第五章电气消防基础知识

1、第五章电气消防基础知识 第五章电气消防基础学问 第一节 电工学基础 第五章电气消防基础学问 学问目标：电路是电工技术和电子技术的主要讨论对象。本节的 主要内容包括3个方面：直流电路、沟通电和常用电 工仪表。这些是电工学的基础学问，只有坚固地把握它们，才能更好的学习理解后续各章节的内容。 学习目标： 1.了解电路的基本组成和各部分的作用。 2.理解电流、电位、电压、电能、电功率、电动势、 电阻等基本物理量的含义和串并联电路的基本模型3.把握欧姆定律，了解电流热效应的含义。 4.能娴熟正确选择和使用电工仪表。 第五章电气消防基础学问 一、直流电路(一)电路和电流 1.电路 闭合路径叫电路。电路所完

2、成的 电流所流过的 任务是多种多样的，所以电路的形式，简单 程度各不相同，但电路一般是由电源、负载、 连接导线和掌握设备四个基本部分组成。抱负电路元件和电路模型 第五章电气消防基础学问 2.电流 电荷有规章的定向运动称为电流。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 (5-1) 式中:i-电流强度，简称安，a; q-电量，c ; t- 时间，s 。 电流分沟通和直流两大类。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沟通电流。 第五章电气消防基础学

3、问 (二)电压、电位和电动势 1.电压 电压又称电位差，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点移动到 b 点所做的功 wab 和电量 q 的比值： uab=wab/q ( 5-2 ) 电压不但有大小而且有方向。电路中的任意两点之间 的电压方向可以通过设定参考方向，若计算为正值则 表明设定方向和实际方向全都，若为负值则表明设定 方向和实际方向相反。 第五章电气消防基础学问 2.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，单位为伏特( v )。 例如，在电路中参考点电位为uo ,a点电位为ua, b 点电位 ub ,则a, b 两点间的电位差，称

4、为 该两点的电位差(电压),即 uab= ( ua -uo )- ( ub -uo ) = u a - ub ( 5-3 )所以，电压的大小和参考点的位置无关。 第五章电气消防基础学问 3.电动势 电源的电动势指电源力移送单位正电荷从负极 到正极的过程中所做的功，用 e 表示，即 e=wab/q ( 5-4 ) 对任一个电源来说，在外部不接负载时，电源 两端电压大小等于电源电动势的大小，但方 向相反。 电压、电位、电动势三者之间的关系和联系 第五章电气消防基础学问 (三)电能和电功率 1.电能 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。通常所说用电，就是指

5、取用电 荷所携带的能量。 在时间 t 内，外电路取用的电能表示为： wl=ua= uit ( 5-5 ) 补充：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，称为内电路的能耗损失。 wo=ws+wl= ( e -u )it 式中：e电子电能， j 。 e-u 称为电源内部电压降，通常用 uo 表示。 通过换算，可得电路的电压平衡方式式，即电动势等于外电路 上的总电压降与电源内部电压降之和。 e=u+ uo 第五章电气消防基础学问 2.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 p 表示： p=w/t ( 5-6 ) 式中： p- 电功率，单位 w 。 补

6、充：通过换算，可分别求得负载取用的电 功率、内部损耗的功率，进而求得功率平衡 方程式： p 电源 =p 负载+ p 损耗 第五章电气消防基础学问 (四)电阻和欧姆定律 1.电阻 电阻是反映导体对电流起阻碍作用大小的一 个物理量，单位是欧姆，简称欧，用字母 表示。导体的电阻是客观存在的，即使没有 加上电压，导体仍旧有电阻。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。 当导体两端的电压是 1v ,导体内通过的电流 是 1a 时，这段导体的电阻就是1,即 1欧姆= 1伏特/1安培 第五章电气消防基础学问 2.欧姆定律 (1)一段电路的欧姆定律 通过计算，一段匀称电路的欧姆定律可表示为

7、： uab=ir (5-7)详细应用时，假如电流的流向未给出或临时无法 推断时，可以先任意假定一个电流流向，倘使依据这个假定的流向算出的电流是负值，表明电流 时间的流向与假定的流向相反。 第五章电气消防基础学问 (2)全电路欧姆定律 全电路就是含电源的闭合直流电路。图 5-2 表示一个简洁的全电路。 全电路欧姆定律表示：在一个闭合电路中，电流强度与电动势成正比，与整个电路的电阻成反比。 其数字表达式为： i=e/(r+r) (5-8) 第五章电气消防基础学问 (五)串并联电路1.串联电路 (1)导体元件依次首尾相连的方式。 (2)流过每个电阻的电流都相等。 (3)总电压、电阻等于分电压、电阻之

8、和。(4)各电阻分得的电压、功率与其阻值成正比。 第五章电气消防基础学问 2.并联电路 (1)导体元件一端连在一起，另一端也连在一起。 (2)每一元件两端的电压都相等。 (3)总电阻的倒数等于各电阻倒数之和。 (4)各电阻分得的电流、功率与其阻值成反比。 第五章电气消防基础学问 (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。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，从而将电能变热能，使导体的 温度上升。 在某段时间里，电阻产生的热量表示为： q=i2rt ( 5-9 ) 式中： q- 电阻产生的热量，单位 j 。 此公式称为焦

9、耳-楞次定律。表述为：电流流 过导体产生的热量，与电流的平方、导体的 电阻及通过时间成正比。 第五章电气消防基础学问 二、沟通电 大小和方向随时间做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，统称为沟通电。 沟通电又分为正弦交 流电和非正弦沟通电。会区分各不同的沟通电。 第五章电气消防基础学问 (一)沟通电的周期、频率和角频率 1.周期 正弦量变化一次所需的时间(秒)称为周期 t 2.频率 沟通电每秒内变化的次数称为频率 f ,单位赫兹(hz),频 率是周期的倒数，即： f=1/t 在我国和大多数国家都采纳 50hz 作为电力标准频率，习惯 上称为工频。 3 .

10、角频率 角频率是指沟通电在1秒内变化的电角度。若沟通电1秒内 变化了 f 次，则可得角频率与频率的关系式为 =2 f=2 /t o 第五章电气消防基础学问 (二)瞬时值、最大值和有效值1.瞬时值 沟通电在某一时刻的大小称为沟通电的瞬时值。用小写字母 e , u,i 表示 2.最大值 最大的瞬时值(包括)正负，称为最大值，也称为幅值。它 表征沟通电的变化范围。用 em , um,im 表示。 第五章电气消防基础学问 3.有效值沟通电的有效值是依据它的热效应确定的。沟通电 i 通过 电阻 r 在一个周期内所产生的热量和直流电流第一通过同一电阻 r 在相同时间内产生的热量相等，则这个 直流电流的数值

11、叫做沟通电流 i 的有效值。 i=im/ 2 =0.707 im u=um/ 2 =0.707 um e=em/ 2 =0.707 em 通常所说沟通电的大小都是指他们的有效值；例如市电电 压 220v、表的读数、额定值等均指其有效值。 第五章电气消防基础学问 u/i (四)沟通电的三要素沟通电的交变状况主要取决于三个 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 相位称为正弦沟通电的三要素。 对于任何一个正弦沟通电，只 要知道这三要素，就可以写出 其表达式，画出其波形图，正 弦沟通电的状况就能完全确定 下来。 im u0 i 2 t u i u m u u m sin( t u ) i