維修電工技能大賽培訓(xùn)教案

第一部分電工基礎(chǔ)知識(shí)1第一章直流電路本章主要研究直流電路的基本概念、基本定律和分析電路的方法，它是進(jìn)一步認(rèn)識(shí)其他電路的基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)時(shí)，既要弄清各物理量的意義，又要學(xué)會(huì)靈活運(yùn)用電路的基本定律，以解決電路中的具體問題。2第一節(jié)電路基礎(chǔ)一、電路的概念電路是電流經(jīng)過的路徑，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。3（3）、連接導(dǎo)線：是傳輸電能的，例如把電源產(chǎn)生的電能輸送給負(fù)載。（4）、輔助設(shè)備：是用來控制電路的電氣設(shè)備，例如開關(guān)、接線端子等，如圖1－1就是一個(gè)由電池（電源）、燈泡（負(fù)載）、連接導(dǎo)線和開關(guān)（輔助設(shè)備）組成的簡(jiǎn)單電路。電路圖并不反映電路的實(shí)際尺寸和設(shè)備的具體結(jié)構(gòu)，也不反映它的真實(shí)位置，也不要求按比例繪制。它只反映電路中在電氣方面相互聯(lián)系的實(shí)際情況，便于對(duì)電路進(jìn)行分析和計(jì)算。它與機(jī)械圖和電氣裝配圖不同。4二、電路圖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)來代替實(shí)物。如圖1－2是幾種常見的電氣設(shè)備的圖形符號(hào)。用圖形符號(hào)繪制的圖稱為電路圖。圖1－1就是利用電工符號(hào)繪成的電路圖雖說電路是電流通過的道路，但要使電路中通過持續(xù)電流，還需要有兩個(gè)條件：一是電路形成閉合回路；二是電源兩端要有電壓。如果圖1－1中的開關(guān)不閉合，燈泡就會(huì)不亮，因?yàn)殡娐窙]有形成閉合回路，電路中無電流。若圖1－1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。5三、電場(chǎng)

大家知道，一切物質(zhì)都是由分子和原子組成，兒原子是帶正電的原子核和帶負(fù)電的電子組成。在正常情況下，二者正負(fù)電量相等，所以，物體對(duì)外界不顯示任何電性。當(dāng)人們用摩擦或感應(yīng)等方法使物體失掉一些電子或獲得一些電子時(shí)，就顯示出電性了。失掉電子則顯正電性，獲得電子則顯負(fù)電性，稱這種物體為帶電體。6

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1－3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。7

為了直觀而形象地描繪靜電場(chǎng)，人們把極微小的正電荷在電場(chǎng)中各點(diǎn)受力的方向作為切線方向而描繪出來的線稱為電力線。因此，電力線具有以下性質(zhì)：（1）、電力線的方向：由正電荷起到負(fù)電荷止；（2）、電力線上任何一點(diǎn)的切線方向，都是在該點(diǎn)放一個(gè)正電荷所受靜電場(chǎng)力的方向。（3）、電力線彼此不能相交。8圖1－4a和圖1－4b繪出了孤立帶電球體的電力線；圖1－4c是兩個(gè)異性帶電球體形成電場(chǎng)的電力線；圖1－4d是兩塊板面很大、距離很近、帶異性電荷平行板中間部分電場(chǎng)的電力線。上面我們對(duì)靜電場(chǎng)的性質(zhì)進(jìn)行了分析，下面在對(duì)它作定量分析。1.電場(chǎng)長(zhǎng)度我們把帶電量很微小、尺寸很微小的電荷防在靜電場(chǎng)中（這樣的電荷稱為試驗(yàn)電荷。它小到放入所研究的電場(chǎng)中，不會(huì)改變這個(gè)點(diǎn)場(chǎng)的分布），我們發(fā)現(xiàn)，同一試驗(yàn)電荷在不同的電場(chǎng)內(nèi)或同一電場(chǎng)的一個(gè)固定點(diǎn)上進(jìn)行試驗(yàn)，會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)引人注意的特性，那就是：改變?cè)囼?yàn)電荷的電量，受力的大小也隨著改變，且受力大小與實(shí)驗(yàn)電荷所帶電量成正比，或者說，它們的比值是一個(gè)固定的數(shù)值?？梢姡@個(gè)比值反映了電場(chǎng)某一點(diǎn)的特性。9

于是，我們把試驗(yàn)電荷在電場(chǎng)某一點(diǎn)所受的電場(chǎng)力F與實(shí)驗(yàn)電荷量Q的比值，定義為電場(chǎng)強(qiáng)度，即:E＝F/Q（1－1）式中：E――電場(chǎng)強(qiáng)度F――電場(chǎng)力Q――電荷量10

電場(chǎng)強(qiáng)度是反映電場(chǎng)對(duì)單位電荷作用力強(qiáng)弱程度的一小量，它不僅有大小且有方向，是一個(gè)矢量。它的方向規(guī)定為正試驗(yàn)電荷在該點(diǎn)的受力方向。也可把電力線叫電場(chǎng)強(qiáng)度線。電力線任一點(diǎn)的切線方向和該點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的方向是一致的。從圖1－4可以看到，如果按電力線的作圖規(guī)則，從正電荷指向負(fù)電荷（中途不能增減或中斷），而且不能交叉，電力線分布的疏密程度也不一定相同。如帶電球體的電場(chǎng)，越是靠近球體則電力線越密，這說明越是靠近球體，電場(chǎng)強(qiáng)度越強(qiáng)。所以，還可以用電力線的密度來表示電場(chǎng)強(qiáng)度的強(qiáng)弱。我們把電場(chǎng)中各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小一樣、方向一致，或電力線互相平行、均勻分布的電場(chǎng)稱為均勻電場(chǎng)。圖1－4a、b、c是不均勻電場(chǎng)，圖1－4d為均勻電場(chǎng)。11

2.庫侖定律上面我們介紹了一個(gè)帶電體的周圍形成電場(chǎng)，并指出了在電場(chǎng)某一點(diǎn)上單位電荷所受的力，就是這一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度。下面討論兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的作用力問題。什么是點(diǎn)電荷呢？如果兩帶電體，當(dāng)它們尺寸的大小和它們之間的距離相比小到可以忽略不計(jì)時(shí)，這種帶電體可以認(rèn)為是點(diǎn)電荷。試驗(yàn)證明，兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的作用力，和這兩個(gè)點(diǎn)電荷電荷量的乘積成正比，和它們之間的距離的平方成反比。如圖1－5兩電荷之間的作用力可以寫成：F∝Q1Q2/r2寫成等式為F＝KQ1Q2/r2式中K――為比例常數(shù)，它的數(shù)值與電場(chǎng)所在的空間的介質(zhì)（如空氣、礦物油、云母等）有關(guān)。在實(shí)用單位制中K＝1/4πε將K代入F式中可得F＝Q1Q2/4πεr2（1－2）公式（1－2）就是庫侖定律的表達(dá)式。

注意：庫侖定律的表達(dá)式只適用于計(jì)算點(diǎn)電荷之間的作用力，而任意形狀的兩個(gè)帶電體之間作用力不能直接應(yīng)用這個(gè)公式。

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3.介電系數(shù)

按照公式（1－2），在給定Q1和Q2以及r的情況下，通過實(shí)驗(yàn)可以測(cè)出F力的大小，因而可以計(jì)算出在各種介質(zhì)情況下的介電系數(shù)值。例如在真空中做實(shí)驗(yàn)，可以求出真空中的介電系數(shù)。其它介質(zhì)中的介電系數(shù)與真空中的介電系數(shù)的比值稱做相對(duì)介質(zhì)系數(shù)，用εr表示，即εr＝ε/ε0或ε＝εr*ε0εr――相對(duì)介電系數(shù)ε0――真空介電系數(shù)，C/Vmε――介質(zhì)的絕對(duì)介電系數(shù)134.關(guān)于單位制

上面講的電場(chǎng)中的幾個(gè)計(jì)算公式，在進(jìn)行定量運(yùn)算時(shí)，必須采用一定的計(jì)量單位制。本書采用國(guó)際單位制。由于在我國(guó)當(dāng)前實(shí)際使用的一些技術(shù)資料中仍有個(gè)別單位為非國(guó)際制單位，如磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位用高斯<GS><化為國(guó)際單位制：1GS＝10－4T>，電阻系數(shù)的單位用歐.毫米2/米<Ω.mm2/m>等，本書引用的有關(guān)數(shù)據(jù)和例題中亦暫時(shí)使用此種單位。國(guó)際單位制規(guī)定：長(zhǎng)度用米作單位；質(zhì)量用公斤作單位；時(shí)間用秒作單位；電流用安培作單位等。利用這些基本單位就可以導(dǎo)出其它各物理量的單位。14第二節(jié)電路的基本物理量一、電流由第一章第一節(jié)中知道，原子是由原子核和圍繞它運(yùn)行的電子所構(gòu)成。對(duì)金屬來說，原子核外圍的電子與原子核的結(jié)合力很弱，容易脫離原子核的引力而在金屬內(nèi)部自由移動(dòng)。這些電子稱為自由電子。在一般情況下，自由電子的運(yùn)動(dòng)是雜亂的。電解液中的正負(fù)離子，也是在液體中自由移動(dòng)，它們的運(yùn)動(dòng)也是雜亂的。當(dāng)把導(dǎo)體接到電源上形成閉合電路后，電源就會(huì)在導(dǎo)體中形成電場(chǎng)，在電場(chǎng)力的作用下，金屬內(nèi)部的自由電子或電解液中的正負(fù)離子，便沿電場(chǎng)力的方向做有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，形成電流。我們所指的電流，就是指做定向有規(guī)則運(yùn)動(dòng)的電子流。我們所指的導(dǎo)體，就是指在電場(chǎng)力的作用下容易使其自由電子或離子做有規(guī)則的定向運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)電物體。151.電流的大小用單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體某一橫截面的電荷量多少來衡量電流的大小用單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體某一橫截面的電荷量多少來衡量電流的大小，稱作電流強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱電流，用I表示，即:I=Q/t;式中I――電流，AQ――電量，CT――時(shí)間，S由<1－3>式可以導(dǎo)出電流的單位：（I）＝［Q/T］=庫侖（C）/秒（S）＝安培（A）1秒鐘內(nèi)通過1庫侖的電荷量時(shí)的電流強(qiáng)度為1安培。計(jì)算微量電流時(shí)常用毫秒（mA）、微安（μA）為單位，而計(jì)量大電流時(shí)則采用千安（kA）。1A=1000mA1mA=1000μA1kA＝1000A測(cè)量電流的儀表稱為電流表，由于量程不同，分別有安培表、毫安表。由定義可以看出，電流這一名詞，即表示一種物理現(xiàn)象，又表示一種物理量。究竟指哪種，結(jié)合實(shí)際情況是不難領(lǐng)會(huì)的。162.電流的方向由于歷史的原因，在習(xí)慣上將正電荷運(yùn)動(dòng)的方向作為電流的方向。在圖1－6中因?yàn)閳?chǎng)強(qiáng)E是表示正電荷受力的方向的，故知電流的方向是和導(dǎo)體中場(chǎng)強(qiáng)E的方向是一致的。3.電流密度同一電流通過不同的截面，其電流密度不同。單位截面內(nèi)通過的電流稱作電流密度。在直流電路中電流時(shí)均勻分布在導(dǎo)體的橫截面上，電流密度可以用下式表示：δ＝I/S（1－4）式中δ――電流密度A/mm2I――電流AS――導(dǎo)體截面，mm217二、電壓和電位1、電壓大家知道，電路中的電流大小與導(dǎo)體中電場(chǎng)強(qiáng)弱有關(guān)。盡管如此，通常很少直接應(yīng)用電場(chǎng)強(qiáng)度E來說明電路的工作狀態(tài)，而多采用電壓來描述電路的工作情況。因?yàn)閮牲c(diǎn)間的電壓可以很方便地使用儀表進(jìn)行測(cè)量。圖1－7表示長(zhǎng)度為L(zhǎng)AB的一段導(dǎo)體，其中有電場(chǎng)在作用，場(chǎng)強(qiáng)為E，設(shè)在電場(chǎng)力F的作用下正電荷Q由A移到B，移動(dòng)距離為L(zhǎng)AB,則電場(chǎng)力將做功:A＝F*LAB18從物理學(xué)中知道電場(chǎng)力移動(dòng)單位正電荷Q由A移到B點(diǎn)所作的功，定義為A、B兩點(diǎn)間的電壓就是1伏特，簡(jiǎn)稱伏，用V表示。測(cè)量電壓的儀表叫電壓表。計(jì)量低電壓時(shí)還可以采用毫伏（mV）、微伏（μV）作單位，而計(jì)量高電壓時(shí)則采用千伏(kv)作單位。1mV＝10－3V1μV＝10－6V1kv＝103V在均勻電場(chǎng)中A＝F*LAB，代入（1－5）式中，可得到勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的電壓：UAB＝F*LAB/Q=（F*/Q）LAB＝ELAB(1－6)即對(duì)同一長(zhǎng)度的導(dǎo)體來說，電壓與電場(chǎng)強(qiáng)度成正比。在實(shí)踐中我們發(fā)現(xiàn)導(dǎo)體兩端電壓越高，電流就越大，導(dǎo)體中的電場(chǎng)就越強(qiáng)。192、電位除電壓外，在電工技術(shù)中還經(jīng)常用電位這個(gè)物理量，并把電壓叫做電位差。那么，什么是電位呢？下面我們就來研究這個(gè)問題。在電場(chǎng)中，我們指定點(diǎn)“0”作參考點(diǎn)，而把電場(chǎng)中任意點(diǎn)A與參考點(diǎn)之間的電壓UA0稱為該點(diǎn)的電位，用Ψ表示。如A點(diǎn)的電位可以寫成ΨA。電位參考點(diǎn)（指盯電位是零的點(diǎn)）是可以任意選擇的。在工程技術(shù)上常選用“大地”為電位參考點(diǎn)，而把某點(diǎn)對(duì)低電壓的大小看成該點(diǎn)電位的高低。當(dāng)沒有明確接地點(diǎn)時(shí)，也可以再任選一點(diǎn)為電位參考點(diǎn)。但必須指出，在同一系統(tǒng)中，只能選一個(gè)參考點(diǎn)。比參考點(diǎn)高的電位為正電位，比參考點(diǎn)低的電位為負(fù)電位。要比較同一電場(chǎng)中的兩個(gè)點(diǎn)的電位高低，應(yīng)把它們分別與參考點(diǎn)比較之后才能判斷。如A點(diǎn)比參考點(diǎn)高2V，B點(diǎn)比參考點(diǎn)高3V，就可知道B點(diǎn)比A點(diǎn)高1V，可見，不確定參考點(diǎn)是無法確定某一點(diǎn)電位的。20還應(yīng)指出，當(dāng)電位參考點(diǎn)選定以后，電路中各點(diǎn)的電位，只有一個(gè)固定的單一數(shù)值，叫做電位單值性原理。電位和電壓是什么關(guān)系呢？下面我們來討論電場(chǎng)中任意兩點(diǎn)A和B的電位(ΨA和ΨB)與這兩點(diǎn)間的電壓UAB的關(guān)系。仍然取0點(diǎn)為電位參考點(diǎn)，則ΨA=UA0ΨB＝UB0。兩點(diǎn)電位之差為：UA0+UB0=UAB或UAB=ΨA－ΨB所以說，電場(chǎng)中A，B兩點(diǎn)間的電壓就等于A、B兩點(diǎn)的電位之差。電壓用兩個(gè)字母標(biāo)注其下角，電位用一個(gè)字母標(biāo)注下角。電位和電壓的單位都是伏（V）電壓與電位都是表示電場(chǎng)力推動(dòng)單位正電荷做功多少的物理量，這是相同之處。它們的區(qū)別是電路中某兩點(diǎn)間電壓的大小是絕對(duì)的，而某點(diǎn)電位的大小是相對(duì)的。電壓的方向是從高電位點(diǎn)到低電位點(diǎn)，即電位降的方向（習(xí)慣上稱為電壓降）。為了計(jì)算和研究問題方便，電壓和電流都可以選定一個(gè)正方向。當(dāng)電壓的方向與所選定的正方向一致時(shí)，電壓為正值，反之為負(fù)值。21三、電動(dòng)勢(shì)

在電路中,如僅僅存在電場(chǎng)力是不可能維持恒定電流的.這是由于電場(chǎng)力在推動(dòng)電荷做功的同時(shí),電場(chǎng)力本身也在逐漸減少.為了維持在電路中流過恒定的電流,就必須設(shè)法不斷地向線路補(bǔ)充能量.只有使電路兩端維持恒定的電場(chǎng)力,通過負(fù)載的恒定電流才能實(shí)現(xiàn).這種向電路補(bǔ)充能量的裝置叫電源.現(xiàn)以發(fā)電機(jī)為例,當(dāng)原動(dòng)機(jī)(汽輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī))帶動(dòng)，使發(fā)電機(jī)內(nèi)的導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中的每個(gè)自由電子，都要受到一種磁場(chǎng)力的作用（詳見第二章），而磁場(chǎng)力和電場(chǎng)力的性質(zhì)完全不同。把它叫做電源力（或局外力），用Fy表示。22在電源內(nèi)部的自由電子受到電源力Fy的作用從而從A端移向B端，如圖1－8所示，于是A端因缺少自由電子而帶正電，B端因自由電子過剩而帶負(fù)電，結(jié)果導(dǎo)體內(nèi)部出現(xiàn)了電場(chǎng)。正在向兩極分化的自由電子，除了受到電源力Fy的作用之外，還受到一個(gè)電場(chǎng)力F的作用，這里F與Fy的方向相反。隨著兩極上正負(fù)電荷的積累，F(xiàn)也愈來愈大。當(dāng)F增大到與Fy相等時(shí)，導(dǎo)體中的自由電子停止了移動(dòng)，達(dá)到了暫時(shí)的平衡，這時(shí)在發(fā)電機(jī)兩端形成了穩(wěn)定的正負(fù)極性。正極電位高于負(fù)極電位，兩端有了電位差即電壓。如果將發(fā)電機(jī)與負(fù)載接通，這時(shí)電場(chǎng)力F使外電路產(chǎn)生電流，其方向是從正極經(jīng)負(fù)載到負(fù)極。電流的出現(xiàn)企圖減少兩電極所帶的電量，削弱電場(chǎng)，破壞F與Fy的平衡。在Fy的推動(dòng)下有向兩極補(bǔ)充了電量，于是在電源的內(nèi)電路中也產(chǎn)生了電流，其方向是從負(fù)極到正極。整個(gè)電路是在動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)下工作的。所以，有了電源之后，由于電源力Fy的存在，連續(xù)的向兩極補(bǔ)充電荷，所以在電路中就可產(chǎn)生持續(xù)電流。

23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)（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：E＝A/Q（1－7）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。24四、電阻與電導(dǎo)、電阻與溫度的關(guān)系1.電阻任何導(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。近代物理學(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)。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（Ω），簡(jiǎn)稱歐。25當(dāng)導(dǎo)體兩端的電壓1V、導(dǎo)體內(nèi)通過的電流1A時(shí)，其電阻就是1Ω。電阻很大時(shí)，用千歐（KΩ）、兆歐（MΩ）為單位。1KΩ＝103Ω1MΩ＝106Ω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：R＝ρL/S（1－8）式中L――導(dǎo)體長(zhǎng)度mS――導(dǎo)體截面mm2ρ――電阻系數(shù)Ωmm2/m由式（1－8）可以看出，電阻系數(shù)ρ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)1m而橫截面是1mm2的導(dǎo)線的電阻數(shù)值。26

不同導(dǎo)電材料，有不同的電阻系數(shù)。在金屬材料中，銀的電阻最小，導(dǎo)電性能最好，其次是銅，再次是鋁。一般的電機(jī)、變壓器的繞組多采用銅線。銀的電阻系數(shù)很小是優(yōu)質(zhì)導(dǎo)電材料，但它是貴重金屬之一，只用于特殊場(chǎng)合（如一些電器設(shè)備的觸點(diǎn)）。雖然鋁線電阻系數(shù)較大，機(jī)械強(qiáng)度較低，不易焊接，但鋁線產(chǎn)量多，成本低。應(yīng)當(dāng)克服困難盡量以鋁代鋼。特別是某些架空線，采用了鋼芯鋁絞線，得到了廣泛的應(yīng)用。另一方面有些電氣設(shè)備，特別需要較大的電阻，這就要用電阻系數(shù)較大的合金材料。例如電爐絲就可用鐮錨合金制造。272.電導(dǎo)電阻的倒數(shù)叫電導(dǎo)，用G表示，即G＝1/R（1－9）導(dǎo)體的電阻越小，電導(dǎo)就越大，表示導(dǎo)體的導(dǎo)電性能良好。事實(shí)上，電阻和電導(dǎo)是同一事物的兩種表示方法。同理，把電阻系數(shù)的倒數(shù)稱為電導(dǎo)系數(shù)，用γ表示，即：γ＝1／ρ（1－10）在國(guó)際單位制中，電導(dǎo)系數(shù)的單位是西／米（s／m）。283.電阻器電工技術(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。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。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。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)，用以改變電阻值。294.線性電阻與非線性電阻

各種導(dǎo)體的電阻，根據(jù)它們的阻值與電壓、電流有無關(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）是一條通過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，如圖1－9a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線性的，如圖1－9b所示是半導(dǎo)體二極管的伏－安特性。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的電流成正比。305.電阻與溫度的關(guān)系前面講到，導(dǎo)體的電阻值與導(dǎo)體自身的因素（長(zhǎng)度、截面積和材料）有關(guān)，還與溫度有關(guān)。通過實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)體的溫度變了，電阻值也隨著變化。一般的金屬材料，溫度升高后，導(dǎo)體的電阻值將增加。因?yàn)闇囟壬呤沟媒饘賹?dǎo)體中的原子核和電子的熱運(yùn)動(dòng)加劇了，自由電子在導(dǎo)體中碰撞的機(jī)會(huì)也隨著增多了，所以電阻也就增大了。各種導(dǎo)電材料的電阻值隨溫度變化的情況有所不同，為了便于比較，我們?nèi)‰娮柚禐?Ω的導(dǎo)電材料，當(dāng)其溫度變化1℃后，再測(cè)量電阻變化的數(shù)值，并把這個(gè)數(shù)值叫做電阻溫度系數(shù)，用ɑ表示。幾種常用電工材料的電阻溫度系數(shù)列于表1－2。在0℃～100℃的范圍內(nèi)，各種金屬的電阻溫度系數(shù)近似為常數(shù)。31按電阻溫度系數(shù)的定義，導(dǎo)電材料溫度上升1℃時(shí)，每1Ω的電阻增加ɑ，如果電阻值不是1Ω，而是R1，每增加1℃時(shí)，電阻的增加應(yīng)該是R1＊ɑΩ；如果溫度不是增加1℃，而是從t1℃增加到t2℃，則電阻值總的增加應(yīng)該是R1＊ɑ（t2－t1）Ω，再加上原電阻R1，就是R1Ω的電阻在溫度升高了（t2－t1）℃時(shí)的總電阻R2，即:R2＝R1+ɑ（t2－t1）（1－11）式中ɑ――電阻溫度系數(shù)，1/℃R1――溫度為t1時(shí)導(dǎo)體的電阻，ΩR2――溫度為t2時(shí)導(dǎo)體的電阻，Ω。表7-2幾種常用材料的電阻系數(shù)32材料名稱

20℃時(shí)的電阻系數(shù)ρ在0-100℃范圍內(nèi)的平均電阻溫度系數(shù)ɑ銀0.01620.0036銅0.01750.0040鋁0.0290.0042鎳0.0730.0062鎢0.0560.0046鋼0.13-0.250.006康銅0.4-0.510.0004錳銅0.420.000006黃銅0.07-0.080.002鎳鉻合金1.10.00015鐵鉻鋁合金1.40.002833一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。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。也有一些導(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。34電阻隨溫度變化的規(guī)律，在生產(chǎn)中常用來測(cè)定電動(dòng)機(jī)的溫升。方法是：先測(cè)得室溫下電動(dòng)機(jī)靜止時(shí)繞組的電阻，再測(cè)得額定負(fù)載下運(yùn)轉(zhuǎn)半小時(shí)后繞組的電阻，按（1-11）式可求出電動(dòng)機(jī)的繞組溫升。（例1-2）有一臺(tái)JO241-4型電動(dòng)機(jī)，繞組為銅線。在室溫為26OC時(shí)測(cè)得電阻為1.25Ω，加額定負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)3小時(shí)后，測(cè)得的電阻增加到1.5Ω，問此時(shí)電動(dòng)機(jī)繞組的溫度是多少？[解]已知R1=1.25Ω，R2=1.5Ω，t1=26OC銅的電阻溫度系數(shù)為α＝0.004因?yàn)镽2=R1+R1α（t2-t1）所以t2=(R2-R1)/R1α+t1則t2=(1.5-1.25)/1.25＊0.004+26＝76OC35第三節(jié)導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體在電工技術(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。一、導(dǎo)體導(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10-2Ω*mm2/m。另一類導(dǎo)體指電解液，如酸、堿、鹽的溶液。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。另外，當(dāng)氣體電離時(shí)也具有導(dǎo)電性能。36二、絕緣體這類材料的導(dǎo)電性能很差，電阻系數(shù)很大，約為10-12—10-24Ω*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。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。下表7-3為絕緣材料按允許溫度的分段37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12038B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)155OC的樹脂和漆），以無機(jī)材料作補(bǔ)強(qiáng)和不帶補(bǔ)強(qiáng)的云母片品。155H級(jí)無補(bǔ)強(qiáng)或以無機(jī)材料為補(bǔ)強(qiáng)的云母制品（用耐溫達(dá)180OC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39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15.0-20.040

絕緣體并不是絕對(duì)不導(dǎo)電，但導(dǎo)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，超過它的原子核對(duì)外圍電子的束縛力，本來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)不同的工作電壓應(yīng)選用不同的絕緣材料。41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。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)。

42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)值來劃分絕緣材料的等級(jí)。表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。常見的半導(dǎo)體材料有硅砷等。它們的電阻系數(shù)約為10-1012Ω*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。43第四節(jié)歐姆定律

通過第一、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)分別敘述如下:一、一段電阻電路的歐姆定律我們通過實(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）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：U＝IR（1-13）或I＝U/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。44（1）已知電壓和電阻求電流，則I=U/R（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)的降壓電阻上了。若已知電阻為263Ω，求通過降壓電阻上的電流是多少？解：I=U/R=123/263=0.47A(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S＝25mm2,長(zhǎng)為L(zhǎng)=100m的銅芯橡套電纜的電阻R？當(dāng)電纜中通過120A的電流時(shí)，每根芯線所造成的電壓降是多少？解：電阻R＝ρL/S＝0.0175*100/25＝0.07Ω電壓降（或電壓損失）ΔU＝IR＝120*0.07＝8.4V45《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39V。如果在實(shí)際運(yùn)行中，發(fā)現(xiàn)電壓損失超過允許數(shù)值時(shí)，可采取增大電纜截面的辦法來解決。因截面增大以后，導(dǎo)線電阻減少，電壓損失也隨之減少了。（3）已知電壓和電流求電阻，則R=U/I（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。解：R=U/I=220/0.2=1100Ω46二、全電路歐姆定律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I＝Uab/R.實(shí)際上可以看作電阻R上所以有電流I流過，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：當(dāng)電源沒有接通外電路時(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。47當(dāng)開關(guān)K閉合后，電路中就有電流通過，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：U0＝IR0電源的內(nèi)壓降U0無法用電壓表直接測(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UAB＝E-U0(1-15)將U0＝IR0和UAB=IR代入公式（1-15），經(jīng)整理，可得I＝E/（R0+R）（1-16）這就是說，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。在整個(gè)閉合電路中，電流通過內(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：E＝U0＋UAB或E＝IR0+IR（1-17）也就是說，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。48三、電源的外特性如圖1-13所示：U＝E-IR0(1-18)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I＝E/（R0+R）電流I將增加，隨著電流的增加U＝E-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U＝f(I)曲線如圖1-14所示。由此可見，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，則電流越大，即負(fù)載越大。49下面討論兩個(gè)極端情況：1.電路斷路（開路）這種情況下，電路中沒有電流通過，I=0從公式（1-18）可知U=E，如圖1-15a所示。2.電路短路短路，就是負(fù)載或電源兩端被電阻近于零的導(dǎo)體直接連接起來稱為短路。在這種情況下，如圖1-15b所示，通過電源的電流I=E/R0；電源的端電壓U＝E-IR0＝E-ER0/R0=0.電源處于短路狀態(tài)時(shí)，它的端電壓U＝0。這是因?yàn)椋搪窌r(shí)電流很大，使內(nèi)壓降和電源電勢(shì)相等，或者說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)載電阻上也沒有電壓降存在。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，這個(gè)元件被短路了，如圖1-16所示。50

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。（例1-6）如圖1-17所示，已知負(fù)載電阻R=10Ω，在電路開路情況下，測(cè)得A、B兩端電壓為UR＝132V，當(dāng)電路接通時(shí)，測(cè)得電流I＝11A，問電源的內(nèi)阻R0和通路情況下的電源端電壓U各等于多少？解：因?yàn)閁R＝132V所以E=UR＝132V又因?yàn)镽=10ΩI＝11A所以U=IR=11*10=110V由全電路歐姆定律可以求內(nèi)電阻R0因?yàn)镮=E/(R0+R)所以R0=(E-IR)/I=(132-110)/11=22Ω如果R被短路,則電流將增加到I=E/R0=132/2=66A.51第五節(jié)電功、電功率及電器的額定值

在生產(chǎn)實(shí)踐中，除了用通過負(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)重要問題。在一個(gè)閉合電路中，存在著能量的轉(zhuǎn)換。前面講過，電源把其他形式的能量轉(zhuǎn)換成電能，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)算問題。52一、電功率如圖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：U＝A/Q或A＝UQ（1-19）式中A――電功U――做功區(qū)間兩點(diǎn)間的電壓Q――電荷量我們把單位時(shí)間內(nèi)所做的功，稱為電功率，用P表示，即:P＝A/t代入公式（1-19）可得：P＝A/t=UQ/t因?yàn)镮=Q/t所以P＝UI(1-20)即電功率等于電壓和電流的乘積。也可寫成P＝I2R或P=U2/R＝U2G（1-21）53

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1V電壓加在負(fù)載兩端通過負(fù)載電流為1A，負(fù)載的電功率就是1W。較大的電功率用千瓦為單位，符號(hào)是KW。1KW＝103W千瓦與馬力的換算關(guān)系：1HP＝0.736KW（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，問該電烙鐵的瓦數(shù)是多少？解：P＝UI＝220*0.364＝80W54二、電能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)間來進(jìn)行的，即W=P*t(1-22)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。55（例1-8）某教室裝有6盞40W的日光燈，平均每天用5h，問一個(gè)月（30天）用多少度電？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％。W=P*t=40(1+0.2)*5*6*30=43.20KWh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。56三、用電設(shè)備的效率電源供給的電能，在被使用時(shí)存在各種情況。有的轉(zhuǎn)化為我們所需要的能量，例如電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，電燈發(fā)光時(shí)電能變?yōu)楣饽?，有的轉(zhuǎn)化為我們所不需要的能量，如輸電線、電動(dòng)機(jī)繞組，因有電阻存在，通電后會(huì)發(fā)熱，電能被無益地轉(zhuǎn)化成熱能而散發(fā)到空氣中。我們希望盡量減小無益損耗，就應(yīng)努力提高用電設(shè)備的效率。負(fù)載輸出的功率Psc和電源供給的功率Psr之比稱為用電設(shè)備（負(fù)載）的效率η（常用百分?jǐn)?shù)表示），即η=100%Psc/Psr(1-23)由于輸入負(fù)載的功率總是大于負(fù)載輸出的功率，所以效率η總是大于1的。輸入和輸出之差就是負(fù)載內(nèi)部的損耗。57四、電流的熱效應(yīng)和電器的額定值電流通過金屬導(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)的問題。1.焦耳-楞次定律試驗(yàn)證明，電流通過導(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以及通過電流的時(shí)間t成正比.即:Q=0.24I2R*4.1868（1-24）式中Q――導(dǎo)體通過電流時(shí)所產(chǎn)生的熱量，JI――通過導(dǎo)體的電流AR――通過導(dǎo)體的電阻Ωt――通電時(shí)間s0.24――熱功當(dāng)量4.1868――將卡換算成焦耳的系數(shù)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=0.24UIt×4.186858例（1-9）今有一電爐，使用電壓為220V，通電電流為5A，使用2h，問它消耗了多少電能？產(chǎn)生了多少熱量？解：兩小時(shí)消耗的電能W=P*t=Uit＝220×5×2=2.2KWh發(fā)熱量Q=0.24UIt×4.1868=0.24×220×5×(2×3600)×4.1868=7.96×106J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)電路中通過過大電流時(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)。592.電器的額定值電流的熱效應(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)龤щ姍C(jī)、變壓器等。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。60導(dǎo)線的溫升不允許超過一定的限度，因?yàn)闇厣^高，對(duì)于有絕緣的導(dǎo)線，絕緣層會(huì)被燒焦，即使是裸線，也會(huì)由于過熱而使其機(jī)械性能變壞。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^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，超過額定值工作時(shí)，叫做過載，過載會(huì)造成過熱，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，則允許通過它的電流即可適當(dāng)?shù)脑龃?，功率就可以超過額定值。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。61第六節(jié)簡(jiǎn)單電路的計(jì)算方法一段無源電路中，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題。電路的計(jì)算問題一般分兩類：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，來決定電路的結(jié)構(gòu)和選擇元件。前一類問題的解決是個(gè)基礎(chǔ)，本節(jié)主要介紹這一類問題的解決。62一、電阻的串聯(lián)

井下電機(jī)車的照明電路，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。串聯(lián)電路具有以下特點(diǎn)：（1）通過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。（2）各電阻上電壓降的和等于總電壓。（3）各電阻上的電壓降的與各自的電阻成正比。（4）電路的等效阻值（或稱總電阻）等于各個(gè)電阻之和。同樣可證明，當(dāng)有更多電阻串聯(lián)時(shí)，R=R1+R2+R3+….由此可見，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。63二、電阻的并聯(lián)井下大巷的照明燈，全是并聯(lián)按法，如圖1-24所示。并聯(lián)電路具有以下特點(diǎn)：（1）各并聯(lián)支路的端電壓相等（忽略導(dǎo)線上的電壓損失）；（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/t＋Q2/t=I1+I2（3）各支路電流的大小與其電阻成反比，I1/I2=R1/R2(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/R＝R1＋R2＋R3＋….由此可見，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。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)影響其它負(fù)載的供電，即彼此可以單獨(dú)控制，不能互相干擾。64三、電阻的混聯(lián)及分壓器（電位器）1.電阻混聯(lián)電路在一段電路中，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。如圖1-26a所示，電路的總等效電阻為：R＝R1＋R2*R3/（R2+R3）如圖1-26b所示，電路的總等效電阻為：R＝（R1+R2）＊（R3+R4）/（R1+R2+R3+R4）652.分壓電路（分壓器或電位器）如圖1-27所示是一個(gè)分壓電路,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。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)，R＝R1+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。66第七節(jié)基爾霍夫定律

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)電阻之間既無串聯(lián)關(guān)系又無并聯(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。67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：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)。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?；鶢柣舴蚨砂▋蓚€(gè)內(nèi)容，分述如下：1、基爾霍夫第一定律 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＝I1＋I(xiàn)2寫成一般公式ΣIr=ΣIc(1-27)68第一定律說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：ΣI＝0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：ΣE=ΣIr(1-28)第二定律說明了回路中各電動(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)，應(yīng)注意用的是“代數(shù)和”而不是“算術(shù)和”。69第八節(jié)復(fù)雜電路電流的計(jì)算電路的基本定律――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)際問題的多樣性，所以人們歸納出幾種方法，用來解決各種不同的電路問題。一、支路電流法任何復(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。以圖1-30為例來說明支路電流法解題的步驟和注意事項(xiàng)：（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。70（2）如果電路中有n個(gè)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。如圖1-30中有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，則（n－1）＝1，即只能列出一個(gè)方程（對(duì)A點(diǎn)）I1+I2+I3=0(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。（4）如果支路數(shù)為m，可應(yīng)用基爾霍夫第二定律對(duì){m-（n－1）}個(gè)回路寫出回路方程。如圖1-30中有三條支路，可選兩個(gè)回路寫方程式，例如：對(duì)上回路E1＝I1r1-I3r3;對(duì)下回路E1＝I3r3-I2r2(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。71二、戴維南定理在電路問題中，有的只需要研究電路中的某一支路，而不是電路的所有支路。例如圖1-32所示電橋電路，只需計(jì)算電阻r5的支路電流。在這種情況下，電路劃分為兩部分，一部分是所研究的支路，一部分是余下的電路，叫做有源二端網(wǎng)絡(luò)，如圖1-33所示，并用方框圖引出二個(gè)端點(diǎn)加以表示。實(shí)踐證明；任何有源二端網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于它的外部而言（如對(duì)r5）,都可以用一個(gè)等效發(fā)電機(jī)來代替，而發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)等于網(wǎng)絡(luò)的開路電壓，內(nèi)電阻等于網(wǎng)絡(luò)中所有電動(dòng)勢(shì)短路后二端點(diǎn)的總電阻。這個(gè)原理叫做戴維南定理（或稱等效發(fā)電機(jī)原理）。應(yīng)用這個(gè)定理計(jì)算等效發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻時(shí)，應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：（1）等效發(fā)電機(jī)的等效是對(duì)網(wǎng)絡(luò)外部而言，對(duì)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部是不等效的。（2）計(jì)算等效內(nèi)阻時(shí)，將網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的電動(dòng)勢(shì)全部短路后，各電動(dòng)勢(shì)的內(nèi)阻應(yīng)保留.72三、節(jié)點(diǎn)電壓法在復(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)立方程式來求解支路電流。用節(jié)點(diǎn)電壓法較為方便。一般式為：UAB＝∑（EG）/∑G（1-29）四、疊加原理在線性電路中，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：73（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)雜問題，但計(jì)算繁瑣，所以多用來對(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)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。74第十節(jié)電容器一、電容器電容器是電工技術(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。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。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。在電路圖中電容器常用的符號(hào)如圖1－40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。至于電容器的型號(hào)規(guī)格，本書不作介紹，可以查閱有關(guān)手冊(cè)75二、電容電容器是儲(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。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/u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)算單位。76一般電容器的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：C＝ε×s／d式中S―――平板面積 d---平板距離ε---絕緣材料介電系數(shù)。不同材料的介電系數(shù)不同。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。77三、電容器的充放電1、電容器的充電當(dāng)我們把直流電源和電容器接通時(shí)，（如圖1－42Ak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。電容器充電的過程，就是電源向電容器極板供給電荷的過程。如圖1－42b所示。2、電容器的放電。當(dāng)把圖1－42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，說明電流方向相反。當(dāng)指針說轉(zhuǎn)到某一位置后，又逐漸返回零位，說明電流由大變小，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1－42c。78四、電容器的連接生產(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。1、電容器的串聯(lián)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1－45所示。因此，串聯(lián)電容器的電量相等，即Q1＝Q2＝Q。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C2兩極板間的電壓分別是Uab和Ubc，則根據(jù)《1－29》式便有：C1＝ρ／Uab;C2=ρ／Uac79串聯(lián)后合成的總電容為：C＝q／u又U＝Uab/Ubc將C1、C2、C代入上式，并整理得：1／C=1/C1＋1／C2+……+1/Cn2、電容器的并聯(lián)當(dāng)電容器C1和C2并聯(lián)于直流電路中時(shí)，如圖1－46。各個(gè)電容器上的電壓是相等的。即U1＝U2＝U由于電容器上的電量Q與其電壓成正比，便有Q1=C1U；Q2=C2U；Q=CU又Q=Q1+Q2將Q1、Q2、Q代入上式，并整理得：上式說明，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C＝C1+C2＋…Cn(1-37)可見，電容器并聯(lián)得越多，等效電容就越大。80第二章電流的磁場(chǎng)、磁路及電磁感應(yīng)一、磁鐵、磁場(chǎng)、磁路1、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。2、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。3、磁路：在磁場(chǎng)中磁力作用的通路叫磁路。二、磁通密度、磁通1、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表示，所以磁通密度的大小可用磁場(chǎng)中垂直通過每單位面積的磁力線根數(shù)來表示。2、磁通：穿過磁場(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“”ф表示。再均勻磁場(chǎng)中，穿過垂直于磁場(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：ф=BS81三、怎樣判斷通電導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向凡導(dǎo)體通過電流，其周圍都會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。磁場(chǎng)的強(qiáng)弱與通過電流的大小有關(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2－1a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2－1b所示。四、什么是左手定則？電磁力的大小如何表達(dá)？通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中將受到電磁力的作用，受力方向可用左手定則來判斷，即伸開左手于磁場(chǎng)內(nèi)，讓磁力線直穿過手心，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。82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。電磁力大小可用下式表示：F＝BILsina（N）式中F---電磁力B—磁感應(yīng)強(qiáng)度I—導(dǎo)體電流L—通電導(dǎo)體有效長(zhǎng)度a—導(dǎo)體方向與磁場(chǎng)方向的夾角五、什么是右手定則？感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)如何表達(dá)？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，則伸直的四指（與拇指垂直）就表示感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小可用下式表示：e=BLVsina（v）83式中e—感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)B—磁通密度L—導(dǎo)體切割磁力線的有效長(zhǎng)度V—導(dǎo)體運(yùn)行速度a—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)？1、自感電動(dòng)勢(shì)：當(dāng)線圈中通過電流時(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)。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)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。842、自感電動(dòng)勢(shì)大小是由下列因素決定的：（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。（2）、與線圈本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)。（3）、與線圈周圍介質(zhì)有關(guān)。七、什么是互感現(xiàn)象？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。八、什么是互感電動(dòng)勢(shì)？?jī)蓚€(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)變化的磁通除穿過本身線圈外，還有一部穿過它靠近的另一線圈，因此在另一線圈中也產(chǎn)生感應(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)。85第三章正弦交流電路1、什么是交流電？為什么目前普遍應(yīng)用交流電？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。交流電可以通過變壓器交換電壓，在遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，通過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。862、什么是交流電的周期、頻率和角頻率？交流電在變化過程中，它的瞬時(shí)值經(jīng)過一次循環(huán)又變化到原來的瞬時(shí)值所需的時(shí)間，即交流電變化一個(gè)循環(huán)所需的時(shí)間，稱交流電的周期。周期用符號(hào)T表示，單位為秒。交流電每秒鐘周期性變化的次數(shù)叫頻率，用字母f表示，單位是赫茲（Hz）。周期與頻率的關(guān)系為：T＝1/f或f＝1/T即頻率與周期為倒數(shù)關(guān)系。交流電每秒鐘所變化的電氣角叫角頻率，用字母ω表示。交流電變化一周，其電角變化為2弧度，所以角頻與頻率周期的關(guān)系為：ω＝2/T＝2f3、什么是交流電的最大值、有效值和平均值？交流電在一個(gè)周期中所出現(xiàn)的最大瞬時(shí)值，稱交流電最大值。常用字母Im、Um來表示電流、電壓正弦量的最大值。交流電通過電阻性負(fù)載時(shí)，這一直流電的大小就是交流電的有效值。常用I、U符號(hào)表示電流、電壓的有效值通常所說的電壓、電流的數(shù)值以及電儀表所測(cè)量的數(shù)值大都是有效值。87交流電在一個(gè)周期內(nèi)，正半周和負(fù)半周的數(shù)值相等，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)過最大值時(shí)就有先后差別，這種先后差別在交流電里叫相位差。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。885、純電阻交流電路中，電流與電壓的關(guān)系如何？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。6、什么叫瞬時(shí)功率和有功功率？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。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？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的比值稱為感抗，用符號(hào)XL表示。898、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=Ucmsinωt則電容極板上的電荷量q也按正弦規(guī)律變化，即：q=Cucmsinωt此時(shí)電容器中的電流為：i＝Imsin（ωt＋90˙）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9010、什么叫串聯(lián)諧振？它是怎樣產(chǎn)生的？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。在R－L－C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：ωL=1/ω。c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：f0=1/2π√LCf0又稱為固有振蕩頻率。當(dāng)電源的頻率一定時(shí)，通過改變電感或電容，也可以使電路諧振。9111、什么是三相交流電源？它有什么用途？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，稱三相交流電源。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