多少？v解：電阻RL/S 0.0175*100/250.07v 電壓降（或電壓損失）UIR120*0.078.4Vv煤礦安全規(guī)程規(guī)定：煤礦井下380V的供電系統(tǒng)中，電壓損失最大不準(zhǔn)超過(guò)39V。如果在實(shí)際運(yùn)行中，發(fā)現(xiàn)電壓損失超過(guò)允許數(shù)值時(shí)，可采取增大電纜截面的辦法來(lái)解決。因截面增大以后，導(dǎo)線電阻減少，電壓損失也

17、隨之減少了。v（3）已知電壓和電流求電阻，則R=U/Iv（例1-5）測(cè)量負(fù)載電阻的方法之一如圖1-11所示，如果，電壓表的讀數(shù)為220V，電流表的讀數(shù)為0.2A，求負(fù)載電阻。v 解：R=U/I=220/0.2=1100w二、全電路歐姆定律w 上面講的是一段電阻負(fù)載上電流和電壓的關(guān)系。下面討論整個(gè)閉合電路中電流和電壓的關(guān)系。圖1-12所示電路中的虛線部分是這小全電路的一部分。對(duì)于這一部分（負(fù)載電阻）上的電流基礎(chǔ)關(guān)系，我們已經(jīng)知道，即IUab/R.實(shí)際上可以看作電阻R上所以有電流I流過(guò)，是因?yàn)檫@個(gè)電阻的兩端加上了電壓UAB。從圖1-12可以看到，電壓UAB是電源電動(dòng)勢(shì)E產(chǎn)生的。U與E之間的關(guān)系是：

18、當(dāng)電源沒(méi)有接通外電路時(shí)，電源的端電壓在數(shù)值上等于電源的電動(dòng)勢(shì)（方向是相反的）。如圖1-12所示,當(dāng)開關(guān)K打開時(shí)，用電壓表測(cè)得的電壓UAB比開路時(shí)小。因?yàn)殡娫磧?nèi)部也有電阻，稱為內(nèi)電阻，用R0表示。為了看起來(lái)方便，通常在電路圖上把R0單獨(dú)畫出。事實(shí)上，內(nèi)電阻是在電源內(nèi)部，與電勢(shì)是分不開的，所以也可以不單獨(dú)畫出，而在電源符號(hào)的旁邊注明內(nèi)電阻的大小。v 當(dāng)開關(guān)K閉合后，電路中就有電流通過(guò)，流經(jīng)電源內(nèi)部時(shí)，在電源的內(nèi)電阻上便產(chǎn)生了內(nèi)部壓降，簡(jiǎn)稱內(nèi)壓降，用U0表示。它的方向和電流的方向一致，可寫成： U0IR0v 電源的內(nèi)壓降U0無(wú)法用電壓表直接測(cè)量，而是用開路時(shí)端電壓（就是電勢(shì)）與閉合電路端電壓之差求出

19、的，即在閉合電路中，電源的端電壓等于電源的電動(dòng)勢(shì)減去內(nèi)壓降，其表達(dá)式v UABE-U0 (1-15)v將U0IR0和UAB=IR代入公式（1-15），經(jīng)整理，可得v IE/（R0+R） （1-16）v 這就是說(shuō)，在一個(gè)閉合電路中，電流與電源的電動(dòng)勢(shì)成正比，與電路中的內(nèi)電阻和外電阻之和成反比，這個(gè)規(guī)律稱為全電路歐姆定律。v 在整個(gè)閉合電路中，電流通過(guò)內(nèi)電阻和外電阻都產(chǎn)生電位降。只有在電源內(nèi)部，由于電動(dòng)勢(shì)的作用，使正電荷從低電位移向高電位，因此，我們把電勢(shì)看作電位升。在一個(gè)閉合電路中，電位升和電位降是有一定關(guān)系的，從公式（1-15）可以看到：v EU0UAB 或 EIR0+IR （1-17）v 也

20、就是說(shuō)，在一個(gè)閉合電路中，電位升的數(shù)值和電位降的數(shù)值是相等的。v三、電源的外特性v如圖1-13所示： UE- IR0 (1-18)v 當(dāng)電源電動(dòng)勢(shì)E不變時(shí)，負(fù)載電流I若增加將引起端電壓U的變化。當(dāng)負(fù)載電阻R變小時(shí)，利用全電路歐姆定律可知IE/（R0+R）電流I將增加，隨著電流的增加UE- IR0,端電壓U將減小，我們把這種端電壓隨負(fù)載電流變化的情況，繪成Uf(I)曲線如圖1-14所示。v 由此可見(jiàn)，電源端電壓是受內(nèi)電阻影響的，在額定電流下，內(nèi)電阻增加端電壓則減小。應(yīng)指出，所謂負(fù)載大小，是指通過(guò)負(fù)載電流的大小，而不是指負(fù)載電阻的大小。在電源電勢(shì)一定的情況下，電阻越大，則電流越小，反之電阻越小，則

21、電流越大，即負(fù)載越大。n下面討論兩個(gè)極端情況：n1.電路斷路（開路）n這種情況下，電路中沒(méi)有電流通過(guò)，I=0從公式（1-18）可知U=E，如圖1-15a所示。n2.電路短路n短路，就是負(fù)載或電源兩端被電阻近于零的導(dǎo)體直接連接起來(lái)稱為短路。在這種情況下，如圖1-15b所示，通過(guò)電源的電流I=E/R0；電源的端電壓n UE- IR0E- ER0/ R0=0.n 電源處于短路狀態(tài)時(shí)，它的端電壓U0。這是因?yàn)?，短路時(shí)電流很大，使內(nèi)壓降和電源電勢(shì)相等，或者說(shuō)電源的電位升等于內(nèi)電阻上的電位降，所以對(duì)外電路不顯示電壓的存在了，從外電路看，當(dāng)短路時(shí)，可以認(rèn)為負(fù)載電阻R=0，所以負(fù)載電阻上也沒(méi)有電壓降存在。n

22、應(yīng)當(dāng)指出，短路，在實(shí)際電路中，不僅指電源短路，還可以指電路中某一元件短路。也就是把一元件的兩端用電阻極小的導(dǎo)線連接起來(lái)，這個(gè)元件被短路了，如圖1-16所示。w 短路現(xiàn)象的發(fā)生，常伴隨著電流急劇增加。特別是靠近電源的兩端發(fā)生短路，電流將變得很大很大，這是很危險(xiǎn)的，往往會(huì)造成電源或用電設(shè)備的損壞。為此，在工程上常安裝有熔斷器，防止因短路故障造成更大的危害。w（例1-6）如圖1-17所示，已知負(fù)載電阻R=10，在電路開路情況下，測(cè)得A、B兩端電壓為UR132V，當(dāng)電路接通時(shí)，測(cè)得電流I11A，問(wèn)電源的內(nèi)阻R0和通路情況下的電源端電壓U各等于多少？w解：因?yàn)?UR132V 所以 E= UR132Vw又

23、因?yàn)?R=10 I11Aw所以 U=IR=11*10=110Vw由全電路歐姆定律可以求內(nèi)電阻R0w因?yàn)?I=E/( R0+R)w所以 R0=(E-IR)/I=(132-110)/11=22w如果R被短路,則電流將增加到I=E/ R0=132/2=66A .第五節(jié) 電功、電功率及電器的額定值w 在生產(chǎn)實(shí)踐中，除了用通過(guò)負(fù)載的電流表示負(fù)載的大小外，還常用到電功和電功率，發(fā)電廠和輸電線路的主要任務(wù)在于發(fā)出和輸送大量的電功率。一般電氣設(shè)備如發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、電燈泡都標(biāo)有電功率數(shù)值。因此，電功和電功率是電路計(jì)算的一個(gè)重要問(wèn)題。w 在一個(gè)閉合電路中，存在著能量的轉(zhuǎn)換。前面講過(guò)，電源把其他形式的能量轉(zhuǎn)換成電能

24、，而負(fù)載則把電能轉(zhuǎn)換成其它能量。電的應(yīng)用主要靠電能和其它形式能量之間的相互轉(zhuǎn)換來(lái)為人們服務(wù)的。功是對(duì)能量轉(zhuǎn)換的一種量度，下面討論電功和電功率的計(jì)算問(wèn)題。v一、電功率v 如圖1-18所示，電流的方向是正電荷移動(dòng)的方向。正電荷在電場(chǎng)力的作用下，從高電位移向低電位，電場(chǎng)力對(duì)正電荷作功，這個(gè)功稱為電功?，F(xiàn)在把電場(chǎng)中的C、D兩點(diǎn)改成電路中的兩點(diǎn)，也是完全適合的。如有Q庫(kù)侖的正電荷從電路的C點(diǎn)移到D點(diǎn)，電場(chǎng)力做的電功等于Q和兩點(diǎn)間電壓U的乘積。根據(jù)1-2中公式（1-5）可寫成：UA/Q或 AUQ （1-19）v式中 A電功v U做功區(qū)間兩點(diǎn)間的電壓v Q電荷量v 我們把單位時(shí)間內(nèi)所做的功，稱為電功率，用P

25、表示，即:PA/tv代入公式（1-19）可得：vPA/t=UQ/tv因?yàn)?I=Q/t v所以 PUI (1-20)v即電功率等于電壓和電流的乘積。v也可寫成PI2R或P=U2/RU2G （1-21）n n 電功的單位和機(jī)械功的單位相同，是焦耳，用J表示。電功率的單位是焦耳/秒，又稱瓦特，簡(jiǎn)稱瓦，用W表示。把1S時(shí)間內(nèi)做1J的功，叫做1W，或者說(shuō)1V電壓加在負(fù)載兩端通過(guò)負(fù)載電流為1A，負(fù)載的電功率就是1W。n 較大的電功率用千瓦為單位，符號(hào)是KW。1KW103Wn 千瓦與馬力的換算關(guān)系： 1HP0.736KWn（例1-7）今有一把在U=220V電壓下使用的電烙鐵，測(cè)量出它的電流I=0.364A，

26、問(wèn)該電烙鐵的瓦數(shù)是多少？n 解：PUI220*0.36480Wl二、電能l 功和能是同一事物的兩種狀態(tài)。電功是由消耗電能得到的。因而電能的消耗量就用電流所做的功來(lái)度量。電能用W表示。根據(jù)功率的定義。電能的計(jì)算是用電功率乘時(shí)間來(lái)進(jìn)行的，即l W=P*t (1-22)l 電能與電功的單位相同用焦耳。但實(shí)用上嫌焦耳太小，而用度作為電能的單位，1度電等于1KW的負(fù)載通電1小時(shí)所消耗的電能，或稱千瓦時(shí)。常用Kw.h表示。l （例1-8）某教室裝有6盞40W的日光燈，平均每天用5h，問(wèn)一個(gè)月（30天）用多少度電？l 解：由于鎮(zhèn)流器要消耗一定的電能，所以一盞日光燈實(shí)際消耗功率應(yīng)增加20。l W=P*t =4

27、0(1+0.2)*5*6*30=43.20KWhl 從電路的功率關(guān)系可以看出，負(fù)載需要多少功率，電源就供給多少。在電力系統(tǒng)中每個(gè)電源所供給的電能是有一定限度的，所以一處的負(fù)載功率增大了，就需要限制其它單位的用電，以免使電源過(guò)載二損壞。目前，由于工農(nóng)業(yè)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，對(duì)電力的需要激增，所以要節(jié)約用電。v四、電流的熱效應(yīng)和電器的額定值v 電流通過(guò)金屬導(dǎo)體時(shí)，由于金屬內(nèi)部自由電子的定向移動(dòng)過(guò)程中，不斷地與原子發(fā)生碰撞而發(fā)熱，這種現(xiàn)象稱為電流的熱效應(yīng)。下面討論與電流熱效應(yīng)有關(guān)的問(wèn)題。v1.焦耳-楞次定律v 試驗(yàn)證明，電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體要產(chǎn)生熱量。產(chǎn)生熱量Q的大小與電流I的大小平方、導(dǎo)體的電阻R以及通

28、過(guò)電流的時(shí)間t成正比.即:Q=0.24I2R*4.1868 （1-24）v式中 Q導(dǎo)體通過(guò)電流時(shí)所產(chǎn)生的熱量，Jv I通過(guò)導(dǎo)體的電流 Av R通過(guò)導(dǎo)體的電阻 v t通電時(shí)間 sv 0.24熱功當(dāng)量v 4.1868將卡換算成焦耳的系數(shù)v公式（1-24）為焦耳-楞次定律。根據(jù)歐姆定律I=U/R，該定律可以寫成另一種形式：Q=0.24UIt4.1868v例（1-9）今有一電爐，使用電壓為220V，通電電流為5A，使用2h，問(wèn)它消耗了多少電能？產(chǎn)生了多少熱量？v解：兩小時(shí)消耗的電能v W=P*t= Uit22052=2.2KWhv發(fā)熱量v Q=0.24UIt4.1868=0.242205(23600)

29、 4.1868=7.96106Jv 利用電能轉(zhuǎn)變成熱能的原理，可以制成點(diǎn)爐、電烙鐵等電熱裝置。為了防止短路事故發(fā)生，在電熱器電路中接入熔斷器。熔絲是用低熔點(diǎn)的合金制成，當(dāng)電路中通過(guò)過(guò)大電流時(shí)，熔絲即可熔斷，將切斷負(fù)載電源，從而起到保護(hù)作用。熔絲熔斷后，應(yīng)更換適當(dāng)型號(hào)的熔絲，絕不可用大容量的甚至用銅絲代替，否則不但起不到保護(hù)作用，還將造成嚴(yán)重事故。圖1-19是一般熔斷器的圖形、符號(hào)。v2.電器的額定值v 電流的熱效應(yīng)應(yīng)有可供利用的一面，但它也有不利的一面。因?yàn)槿魏坞姎庠O(shè)備導(dǎo)電部分都有電阻，故在通電后都要發(fā)熱。例如在電機(jī)或變壓器的繞組中，由于發(fā)熱就會(huì)引起溫升，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致絕緣材料的損壞，甚至?xí)?/p>

30、毀電機(jī)、變壓器等。v 電流在導(dǎo)線中產(chǎn)生的熱量，一部分用在使導(dǎo)線溫度上升，另一部份將散失到周圍媒介中去，這部分熱量與導(dǎo)線的散熱面積即導(dǎo)線與媒介溫差成正比。通電的最初階段由于導(dǎo)線與媒介的溫差很小，散失的熱量就減少，大部分熱量都留在導(dǎo)線內(nèi)，使導(dǎo)線溫升很快。但隨著導(dǎo)線溫度的升高，導(dǎo)線與媒介的溫差逐漸增大，因而散失的熱量也逐漸增多，用于使導(dǎo)線溫度上升的熱量就相對(duì)減少，最后，當(dāng)電流產(chǎn)生的熱量全部散失到空間，則導(dǎo)線的溫度不再上升，穩(wěn)定在某一數(shù)值上，這個(gè)溫度叫做穩(wěn)定溫度。由于具體條件不同，導(dǎo)線達(dá)到穩(wěn)定溫度所需要的時(shí)間不大相同。n 導(dǎo)線的溫升不允許超過(guò)一定的限度，因?yàn)闇厣^(guò)高，對(duì)于有絕緣的導(dǎo)線，絕緣層會(huì)被燒焦，

31、即使是裸線，也會(huì)由于過(guò)熱而使其機(jī)械性能變壞。n 對(duì)于電氣設(shè)備，不僅對(duì)電流，而且對(duì)電壓也要限制，因?yàn)殡妷哼^(guò)高，會(huì)使絕緣層遭到擊穿。例如一臺(tái)發(fā)電機(jī)，要使它產(chǎn)生的電功率（EI）大，必須使E與I兩者都大，但都應(yīng)用一定的限度。因此，各種電氣設(shè)備。都要根據(jù)設(shè)計(jì)要求規(guī)定其額定電壓、額定電流和額定功率等等。這些額定值的規(guī)定，都是為了使電氣設(shè)備即能最大限度發(fā)揮它們的效能，又能安全可靠地運(yùn)行。通常，把這些數(shù)據(jù)記載在銘牌上。各種電氣設(shè)備運(yùn)行在額定狀態(tài)下，叫做滿載，超過(guò)額定值工作時(shí)，叫做過(guò)載，過(guò)載會(huì)造成過(guò)熱，是不安全的。但是，如果采取一定的措施，例如加強(qiáng)冷卻以降低設(shè)備溫升，則允許通過(guò)它的電流即可適當(dāng)?shù)脑龃?，功率就可?/p>

32、超過(guò)額定值。另一方面，在低于額定值下工作，雖然安全，但設(shè)備沒(méi)有得到充分的利用。也是不經(jīng)濟(jì)的。因此，在使用設(shè)備時(shí)，必須根據(jù)它的額定值，正確地加以使用。第六節(jié) 簡(jiǎn)單電路的計(jì)算方法v 一段無(wú)源電路中，電壓與電源的關(guān)系，實(shí)際上有兩種可能；線性關(guān)系和非線性關(guān)系。歐姆定律只適用于線性電路電阻，故本節(jié)僅研究有線性電阻組成的線性電路的問(wèn)題。v 電路的計(jì)算問(wèn)題一般分兩類：一類是已知電路的結(jié)構(gòu)、參數(shù)及電源的電動(dòng)勢(shì)，來(lái)決定電路中某些支路的電流、電壓和功率，另一類是已知電路中某些支路的電流和電壓，來(lái)決定電路的結(jié)構(gòu)和選擇元件。前一類問(wèn)題的解決是個(gè)基礎(chǔ)，本節(jié)主要介紹這一類問(wèn)題的解決。v一、電阻的串聯(lián)v 井下電機(jī)車的照明電

33、路，就是具有兩個(gè)電阻的串聯(lián)電路，如圖1-21所示，其中電阻R起限流降壓的作用，防止燈泡R2被燒壞。v串聯(lián)電路具有以下特點(diǎn)：v（1）通過(guò)各電阻中的電流相等。這是有電流的連續(xù)性所決定的，如同水流通過(guò)不同粗細(xì)的水管時(shí)，只要不漏水，在各段水管中流量都是一樣的。v（2）各電阻上電壓降的和等于總電壓。v（3）各電阻上的電壓降的與各自的電阻成正比。v（4）電路的等效阻值（或稱總電阻）等于各個(gè)電阻之和。v 同樣可證明，當(dāng)有更多電阻串聯(lián)時(shí)，R=R1+R2+R3+.v由此可見(jiàn)，串聯(lián)電路的等效電阻值，比每一個(gè)電阻值都大；電阻串聯(lián)越多，等效電阻值越大。w二、電阻的并聯(lián)w井下大巷的照明燈，全是并聯(lián)按法，如圖1-24所示

34、。w并聯(lián)電路具有以下特點(diǎn)：w（1）各并聯(lián)w支路的端電壓相等（忽略導(dǎo)線上的電壓損失）；w（2）總電流為各支路電流的和。因?yàn)樵谕粫r(shí)間t內(nèi)，流入A點(diǎn)的電量Q，必須等于從A點(diǎn)流出到各支路的電量Q1 與Q2的和。所以：I=Q/t= （Q1 Q2）/t=Q1/tQ2/t=I1+I2w（3）各支路電流的大小與其電阻成反比，I1/I2= R1/R2w(4)電路等效電阻的倒數(shù)，等于各支路電阻的倒數(shù)和，即：1/RR1R2R3.w 由此可見(jiàn)，并聯(lián)電路的等效電阻值比每一支路電阻值都小，電阻并聯(lián)愈多，等效電阻值愈小。w 電力網(wǎng)中的負(fù)載，通常都是并聯(lián)的，采用恒壓供電。這樣做的主要原因是：一個(gè)負(fù)載的接通和切斷，不會(huì)影響其

35、它負(fù)載的供電，即彼此可以單獨(dú)控制，不能互相干擾。n三、電阻的混聯(lián)及分壓器（電位器）n1.電阻混聯(lián)電路n 在一段電路中，即有電阻的串聯(lián)，又有電阻的并聯(lián)，這種聯(lián)接方式稱為混合聯(lián)接。計(jì)算電阻混聯(lián)電路時(shí)，要根據(jù)電路的實(shí)際情況，靈活運(yùn)用串聯(lián)和并聯(lián)電路的知識(shí)。先求出并聯(lián)或串聯(lián)部分的等效電阻，逐步簡(jiǎn)化。求出總的等效電阻，計(jì)算出總電流，再求各部分的電壓、電流和功率等。n 如圖1-26a所示，電路的總等效電阻為：RR1R2*R3/（R2+R3）n 如圖1-26b所示，電路的總等效電阻為：R（R1+R2）（R3 +R4）/（R1+R2+R3+R4）v2.分壓電路（分壓器或電位器）v 如圖1-27所示是一個(gè)分壓電路

36、,電阻R為一小滑線電阻,它有兩小固定接頭和另一個(gè)滑動(dòng)觸點(diǎn).固定接頭A和B接在電源上,滑動(dòng)觸頭C接負(fù)載R3的一端，負(fù)載的另一端按在固定接頭A、B上。移動(dòng)滑動(dòng)觸點(diǎn)C，可以改變R3的電壓U2，因而稱為分壓器，或者說(shuō)滑動(dòng)觸點(diǎn)C位置的改變，使它所在的電位發(fā)生改變，因而改變了負(fù)載R3兩端的電位差，所以又稱電位器。v 分壓器的滑動(dòng)觸點(diǎn)C把電阻R分成R1和R2兩部分。當(dāng)負(fù)載開關(guān)斷開時(shí)，RR1+R2;當(dāng)負(fù)載開關(guān)閉合后， R2和R3并聯(lián)，再與R1串聯(lián)，構(gòu)成一個(gè)混聯(lián)電路。第七節(jié) 基爾霍夫定律w 以上研究的電路，都是可以依靠電阻串并聯(lián)化簡(jiǎn)及歐姆定律來(lái)求解的電路，既簡(jiǎn)單電路。此外，還會(huì)遇到另一類電路，如圖1-28所示的

37、兩臺(tái)發(fā)電機(jī)并聯(lián)供電的電路。在E1、E2、r01、r02及R等都已知的情況下，由于三個(gè)電阻之間既無(wú)串聯(lián)關(guān)系又無(wú)并聯(lián)關(guān)系，不能簡(jiǎn)化，所以這個(gè)電路單靠歐姆定律是不能求解的，這類電路叫做復(fù)雜電路。v基爾霍夫定律，是對(duì)任何電路都有效的電路定律，復(fù)雜電路只有利用它才能求解。在討論基爾霍夫定律之前，先介紹兩個(gè)電路上的名詞：v節(jié)點(diǎn)：三條或三條以上支路的連接點(diǎn)。如圖1-28中的A點(diǎn)或B點(diǎn)是節(jié)點(diǎn)，其它點(diǎn)不是節(jié)點(diǎn)。v回路 ：電路中任何閉合的路徑叫回路。如圖1-28中的AGCB、FABD或CBDFAG都是回路。v基爾霍夫定律包括兩個(gè)內(nèi)容，分述如下：v1、基爾霍夫第一定律v在電路中的任一節(jié)點(diǎn)上，流進(jìn)該點(diǎn)電流的和等于流出

38、該點(diǎn)電流的和。如圖1-28中，對(duì)于節(jié)點(diǎn)A流進(jìn)該點(diǎn)的有I1和I2，流出的有I，所以：I I1I2v寫成一般公式 Ir=Ic (1-27) 第一定律說(shuō)明了與電路中某一節(jié)點(diǎn)有關(guān)的各電流之間的關(guān)系，故又叫節(jié)點(diǎn)定律。該定律是電流連續(xù)性這一客觀規(guī)律的具體體現(xiàn)。應(yīng)用該定律時(shí)，如果我們規(guī)定凡流入節(jié)點(diǎn)的電流為負(fù)，則節(jié)點(diǎn)定律又可寫成如下形式： I0 即流入該節(jié)點(diǎn)電流的代數(shù)和等于零。 2.基爾霍夫第二定律 在電路的任一回路中，各電源電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和等于各負(fù)載電壓降的代數(shù)和。 一般表達(dá)式： E=Ir (1-28) 第二定律說(shuō)明了回路中各電動(dòng)勢(shì)和各電阻壓降之間的關(guān)系，故又叫做回路定律。該定律是能量守恒的體現(xiàn)，應(yīng)用該定律時(shí)

39、，應(yīng)注意用的是“代數(shù)和”而不是“算術(shù)和”。第八節(jié) 復(fù)雜電路電流的計(jì)算w 電路的基本定律歐姆定律和基爾霍夫定律，是解決直流電路的基本定律。由于實(shí)際問(wèn)題的多樣性，所以人們歸納出幾種方法，用來(lái)解決各種不同的電路問(wèn)題。w一 、支路電流法w 任何復(fù)雜電路，在已知電路結(jié)構(gòu)和各元件參數(shù)時(shí)，都可以應(yīng)用基爾霍夫定律，以各支路電流為未知量列出若干節(jié)點(diǎn)方程和回路方程，然后聯(lián)立求解，這種解題方法叫支路電流法。w以圖1-30為例來(lái)說(shuō)明支路電流法解題的步驟和注意事項(xiàng)：w（1）任意假定各支路電流的正方向。如果某電流假定的正方向與實(shí)際方向相反，算得的結(jié)果將是負(fù)值。需要注意的是每一支路只能假定一個(gè)電流。v（2）如果電路中有n個(gè)

40、節(jié)點(diǎn)方程不是獨(dú)立的，它可以從已經(jīng)列出的個(gè)方程中解得。v如圖1-30中有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，則（n1）1，即只能列出一個(gè)方程（對(duì)A點(diǎn) ） I1+I2+I3=0v(3)選取最簡(jiǎn)單的回路并假定繞行方向，選取回路時(shí)，每一回路中至少含有一條新支路。v（4）如果支路數(shù)為m，可應(yīng)用基爾霍夫第二定律對(duì)m-（n1）個(gè)回路寫出回路方程。v如圖1-30中有三條支路，可選兩個(gè)回路寫方程式，例如：v對(duì)上回路 E1I1 r1- I3r3 ;對(duì)下回路 E1I3 r3- I2r2v(5)聯(lián)立以上各方程求解。如果已知條件足夠，一定能夠得到肯定的答案。l 三、節(jié)點(diǎn)電壓法l 在復(fù)雜電路中如果只有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，盡管支路、網(wǎng)孔較多，也可以不用解聯(lián)立

41、方程式來(lái)求解支路電流。用節(jié)點(diǎn)電壓法較為方便。l 一般式為：UAB（EG）/G （1-29）l 四、疊加原理l 在線性電路中，當(dāng)有幾個(gè)電動(dòng)勢(shì)同時(shí)作用時(shí)，在某一支路中所產(chǎn)生的電流，等于各個(gè)電動(dòng)勢(shì)單獨(dú)作用時(shí)，在該支路中所產(chǎn)生的電流的代數(shù)和。這個(gè)規(guī)律叫做疊加原理。應(yīng)用疊加原理可以將一個(gè)復(fù)雜電路分解成若干個(gè)簡(jiǎn)單電路，來(lái)求解某一支路電流，這個(gè)方法叫疊加法，解題時(shí)應(yīng)注意：（1）疊加原理只適用于對(duì)線性電路的支路電流的計(jì)算，而不適于功率計(jì)算。（2）分解電路時(shí)應(yīng)保留被取除的電動(dòng)勢(shì)的內(nèi)阻。應(yīng)用疊加法，是能解決很多復(fù)雜問(wèn)題，但計(jì)算繁瑣，所以多用來(lái)對(duì)電路的理論分析。至此，對(duì)直流線性電路的計(jì)算方法，已經(jīng)有了初步認(rèn)識(shí)，欲達(dá)

42、熟練運(yùn)用有待于在實(shí)踐中鞏固和深化。計(jì)算電路時(shí)，一般應(yīng)對(duì)電路分析與處理如下：（1）認(rèn)清對(duì)象，區(qū)別它是簡(jiǎn)單電路還是復(fù)雜電路。第十節(jié) 電容器l一、電容器l電容器是電工技術(shù)中常用的元件之一，如調(diào)諧、耦合、濾波、隔直流等都需要電容器。它的基本結(jié)構(gòu)是用兩導(dǎo)體作極板，中間隔以電介質(zhì)組成。l根據(jù)介質(zhì)材料的不同，常用的電容器可分為：空氣介質(zhì)電容器、液體介質(zhì)電容器、無(wú)機(jī)介質(zhì)電容器、有機(jī)介質(zhì)電容器、電解質(zhì)電容器等幾類。l根據(jù)使用情況的不同，電容器還可分為：固定電容器、可變電容器、微調(diào)電容器等。l在電路圖中電容器常用的符號(hào)如圖140所示，圖a 為固定電容器，b為電解電容器，c為可變電容器，d為微調(diào)電容器。至于電容器的

43、型號(hào)規(guī)格，本書不作介紹，可以查閱有關(guān)手冊(cè) v二、電容v 電容器是儲(chǔ)能元件，它的極板上可以儲(chǔ)存電荷，極板間可以建立電場(chǎng)、儲(chǔ)存能量。當(dāng)極板上的電荷釋放時(shí)，電場(chǎng)中的能量也就釋放出來(lái)。v 電容器的電容量，簡(jiǎn)稱電容，它是電容器的一個(gè)重要參數(shù)，是用來(lái)衡量電容器儲(chǔ)存電荷和建立電場(chǎng)的尺度。充電后的電容器，在兩極板上儲(chǔ)存著數(shù)量相等但符號(hào)相反的電荷，極板之間有電壓。在中，任一極板上的電荷量Q與極板間的電壓U之比為：C= Q/uv 該式是電容的定義式，表示在單位電壓作用下，極板上所儲(chǔ)存的電荷量。比值C是一個(gè)常數(shù)，叫做電容器的電容。電容的單位是法拉，簡(jiǎn)稱法，用F表示。法拉是個(gè)比較大的單位，通常是采用微法與皮法作為計(jì)算

44、單位。v一般電容器的C是常數(shù)，因?yàn)镼與U是成正比的，這樣的電容叫做線性電容。線性電容C的大小，與極板面積、極板間距離和極板間的介質(zhì)有關(guān)。其平板電容器的電容可由下式確定：Csdv式中 S平板面積v d-平板距離v -絕緣材料介電系數(shù)。不同材料的介電系數(shù)不同。v電容器中的絕緣材料，也不是絕對(duì)不導(dǎo)電。當(dāng)電容器兩極板上加電壓過(guò)高時(shí)，在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下絕緣材料也會(huì)產(chǎn)生大量自由電子，使不導(dǎo)電的材料變成導(dǎo)電材料，這種現(xiàn)象叫電擊穿。為了保證電容器正常工作，加在電容器上的電壓，必須有一定的限制，叫做電容的額定電壓。因而在選擇電容器時(shí)，既要考慮電容器的電容量C的大小，還要考慮電容器的額定電壓，二者缺一不可。w三、電

45、容器的充放電w1、電容器的充電w當(dāng)我們把直流電源和電容器接通時(shí)，（如圖142Ak倒向位置1），則會(huì)看到，開始時(shí)檢流計(jì)G偏轉(zhuǎn)一個(gè)較大的角度，隨后逐漸較小到零，而電壓表的讀數(shù)由零逐漸增加到與外電源端電壓相等。電容器電壓增加，說(shuō)明有電荷從電源移到電容器的極板上，這種情況稱電容器的充電。電容器充電的過(guò)程，就是電源向電容器極板供給電荷的過(guò)程。如圖142b所示。w2、電容器的放電。w當(dāng)把圖142中的開關(guān)K轉(zhuǎn)向位置2時(shí)，可以看到檢流計(jì)G又有讀數(shù)，說(shuō)明電路里有電流，但檢流計(jì)的偏轉(zhuǎn)方向與充電時(shí)相反，說(shuō)明電流方向相反。當(dāng)指針說(shuō)轉(zhuǎn)到某一位置后，又逐漸返回零位，說(shuō)明電流由大變小，最后衰減到零。與此同時(shí)，電壓表指示出電

46、容器兩端的電壓數(shù)值，由電源電壓逐漸減小到零。電壓下降時(shí)，檢流計(jì)的讀數(shù) 由大變小，說(shuō)明有電荷從點(diǎn)容器的極板上流出，這種情況叫電容器的放電。如圖142c。v四、電容器的連接v生產(chǎn)實(shí)踐中，當(dāng)電容器的規(guī)格不能滿足需要時(shí)，可將幾個(gè)不同規(guī)格的電容器串聯(lián)或并聯(lián)。下面分別研究不同連接時(shí)，總電容和分電容的關(guān)系。v1、電容器的串聯(lián)v將電容器C1和C2串聯(lián)于直流電路中時(shí)，電容器C1的上極板和電容器C2d下極板便充有等量的正負(fù)電荷，于是兩個(gè)中間極板也就會(huì)感應(yīng)出等號(hào)的正負(fù)電荷，如圖145所示。因此，串聯(lián)電容器的電量相等，即Q1Q2Q。v由于兩電容器各自的極板上儲(chǔ)存了電荷，兩極板間便產(chǎn)生了電位差（即電壓），設(shè)電容器C1和

47、C2兩極板間的電壓分別是Uab和Ubc，則根據(jù)129式便有：vC1Uab;C2=Uacv串聯(lián)后合成的總電容為：Cquv又 UUab/ Ubcv將C1、 C2 、C代入上式，并整理得：v1C=1/ C11C2+1/Cnv2、電容器的并聯(lián)v當(dāng)電容器C1和 C2并聯(lián)于直流電路中時(shí)，如圖146。各個(gè)電容器上的電壓是相等的。即U1U2Uv由于電容器上的電量Q與其電壓成正比，便有v Q1= C1U；Q2= C2U；Q= CUv又 Q= Q1+Q2v將Q1、 Q2 、Q代入上式，并整理得：v上式說(shuō)明，電容器并聯(lián)時(shí)，等效電容等于各電容器的電容之和，寫成一般形式，即vCC1+C2Cn (1-37)v可見(jiàn)，電容器

48、并聯(lián)得越多，等效電容就越大。第二章 電流的磁場(chǎng)、磁路及電磁感應(yīng)v一、磁鐵、磁場(chǎng)、磁路v1、磁鐵：帶有磁性的物體，且能吸引鐵、鈷等金屬物質(zhì)的物體稱磁鐵。v2、磁場(chǎng)：磁鐵周圍產(chǎn)生磁性的范圍叫磁場(chǎng)。磁鐵的兩端磁性最強(qiáng)處為兩個(gè)級(jí)，南極用字母“S”表示；北極用字母“N”表示。v3、磁路：在磁場(chǎng)中磁力作用的通路叫磁路。v二、磁通密度、磁通v1、磁通密度：反映磁場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量叫磁通密度（或磁感應(yīng)強(qiáng)度），可用字母“B”表示。因?yàn)榇艌?chǎng)的強(qiáng)弱可用磁力線的密度來(lái)表示，所以磁通密度的大小可用磁場(chǎng)中垂直通過(guò)每單位面積的磁力線根數(shù)來(lái)表示。v2、磁通：穿過(guò)磁場(chǎng)中某一個(gè)面的磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量的通量叫做磁通，用字母“”表示。再均勻

49、磁場(chǎng)中，穿過(guò)垂直于磁場(chǎng)方向某一個(gè)面的磁通就等于磁感應(yīng)強(qiáng)度B與這個(gè)面積S的乘積，即：=BSv三、怎樣判斷通電導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向v凡導(dǎo)體通過(guò)電流，其周圍都會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。磁場(chǎng)的強(qiáng)弱與通過(guò)電流的大小有關(guān)，可磁場(chǎng)方向則與電流方向有關(guān)。對(duì)于通電導(dǎo)體周圍磁場(chǎng)，其磁力線方向與電流方向的關(guān)系可用右手螺旋定則來(lái)確定，即用右手握住通電導(dǎo)體，拇指伸直并指向電流方向，則其余四指所指的方向便是磁力線即磁場(chǎng)方向，如圖21a所示。對(duì)于通電螺線線圈周圍的磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向仍用右手螺旋定則判斷，即四指指向線圈中的電流方向，伸直的拇指就表示磁力線方向，如圖21b所示。v四、什么是左手定則？電磁力的大小如何表達(dá)？v通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中將受到電

50、磁力的作用，受力方向可用左手定則來(lái)判斷，即伸開左手于磁場(chǎng)內(nèi)，讓磁力線直穿過(guò)手心，四指伸直指向電流方向，則與四指垂直的拇指的指向便是導(dǎo)體所受電磁力的方向。v應(yīng)用左手定則可以判斷通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)重的運(yùn)動(dòng)方向，它和電動(dòng)機(jī)原理相同，所以左手定則也稱電動(dòng)機(jī)左手定則。v電磁力大小可用下式表示：FBILsina（N）v式中F-電磁力v B磁感應(yīng)強(qiáng)度v I導(dǎo)體電流v L通電導(dǎo)體有效長(zhǎng)度v a導(dǎo)體方向與磁場(chǎng)方向的夾角 v五、什么是右手定則？感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)如何表達(dá)？v答：導(dǎo)體在磁場(chǎng)中作切割線運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向可用右手定則來(lái)判斷，即伸右手于磁場(chǎng)內(nèi)，使手心正對(duì)磁場(chǎng)的方向，拇指代表導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向，則伸直

51、的四指（與拇指垂直）就表示感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向。v感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小可用下式表示：e=BLVsina（v）v式中 e感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)vB磁通密度vL導(dǎo)體切割磁力線的有效長(zhǎng)度vV導(dǎo)體運(yùn)行速度va導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向的夾角六、什么是自感電動(dòng)勢(shì)？它的大小與哪些因素有關(guān)？v1、自感電動(dòng)勢(shì)：當(dāng)線圈中通過(guò)電流時(shí)，線圈周圍一定會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。若線圈中電流發(fā)生變化時(shí)，由這個(gè)變化的電流所發(fā)生的磁通也將遂著變化，這個(gè)變化的磁通將在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。由于這個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是由線圈本身的電流變化而產(chǎn)生的，所以叫自感電動(dòng)勢(shì)。 v自感電動(dòng)勢(shì)的方向總是反抗線圈中磁通變化。當(dāng)電流增加時(shí)，自感電動(dòng)勢(shì)的方向與電流方向相反，力圖阻止電流增加；而當(dāng)

52、電流減小時(shí)，自感電動(dòng)勢(shì)的方向和電流方向相同，力圖阻止電流減小。v2、自感電動(dòng)勢(shì)大小是由下列因素決定的：v（1）、與電流變化的快慢有關(guān)。電流變化快慢通常用電流變化率表明。所謂電流變化率是指在很短的時(shí)間內(nèi)電流變化的數(shù)值與這段時(shí)間的比值。v（2）、與線圈本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)。v（3）、與線圈周圍介質(zhì)有關(guān)。v七、什么是互感現(xiàn)象？v將二個(gè)線圈放在一起，當(dāng)線圈的電流發(fā)生變化時(shí)，就會(huì)使線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象叫做互感現(xiàn)象。v八、什么是互感電動(dòng)勢(shì)？v兩個(gè)互相靠近的線圈，當(dāng)一個(gè)線圈接通電源時(shí)，由于本線圈電流的變化將引起磁通變化，這個(gè)變化的磁通除穿過(guò)本身線圈外，還有一部穿過(guò)它靠近的另一線圈，因此在另一線圈中也產(chǎn)生

53、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱互感，由互感產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱互感電動(dòng)勢(shì)。第三章 正弦交流電路v1、什么是交流電？為什么目前普遍應(yīng)用交流電？v交流是指電路中的電流、電壓及電動(dòng)勢(shì)的大小和方向都隨時(shí)間按正弦函數(shù)規(guī)律變化，這種隨時(shí)間做周期性變化的電流稱交變電流，簡(jiǎn)稱交流。v交流電可以通過(guò)變壓器交換電壓，在遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，通過(guò)升高電壓以減少線路損耗，獲得最佳經(jīng)濟(jì)效果。而向需要各種不同電壓的用戶供電時(shí)，又可以通過(guò)降壓變壓器把高壓變?yōu)榈蛪?，既有利于安全，又能降低?duì)設(shè)備的絕緣要求。此外，交流電動(dòng)機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)比較，則具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、維護(hù)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，所以交流電獲得廣泛地應(yīng)用。交流電在一個(gè)周期內(nèi)，正半周和負(fù)半周的數(shù)值相

54、等，所以它在一個(gè)周期內(nèi)的平均值等于零，這實(shí)際上沒(méi)有什么意義。所謂交流電的平均值，是指交流電在半個(gè)周期內(nèi)，在同一方向通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電量與與半個(gè)周期時(shí)間的比值。常用Ip和Up來(lái)表示電流、電壓的平均值。平均值與最大值和有效值的關(guān)系為：Up=0.637Um=0.9U4、什么是交流電的相位、相位差？線圈在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)時(shí)，導(dǎo)線切割磁力線會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，它的變化規(guī)律可用正弦曲線表示。如果取3個(gè)線圈，將它們?cè)诳臻g位置上相差120o角，3個(gè)線圈仍舊在磁場(chǎng)中以相同速度旋轉(zhuǎn)，一定會(huì)感應(yīng)出3個(gè)頻率相同的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。由于3個(gè)線圈在空間互相差120o，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的變化在經(jīng)過(guò)最大值時(shí)就有先后差別，這種先后差別在交流電里叫

55、相位差。而相位是反映在正弦量的進(jìn)程，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)處于不同的時(shí)刻，就有不同的相位。l5、純電阻交流電路中，電流與電壓的關(guān)系如何？l 當(dāng)交流電路中只有電阻元件，而電感和電容兩個(gè)參數(shù)的影響可以忽略不計(jì)時(shí)，這樣的交流電路稱純電阻電路。l6、什么叫瞬時(shí)功率和有功功率？l 交流電路中的電壓、電流是變化的，所以功率也是變化的，每一瞬間電壓與電流的乘積稱瞬時(shí)功率。l 由于純電阻電路的電壓與電流同相，所以瞬時(shí)功率總是正的，這就意味著不論電壓與電流的大小和方向如何變化，電阻總是從電源吸收電能，即電阻總是消耗功率7、什么是感抗？l 交流電路的感抗，表示電感對(duì)正弦電流的限制作用。在純電感交流電路中，電壓有效值與電流有效值

56、的比值稱為感抗，用符號(hào)XL表示。8、純電容交流電路中，電壓與電流的關(guān)系如何？純電容交流電路如右圖所示。電容器接在直流電路中，只有短暫的充放電電流。電容器接在交流電路中，由于電壓大小和方向不斷變化，則電容器將不斷地被充電和放電，使電路中產(chǎn)生交流電流。設(shè)電容兩端的電壓按正弦規(guī)律變化，即:Uc =Ucmsint則電容極板上的電荷量q也按正弦規(guī)律變化，即：q =Cucmsint此時(shí)電容器中的電流為：iImsin（t90）9、什么叫諧振？ 由電容和電感組成的電路，在外加電源的作用下將引起振蕩。調(diào)節(jié)電感或電容值使感抗和容抗相等，則電路的總電流等與零。在這種情況下，電路的阻抗角等于零，電路中的電流和電壓就出

57、現(xiàn)了同相位的情況，電路的這種狀態(tài)稱為諧振。在諧振時(shí)，電路的阻抗只呈現(xiàn)純電阻v10、什么叫串聯(lián)諧振？它是怎樣產(chǎn)生的？v在電阻、電感和電容的串聯(lián)電路中，出現(xiàn)電路端電壓和總電流同相位的現(xiàn)象叫做串聯(lián)諧振。v在RLC串聯(lián)電路中，只有當(dāng)感抗XL等于容抗Xc時(shí)，端電壓U才能和電流I同相位，所以產(chǎn)生串聯(lián)諧振的條件是：vL=1/。cv當(dāng)電路參數(shù)L、C一定時(shí)，可改變頻率使電路諧振，諧振的頻率為：vf0=1/2LCvf0又稱為固有振蕩頻率。v當(dāng)電源的頻率一定時(shí)，通過(guò)改變電感或電容，也可以使電路諧振。v11、什么是三相交流電源？它有什么用途？v有三個(gè)頻率相同、振幅相等、相位依次相差120度的交流電勢(shì)組成的電源，稱三相

58、交流電源。v三相交流電源是由三相發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的，目前工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所用的動(dòng)力電源幾乎全部采用三相交流電源，日常生活中所用的單相交流電也是由三相交流電源提供的，單獨(dú)的單相交流電源現(xiàn)在已經(jīng)很少采用了。v12、什么叫相電壓、線電壓、相電流、線電流？v（1）相電壓：三相電路中，每相頭尾之間的電壓叫做相電壓，通常用字母U表示。v（2）線電壓：相與相之間的電壓叫做線電壓，線電壓通常用字母UX表示。v（3）相電流：三相電路中，流過(guò)每相電源或每相負(fù)載的電流叫做相電流，通常用字 母I表示。v（4）線電流：流過(guò)各相端線的電流叫線電流，用字母I表示。 將三相繞組的末端連在一起，從始斷分別引出導(dǎo)線，這就是星形連接。通常繞組

59、的始端用字母ABC表示，末端用字母XYZ表示。繞組始端引出的線稱為火線，三相繞組末端連接在一起的公共點(diǎn)“0”稱為中性點(diǎn)。三相負(fù)載的星形連接和三相電源相同。星形連接時(shí)，線電流等于相電流，即：Ix=I14、什么叫三相電源和負(fù)載的三角形連接？其相、線電壓的關(guān)系如何？把一相繞組的末端與鄰相繞組的始端順序連接起來(lái)，即X與B相連，Y與C相連，Z與A相連，構(gòu)成一個(gè)三角形回路；再?gòu)娜齻€(gè)連接點(diǎn)引出三根端線，這種連接方法稱三角形連接。三相電源和負(fù)載的三角形連接方法相同。三角形連接中，每相繞組兩端的電壓叫線電壓，因此，相電壓等于線電壓。即：Ux=U15、怎樣計(jì)算三相電路的功率？w一個(gè)三相電源發(fā)出的總有功功率等于每相

60、電源發(fā)出的有功功率之和；一個(gè)三相負(fù)載消耗的總有功功率等于每相負(fù)載消耗的有功功率之和。不論是星形連接還是三角形連接，只要三相電路對(duì)稱，就等于3倍的單相功率；若三相負(fù)載不對(duì)稱，則應(yīng)分別計(jì)算各相功率，三相功率等于各相功率之和。第一節(jié) 半導(dǎo)體器件 1 半導(dǎo)體有哪些主要特征？ 半導(dǎo)體有三個(gè)主要特性：（1）光敏特性；（2）熱敏特性 （3）摻雜特性 在同一半導(dǎo)體上，當(dāng)外部條件發(fā)生變化時(shí)，其導(dǎo)電性能也將隨著起變化。如：某些半導(dǎo)體受到強(qiáng)烈光線照射時(shí)，其導(dǎo)電性能大大增強(qiáng)；當(dāng)光線移開時(shí)，其導(dǎo)電性能大大減弱，幾乎近于絕緣體，這就是半導(dǎo)體的光敏特性。此外，當(dāng)外界環(huán)境溫度升高時(shí)，半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能也隨溫度的升高而增高，這就