电子教案电气常识.doc

第五章电气常识第一节 直流电路【学习目标】1、掌握直流电路中各物理量的概念；2、掌握欧姆定律的内容。【学习内容】一、 电路和电流（一）电路电流所流过的路径叫做电路。它是为了某种需要由某些电工设备或元件按一定方式组合而成的。如图5-1（a）所示为一个简单电路的实物接线图。为了绘图方便和便于分析，国家规定了各种电气元件的图形符号，用图形符号画成的图称为电路图。所以图5-1（a）所示电路可以画成图5-1（b）所示的电路图。（a） （b）图5-1 最简单的电路电路所完成的任务是多种多样的，所以电路的形式、复杂程度各不相同，但电路一般总是由电源、负载、连接导线和控制设备四个基本部分组成。电源是电能的提供者，它是将其它形式的能（如化学能、机械能、原子能等）转变为电能的装置。如干电池、蓄电池、发电机等都是常见的电源。负载是电能的消耗者，它是将电能转变为其它形式能量的装置。如电灯、电动机、扬声器等都是电路中的负载。连接导线在电路中起传输电能的作用。最常用的是铝导线和铜导线。控制设备起控制电路通、断，以及控制电能分配的作用。电路分为内电路和外电路。一般地把电源内部的电流通路称为内电路，如电池两极之间的电路就是内电路。电源以外部分的电流通路称为外电路。电路的作用一是用来输送、分配和转换电能。如电力系统。它将发电厂产生的电能通过变压器、传输导线等送到用电单位，并通过负载把电能转换成机械能、光能、热能等。电路的另一个作用是信号的传递和处理。如收音机、电视机等电路，它将从天线接收下来的信号，进行传递和处理，送到扬声器或显像管还原成原始信息。（二）电流电荷有规则的定向移动称为电流。在金属导体中，电流是电子在外电场作用下有规则地定向运动形成的，在某些液体或气体中，电流则是正负离子在外电场作用下有规则运动形成的。电流的强弱用电流强度表示，其符号为i。它在数值上等于单位时间通过导体某一横截面s的电荷量。对于恒定电流来说，若以q表示在时间t内通过导体截面上的总电量，则电流强度i就可用下式表示： i=q/t (1一1）电流强度的单位是安培，简称安，用符号a表示。电量q的单位为库仑（c），时间t的单位为秒（s）。实用中，电流强度还用千安（ka）、毫安（ma）、微安（a）为单位。它们之间的换算关系是： 1ka=103a lma10-3a 1a=10-6a为了叙述上的方便，人们把电流强度简称为电流。这样，电流既指一种物理现象，也表示一个物理量。电流分交流电流和直流电流两大类。凡方向不随时间变化的电流称为直流电流，而大小和方向都不随时间变化的电流称为稳恒电流；凡大小和方向都随时间变化的电流称为交流电流。二、电压、电位和电动势（）电压电压又称电压差，是衡量电场力做功大小的物理量，用u表示，其大小为电场力将电荷从a点移到b点所做的功wab和电量q的比值： （12）图5-1-2 电压的概念a、b两点间的电压，在数值上等于电场力把单位正电荷从a点移到b点所做的功。在国际单位制中，电压的单位是伏特，简称伏，用符号v表示。若电场力把1库仑（c）的正电荷从a点移到b点所做的功为1焦耳(j)，则a、b之间的电压为1伏特。较高的电压常以千伏为单位，较小的电压常以毫伏或微伏为单位。 1千伏（k）103 伏（v） 1毫伏（mv）103伏（v） l微伏（v）10-6伏（v）电压不但有大小而且有方向。电压总是对电路中的两点而言，因而用双下标表示，其中前一个下标代表正电荷的起点，后一个下标表示正电荷运动的终点，电压的方向则由起点指向终点。在电路图中，电压的方向也称做电压的极性，用“、”两个符号表示。和电流一样，电路中任意两点之间的电压的实际方向往往不能预先确定，因此同样可以任意设定该段电路电压的参考方向，并以此为依据进行电路分析和计算。若计算电压结果为正值，说明电压的设定参考方向与实际方向一致，若计算电压结果为负值，说明电压的设定参考方向与实际方向相反。（二）电位电路中某点相对于参考点的电压称为该点的电位，用v表示。如va表示a点的电位。电位的单位也为伏特（v）。参考点的电位规定为零电位。通常选用大地为参考点，在电子仪器中，常把金属机壳或电路的公共接点作为参考点。有时为了计算方便，也可以设定某一点为参考点。电路中a、b两点间的电位之差，称为该两点的电位差（电压），即（13）需要注意的是，当参考点改变时，各点的电位也随之改变，但任意两点的电位差不变，即电压的大小和参考点的位置无关。（三）电动势在电流通过电路的同时，电路内发生了能量的转换，电源力不断地克服电场力对正电荷做功，从而使正电荷的电位能升高。正电荷在电源内获得了能量，把非电能转换成电能。我们把电源力移送单位正电荷从负极到正极的过程中所做的功定义为电源的电动势，用e表示，即： （14）式中wab表示电源力移动正电荷q从b到a所做的功。电动势的方向规定为在电源内部从负极指向正极，在电路中也用带箭头的细实线表示电动势的方向。对于一个电源来说，在外部不接负载时，电源两端电压大小等于电源电动电动势的大小，但方向相反。三、电能和电功率（一）电能在外电路中，正电荷在电场力的作用下，不断地通过负载，从而使正电荷的电位能降低。正电荷在外电路中放出能量把电能转换成其它形式的能。由此可见，在电路中，电荷只是一种转换和传输能量的媒介物，电荷本身并不产生或消耗任何能量。通常所说的用电，就是指取用电荷所携带的能量。由电压的定义式（1一2）知，在时间t内，外电路取用的电能为 （15）电荷在内电路中移动时把一部分能量变成不能利用的热能，称为内电路的能量损失。根据以上公式得 式中e-u通常用u0表示，称为电源内部电压降。于是 （16）由此可得电路的能量平衡方程式为 等式两边除以it，则得 （17）上式称为电路的电压平衡方程式。其意义是：电动势等于外电路上的总电压降（称为路端电压或电源端电压）与电源内部电压降之和。电能的单位是焦耳，简称焦，用符号表示。（二）电功率在某段时间内，电路中产生或损耗的电能与该段时间的比称为电功率，用字母p表示，即 将式（1一4）、（15）、（16）代入上式，可得在闭合电路中电源产生的电功率为 （18）负载取用的电功率为 （19）内电路路损耗的功率为 （110） 这三者间的关系是 上式称为功率平衡方程式。电功率的单位是瓦特，简称瓦，用符号w表示。较大的功率常用千瓦（kw）做单位，较小的单位是毫瓦（mw）。 1kw103w lmw103w四、电阻和欧姆定律（一）电阻当电流通过金属导体时，作定向运动的自由电子会与金属中的带电粒子发生碰撞。可见，导体对电流有阻碍作用。导体对电流的阻力小，说明它的导电能力强，导体对电流的阻力大它的导电能力就差。电阻就是反映导体对电流起阻碍作用大小的一个物理量。电阻用字母r或r表示。电阻的单位是欧姆，简称欧，用字母表示。当导体两端的电压是1伏特，导体内通过的电流是1安培时，这段导体的电阻就是1欧姆，即 1欧姆1伏特/1安培较大的电阻可用千欧（k）或兆欧（m）作单位，它们之间的换算关系是 ir=ua-uf导体的电阻是客观存在的，即使没有加上电压，导体仍然有电阻。实验证明，导体的电阻决定于材料的性质，几何尺寸和导体的温度等因素。在一定温度下，截面积为s，长度为l的导体，其电阻可用下式表示 式中的是比例常数，它与导体的材料有关，称为电阻率或电阻系数。当l用米作单位，s用平方米作单位，r用欧姆作单位时，的单位是欧米（m）。 利用材料的随温度而变化的性质，可以制成金属电阻温度计、半导体温度计等。某些感温式火灾报警器也是利用电阻的这一特性设计的。（二）欧姆定律导体中要形成电流，导体两端必须有一定的电压，而导体的电阻又要影响电流的强弱。欧姆定律反映了电流、电压、电阻之间的依存关系，是电路的基本定律之一，应用非常广泛。1.一段电路的欧姆定律现在我们进一步研究一段含有电源的电路两端间的路端电压。下图表示从整个电路中任取的一段含源电路。若需求此电路上两点a、b间的路端电压，则从始端a沿着电路acdefb到终端b的循行方向，凡电阻上的电流流向与循行方向一致者，电势降低，相反者，电势升高（即负的降低）；凡电源上电动势的指向与循行方向一致者，电势升高，相反者，电势降低(即负的升高)。因而，我们可用电势升、降来计算含源电路的路端电压。一般的我们可以写成这样的形式 来计算a、b两端的路端电压，即：上式表明，在一段含源电路中，其路端电压等于电流与电阻（包括外电阻和电源的内阻）的乘积之代数和减去 该段电路中电动势之代数和。这一结论称为一段含源电路的欧姆定律。从上式看出，如果这段电路中没有电源，仅有一个纯电阻r，则该式变成这就是一段均匀电路的欧姆定律。具体应用上式时，如果电流的流向未给出或暂时无法判断时，可以先任意假定一个电流流向，倘使根据这个假定的流向算出的电流是负值,表明电流实际的流向与假定的流向相反。2.全电路欧姆定律全电路就是含电源的闭合的直流电路。如图所示，就是一个简单的全电路。为了分析方便且表达清楚，常将具有内阻为r、电动势为e的实际电源表示为一个内阻为零、电动势为e的理想电源与一个电阻为r的串联电路。实际上，内电阻是在电源内部，与电动势是分不开的。全电路欧姆定律的内容是：在一个闭合电路中，电流强度与电源电动势成正比，与整个电路的电阻成反比。其数字表达式为：也可表示为： 或 式中u是外电路的路端电压，也可称为电源的端电压；ir是电源内部的电压降。此式说明了e、u、r、r四者之间的关系，其中e与r是电源本身的参数，一般可以认为是常量。由可知，只要r不等于零，电源供给的电流越大，其端电压越低；反之，i越小，u就越大。当i=0，端电压u就等于电源的电动势e。五、电阻的连接（一）电阻的串连把阻值分别为的n个电阻一个接一个地串接起来，就成为如图所示的串联电路。设起点a和终点f的电势分别为和，且。由于串联电路中没有支路，故而经过任一电阻的电流强度i均应相等。若每个电阻两端的电压分别为则对每个电阻来说，按欧姆定律有 (a)将它们看作一个整体，则其两端的电压为，通过的电流i。根据欧姆定律，组合的等效电阻r，应当满足 (b) 而(c)将式(a)、(b)代入式(c)，化简得(12-16)即串联电路的等效电阻等于电路上各个电阻之总和。从式(a)可知，在串联电路中，电压的分配与电阻成正比，即： (12-17)亦即，哪个电阻较大，分配在它两端的电压也就较大。因而，串联电路亦称分压电路。实验室中常用的分压器，就是根据这个道理制成的。（二）电阻的并连把阻值分别为 的n个电阻的一端连结在一个公共点a上，把另一端连结在另一个公共点b上。设a、b两点的电势分别为和，则由于每个电阻都跨接在相同的两点a、b之间，所以每个电阻两端的电压都是，通过每个电阻的电流分别为 。这样，对每个电阻来说，按欧姆定律，有(a)根据恒定电流的连续性，流入节点的电流应该等于从该点流出的电流；对节点也是如此，即(b)如果把这一组合看作一整体，则总的电流强度为i，两端的电压为-。根据欧姆定律，组合的等效电阻应满足下式(c)把式(a)、(b)代入式(c)， 化简得：(12-18)即并联电路的等效电阻的倒数等于电路上各个电阻的倒数之总和。由式(a)可知，在并联电路中，电流的分配与电阻成反比，即：(12-19)亦即，哪个电阻较大，通过它的电流就较小。因而，并联电路亦称分流电路。在改装电流表时，常用并联方式制成分流电路，用来扩大量程。（三）电阻的混连如果在一个电路中，既有串联，又有并联，这种连接方式叫做电阻的混联。分析混联电路的基础是灵活运用串联电路和并联电路的特点，找出各电阻之间的连接关系，采用电阻逐步合并的方法，求出电路的等效电阻；再根据欧姆定律求得总电流，最后由串联电路的分压公式和并联电路的分流公式，逐一推算各部分的电压、电流和功率等。六、电流的热效应电流通过导体会产生热，这种现象称为电流的热效应。这是因为电流通过导体时，克服导体电阻的阻碍作用而对电阻做了功，促使导体分子的热运动加剧，从而将电能变成热能，使导体的温度升高。如果在导体中电流的电能完全变成热能q，那么在某一段时间里，导体所发出的热量就等于相同时间内所消耗的电能。因此，电阻产生的热量q为：或 当i、r、t的单位依次为a、和s，则q的单位是j，该公式是由英国物理学家焦耳和楞次各自独立地用实验方法得出的，因此称为焦耳楞次定律。它的文字叙述如下：电流流过导体产生的热量，与电流强度的平方、导体的电阻及通电时间成正比。电流的热效应在日常生活和生产中用途很广。常见的白炽灯、电阻炉、电热毯、电焊等都是利用电流产生的热量为生活和生产服务。此外，人们还利用电流能使导体发热的特点，用低熔点合金做成熔断丝，把适当粗细的熔断丝安装在电路中，当电路内电流强度超过允许范围时，熔断丝就会发而切断电路，从而保证了用电的安全。然而电流的热效应也有不利的一面，因为电气设备中导线都有一定电阻，在通电时电气设备的温度就会升高。如果温度太高，就会加速绝缘材料的老化变质，如橡皮硬化，绝缘纸、纱带烧焦，漆包线的漆层脱落等，因而引起漏电或线圈短路，甚至烧坏设备。第二节磁与电磁感应【学习目标】1、掌握电与磁相互作用的基本原理；2、掌握安培定则的判定方法；3、掌握电磁感应定律的基本内容。【学习内容】磁与电是密不可分的，它们既相互依存又相互作用。很多电工设备及一些仪器仪表、家用电器，都是根据电磁间的相互作用原理而工作的。一、磁现象磁铁分为天然磁铁和人造磁铁两种。天然磁铁就是磁铁矿，它的成分是四氧化三铁；人造磁铁多半是由铁、镍、钴及其合金制成的。天然磁铁和人造磁铁都能长期保持着吸引铁、镍、钴等物质的性质，因此常把它们称为永久磁铁在各种电表、扬声器等设备中，常用到永久磁铁。和电现象一样，人们很早就被发现了磁现象。但是直到丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，人类才真正开始了磁本质的研究。人们早期对于磁铁基本现象的认识，可归纳为以下几点：1.磁铁具有磁性。磁铁上磁性特别强的区域称为磁极。磁极间存在着相互作用力，称为磁力。2.如果把一条磁铁折成数段，不论段数多少或各段的长短如何，每一小段仍将形成一个很小的磁铁，仍具有n、s两极，即n极与s极相互依存而不可分离。但是，正电荷或负电荷却可以独立存在，这是磁现象和电现象的基本区别。二、电流的磁场1820年，奥斯特首先发现了电流的磁效应。即放在载流导线（即通有电流的导线）周围的磁针会受到力的作用而发生偏转，如果电流方向改变，那么，偏转方向也要改变。后来安培发现放在磁铁附近的载流导线或载流线圈，也要受到力的作用而发生运动。进一步的实验还发现，磁铁与磁铁之间，电流与磁铁之间，以及电流与电流之间都有磁相互作用。两条载流导线间的相互作用：不但磁铁和载流导线间有相互作用，两条载流导线之间也有相互作用。两条平行导线通有电流时，如果电流流向相同，则两条导线之间相互吸引；反之，则互相排斥。载流导体周围磁场的方向取决于产生此磁场的电流方向及载流导体的几何形状。电流方向和它产生的磁场方向之间的关系可用右手定则来确定。下面讨论几种最基本的电流磁场：（一）通电直导线的磁场安培定则通电直导线的磁感线通电直导线的磁感线是一些以导线各点为圆心的同心圆，这些同心圆都在和导线垂直的平面上，且离圆心越近，磁感线越密。直线电流的方向与它的磁感线方向之间的关系可以用以右手定则来判定：用右手握住通电直导线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致，那么弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。（如上图所示）。（二）环形电流的磁场安培定则环形电流磁场的磁感线是一些围绕环形导线的闭合曲线，在环形导线的中心轴线上，磁感线和环形导线的平面垂直。环形电流的方向和它的磁感线的方向之间的关系，也可用右手定则来判定：用右手握住导线，让弯曲的四指所指的方向电流的方向一致，大拇指所指的方向就是环形导线中心轴线上磁感线的方向。 （如右图所示）。（三）通电螺旋管的磁场通电螺旋管的磁场通电螺旋管可以看成是许多环形电流的组合，它的磁场与条形磁铁的磁场相似。通电螺旋管和它的磁感线的方向之间的关系，也可用右手螺旋定则来判定：用右手握住导线，让弯曲的四指所指的方向电流的方向一致，大拇指所指的方向就是通电螺线管内部磁感线的方向。 （如右图所示）。利用安培定则，既可以判定截流导体的磁场方向，也可在已知磁场方向的前提下，判定截流导体的方向。在讨论电磁感应时，常用安培定则来确定感应电动势的方向问题。三、描写磁场的几个物理量（一）磁感应强度磁感应强度是定量描述磁场中各点的强弱和方向的物理量。垂直通过单位面积的磁力线的数目，叫做该点的磁感应强度，用字母b表示，单位为特斯拉（t）。磁感应强度是个矢量，磁感线上沿该点的切线方向，就是该点磁感应强度的方向。对于磁场中某一固定点来说，磁感应强度是个确定的数值，而对磁场中位置不同的各点，磁感应强度可能不相同。因此，用磁感应强度的大小、方向可以描述磁场中各点的性质。（二）磁通磁感应强度是定量描述磁场中各点的强弱和方向的物理量，当需要老虎磁场中某个面积上磁场强弱时，还必须引入另外一个物理量磁通，以符号表示。它的定义是：磁感应强度和与它垂直的某一截面积s的乘积。在均匀磁场中，因为磁感应强度是常数，则：在国际单位制中，磁通的单位是韦伯（wb），简称韦。（三）磁导率磁导率是用来表示媒介质导磁性能的物理量。和不同材料有不同电阻率一样，不同的媒介质有不同的磁导率。实验可以测定真空中的磁导率是个常数：任一媒介质的磁导率与真空磁导率的比值叫做相对磁导率，即（四）磁场强度磁场中某点的磁通密度与媒介质磁导率的比值叫做该点的磁场强度，用h表示：或 磁场强度也是矢量，在均匀媒介质中，其方向与磁通密度的方向一致。五、电磁感应（一）电磁感应现象在如图（a）所示的匀强磁场中，放置一根导线ab，导线ab的两端分别与灵敏电流计的两个接线柱相连接，形成闭合回路。当导线ab在磁场中垂直磁感线方向运动时，电流计指针发生偏转，表明由感应电动势产生了电流。如图（b）所示，将磁铁插入线圈，或从线圈抽出时，同样也会产生感应电流。 也就是说，只要与导线或线圈交链的磁通发生变化（包括方向、大小的变化），就会在导线或线圈中感应电动势，当感应电动势与外电路相接，形成闭合回路时，回路中就有电流通过。这种现象称为电磁感应。如果导线在磁场中，做切割磁感线运动时，就会在导线中感应电动势。其大小为当导线运动方向与导线本身垂直，而与磁感线方向成角时，导线切割磁感线产生的感应电动势的大小为：感应电动势的方向可用右手定则判定：伸开右手，让拇指与其余四指垂直，让磁感线垂直穿过手心，拇指指向导体的运动方向，四指所指的就是感应电动势的方向。如下图（a）所示。 将磁铁插入线圈，或从线圈抽出时，导致磁通的大小发生变化，根据法拉第定律：当与线圈交链的磁场发生变化时，线圈中将产生感应电动势，感应电动势的大小与线圈交链的磁通变化率成正比。感应电动势的大小为 式中e是感应电动势，单位为伏（v）当导体在磁场中切割磁感线运动时，在导体中产生感应电动势，如果导体与外电路形成闭合回路，就会在闭合回路中产生感应电流，感应电流的方向与感应电动势的方向相同，也可用右手定则来判定：感应电流产生的磁通总是阻碍原磁通的变化。（二）电磁感应定律法拉第通过大量的实验，总结出电磁感应现象中各量之间的关系，被称为法拉第电磁感应定律。当与回路交链的磁通发生变化时，回路中就要产生感应电动势e，它的大小同磁通的变化率成正比。即这个定律表明，决定感应电动势大小的不是磁通本身，而是磁通随时间的变化率。法拉第电磁感应定律只能用来确定感应电动势的大小，没有解决感应电动势的方向问题。直到1833年，楞次解决了感应电动势的方向问题，得到了如下楞次定律：如果回路中的感应电动势是由于回路交链的磁通发生变化而产生的，则感应电动势的方向总是使它在闭合电路中感应电流所产生的新磁通力图阻止原磁通发生的变化。即原磁通增加时，新磁通与原磁通反向；原磁通减少时，新磁能与原磁通同向。应用楞次定律判断感应电动势或感应电流的具体方法是：（1） 首先确定原磁通的方向及变化的趋势是增加还是减少；（2） 根据楞次定律判断感应磁通方向，如果原磁通增加，则感应磁通与原磁通方向相反，反之则方向相同；（3） 根据感应磁通的方向，应用右手螺旋定则判断出感应电动势或感应电流的方向。第三节交流电【学习目标】1、掌握交流电的基本概念；2、掌握交流电的三要素。【学习内容】一、概述大小和方向随时间作周期性变化的电动势、电压和电流分别称为交变电动势、交变电压和交变电流，统称为交流电。人们常在平面直角坐标系中用图形表示电压、电流、电动势随时间的变化规律，这种图形成为波形图。如图所示。其中（a）为直流电，其余为交流电。交流电又分为正弦交流电和非正弦交流电。凡是按正弦规律变化的电流（电压、电动势）称为正弦交流电，如图（c）所示。在正弦交流电作用下的电路称为正弦交流电路。按其它规律变化的交流电称为非正弦交流电，如图(b)（d）为其中两种。以电流为例介绍正弦量的基本特征。依据正弦量的概念，设某支路中正弦电流i在选定参考方向下的瞬时值表达式为：交流电有极广泛的应用，这是与它具有许多优点分不开的。首先，可以利用变压器把某一数值的交流电压变换成为另一数值的交流电压，这样就解决了高压输电和低压配电之间的矛盾。采用高压输电的好处是输送的距离远，而且极为经济；采用低压配电的好处是用电时比较安全。此外交流电机的结构比直流电机简单，而且成本低、工作可靠。现代发电厂发出的电能都是交流电，照明、动力、电热等方面的绝大多数设备也都使用交流电。即使某些需要直流电的工业，例如电镀、电解等，也是把交流电转换成直流电。直流电和交流电都是电荷在电路中运动而形成的。因此，直流电路中的一些基本定律和分析方法，也同样适用于交流电路。但交流电是随时间不断变化的量，因此会产生一些有别于直流电路的物理现象和规律，交流电路的计算方法和表示方法与直流电路也有很大的区别。二、周期、频率和角频率（一）周期。正弦量变化一次所需的时间（秒）称为周期t，如图所示。（二）频率。交流电每秒内变化的次数称为频率f，它的单位是赫兹（hz）。 频率是周期的倒数，即：在我国和大多数国家都采用50hz作为电力标准频率，习惯上称为工频。 （三）角频率。角频率是指交流电在1秒钟内变化的电角度。若交流电1秒钟内变化了f次，则可得角频率与频率的关系式为三、瞬时值、最大值和有效值（一）瞬时值交流电的大小是随时间变化的。我们把交流电在某一时刻的大小称为交流电的瞬时值。瞬时值一般用小写字母e、u、i表示。在交流电的波形图上，不同时刻t的值，对应于曲线的高度，按一定比例在纵轴上量取，就是交流电在该时刻的瞬时值。（二）最大值最大的瞬时值（包括）正负，称为最大值，也称为幅值。它表征交流电的变化范围。最大值常用符号、表示。在波形图上，曲线的最高点对应的轴值，即表示最大值。（三）有效值交流电的有效值是根据它的热效应确定的。交流电流i通过电阻r在一个周期内所产生的热量和直流电流i通过同一电阻r在相同时间内所产生的热量相等, 则这个直流电流i的数值叫做交流电流i的有效值, 用大写字母表示, 如i、 u等。以电流为例，如果用热效应来定交流电的有效值，则有效值为i的周期电流通过某电阻r在一个周期内所产生的热量，应当与数值也是i的直流电在相同时间内通过同一电阻所产生的热相同。因此，交变电流的有效值实际上就是在热效应方面同它相当的直流电的数量。可以证明，按正弦规律变化的交流电的有效值与最大值之间存在着如下关系：一般情况下，我们所说交流电的大小都是指它们的有效值；交流电流表、交流电压表的读数是指有效值；交流电器铭牌上的额定电流、额定电压或电动势的数值如无特别说明，均指有效值。通常说市电的电压是220v，就是说它的有效值为220v，因此它的幅值是311v。四、相位、初相位和相位差（一）相位若两个正弦交流的电压分别为：上式中的反映了交流电变化的进程，称为该交流电的相位或相角。显然，的相位是，的相位是，两者的相位不相同。（二）初相位t=0时的相位叫初相位。初相位是反映正弦量初始状态的物理量。和的初相位分别是和。（三）相位差两个同频率正弦量的相位角之差或初相位角之差，称为相位差，用表示。五、交流电的三要素由上面的分析可知，交流电的交变情况主要取决于三个方面：交变的快慢由角频率、周期或者频率来表示；交变的幅度由幅值表示；交变的起点由初相位来表示。最大值、角频率（或者频率、周期）和初相位称为正弦交流电的三要素。对于任何一个正弦交流电，只要知道这三要素，就可写出其表达式，画出其波形图，正弦交流电的情况就能完全确定下来。第四节常用电工仪表【学习目标】掌握几种常用电工仪表的使用方法。【学习内容】一、仪表的分类在建（构）筑物消防设施的管理中，电气测量仪表起着十分重要的作用。电路中电压的高低，电流的强弱，电阻的大小等，都需要用它来测量。根据所测得的电压、电流、电阻等数值，就可知道它们在电路中的情况。因此，正确地使用常用仪表，是建（构）筑物消防员必须掌握的知识。电气测量仪表主要是根据作用原理和用途来分类。（一）按作用原理分类按作用原理分，常用的有电磁式、电动式、磁电式和感应式四种，其他还有振动式、热电式、热线式、静电式、光电式和电解式等。（二）按用途分类按用途可分为电压表、电流表、功率表等。电流表还可根据电流种类而分为直流表、交流表和交直流两用表等三种。（三）按测量方法分类按测量方法可分为直读式和比较式两种。直接指示测量数值的仪表，称为直读式仪表，如电压表、电流表、功率表等；被测数值用“标准量”比较出来的仪表，称为比较式仪表，如平衡电桥、补偿器等。（四）按其准确程度分类按其准确程度可分为0.1级、0.2级、0.5级、1.0级、1.5级、2.5级和4级七种。0.2级仪表的允许误差为0.2%，0.5级仪表的允许误差为0.5%，其余依此类推。0.5级以上的仪表准确度比较高，多数用于试验室作为校验仪表。1.5级、2.5级等仪表准确度较低，一般装在配电盘和操作台上，用来监视电气设备的运行情况。二、电压表（一）认识电压表 测量电路电压的仪表叫做电压表，也称为伏特表，一般在表盘上注有符号“v”的字样，标尺上的数字表明它的最大量限。当测量低于1v的电压时，用以毫伏作单位的电压表，叫做毫伏表，表盘上注有符号“mv”的字样。当测量高于1000v的电压时，用以千伏作单位的电压表，叫做千伏表，表盘上注有符号“kv”的字样。电压表有交流和直流的区别，但它们的接线方法都是与被测量的电路并联。由于电压表与被测量电路是并联使用的，所以为不影响电路的工作状态，电压表电阻一般都很大。量程越大的电压表，其内阻也就越大。高量程的电压表通常都串连一只电阻，使通过电压表的电流按比例减小，这只电阻叫做倍率电阻。电压表的使用：1、电压表的连接方式：并联在电路中，即要测哪一个元件或哪一段电路两端的电压，就将电压表并联在这个元件或这段电路两端。这样连接的原理是，并联电路中，各支路两端的电压相等，这一规律将在下一节通过实验来总结。电压表的示数即为与之并联部分的待测电压。如果将电压表串联在某一电路中，那就相当于把电压表接入电路中的某一点，而某一点是不存在电压的。 2、电压表“”、“”接线柱的连接方法：让电流从“”接线柱流进电压表，从“”接线柱流出电压表。与电流表一样，电压表的零刻度通常也在表盘左侧，且电压表指针的偏转方向与通过其中的电流方向密切相关。如果将、接线柱接反，将使电压表指针反偏，造成碰弯指针等损坏电压表的事故。 3、电压表量程的选择：待测电压值不能超过电压表的量程，并且尽量使读数准确。电压表的量程，就是电压表所能测量的电压的最大值，待测电压值超过电压表量程，容易烧坏电压表。所以，在用电压表测电压之前，应对待测电压值进行估计，无法估计则采用试触法。当然，也不是说只要待测电压值在电压表量程以内就好，因为还有个测量准确度的问题。在不超过量程的前提下，用量程越小的电压表测量准确度越高。例如，估计一待测电压为2v，虽然用量程为15v、3v的电压表，都未超过量程，但为了提高测量准确度，应选用量程为3v的电压表。电压表可以直接并接在电源两极上。这一点与电流表不同，应加以区别。因为电源是提供电压的装置，电源的两极总是维持一定的电压，当电压表直接与电源并接时，电压表的示数就是电源提供的电压。 正确读出电压表的示数，应注意以下几点：电压表使用前要调零，即在接入电压表之前，检查其指针是否对齐表盘上的“0”刻度，若有偏差，应调节表盘上的调零旋钮，使指针指零刻度；查清电压表的量程和对应的准确度；读取电压示数时，应待指针稳定后再行读取，注意表示出准确度和估计位，同时写出正确的电压单位。 三、电流表电流表是测量电流强度的仪表。电流的单位是安培，所以电流表也叫安培表，一般在表盘上注有符号“a”的字样，标尺上的数字表明它的最大量限。当测量低于1a的电流时，用以毫安作单位的电流表，叫做毫安表，表盘上注有符号“ma”的字样。当测量高于1000a的电流时，用以千安作单位的电流表，叫做千安表，表盘上注有符号“ka”的字样。电流表也有交流和直流的区别，但它们的接线方法都是与被测量的电路串联。电流表的使用方法和注意事项： 电流表一定要串联在电路中。电流表的“”“”接线柱接法要正确。将电流表接在电路中，必须使电流从“”接线柱流入电流表，从“”接线柱流出来，如果反接了，电流表指针将反向偏转，电流的大小将无法测出还有可能打坏电流表指针。补测电流不要超过电流博的量程。当补测电流超过电流表的量程时不仅测不出电流值，电流表的指针还会补打弯，甚至可能烧坏电流表。在不能预先估计补测电流大小的情况下，可以用试触法估计大小。绝对不允许不经过用电器而将电流表直接连到电源的两极上。否则，电流表将很快补烧坏，电源也会受损，这种接法是绝对不允许的。电流表的读数：确认电流表所使用的量程。根据所使用的量程确认刻度盘上每一大格和小格各表示多大的电流值。用00.6安档量程时,每一大格是0.2安,每一小格是0.02安,用03安时,每一大格是1安，每一小格是0.1安。电流表的所测电流值等于大格的电流值加上小格的格数乘以每一小格所表示的电流值。读数时应使视线与刻度面垂直。四、万用表万用表是电子测量中最常用的工具，它具有用途多，量程广，使用方便等优点，能测量电流、电压、电阻、有的还可以测量三极管的放大倍数，频率、电容值、逻辑电位、分贝值等。 常见的多用表有指针式多用表和数字式多用表。指针式多用表是以表头为核心部件的多功能测量仪表，测量值由表头指针指示读取。数字式多用表的测量值由液晶显示屏直接以数字的形式显示，读取方便，有些还带有语音提示功能。万用表的基本原理是利用一只灵敏的磁电式直流电流表（微安表）做表头。当微小电流通过表头，就会有电流指示。但表头不能通过大电流，所以，必须在表头上并联与串联一些电阻进行分流或降压，从而测出电路中的电流、电压和电阻。万用表的直流电流档是多量程的直流电压表。表头并联闭路式分压电阻即可扩大其电压量程。万用表的直流电压档是多量程的直流电压表。表头串联分压电阻即可扩大其电压量程。分压电