电工基础第一章课件

1、学习目标:1.电场2.电路的状态 3.电流、电压、电位 4.关联参考方向与非关联参考方向5.电阻及欧姆定律 6.电容元件 7.电感元件8.电压源和电流源9.电能 10.电功率11.电位的计算学习难点:1.电路三种状态的不同特点2.关联参考方向与非关联参考方向 3.欧姆定律 1.1 电场、电场强度、电场线一、 电场的基本概念 定义：只要有电荷存在，电荷周围就存在着一种特殊形式的物质，叫做电场。 分类：静电场、感应电场 1.静电场：是由静止电荷激发的电场 2.感应电场:变化磁场激发的电场 二、电场强度 定义：放入电场中某点的电荷受到的电场力F与它的电量q的比值叫做 该点的电场强度 。 公式： 单位

2、：电场强度的单位是牛/库(N/C). 方向：电场中某点电场强度的方向就是放在该点的正电荷所受的电场力的方向。 匀强磁场：如果在电场的某一区域里，电场强度的大小相等、方向都相同，这个区域叫做匀强电场 。 三、电场线 定义：在实际问题中，我们常用几何方法形象化地描述电场的空间布，这种几何图线称为电场线 。 性质： 1.在静电场中，电场线是从正电荷起，终于负电荷的不闭合曲线。 2.电场线不能相交，否则一点将有两个场强方向。 3.电场线不是电场里实际存在的线，是为使电场形象化的假想线。 4.场强越强的地方，电场线越密；场强越弱的地方，电场线越疏。1.2 电路和电路模型 一、电路的组成及各部分的作用 电

3、路：由电源、用电器、导线和开关等组成的闭合回路，叫做电路。 1.电源 定义：把其他形式的能量转变为电能的装置叫做电源 。 作用：为电路提供能量。 举例：干电池、蓄电池和直流发电机 。 2.用电器 定义：把电能转变为其他形式能量的装置成为用电器。 作用：消耗能量 。 举例：电灯、电铃、电动机、电炉等利用电能工作的设备。 3.导线 定义：连接电源和用电器的金属线称为导线 。 作用：把电源产生的电能输送到用电器。 举例：铜、铝等材料制成 。 4.开关 作用：把用电器与电源接通或断开 。 举例：按键开关、旋钮开关、波段开关等。 二、电路的状态 1.通路 电路各部分连接成闭合回路，有电流通过。 特点：负

4、载工作，端口电流不为0。 2.开路（断路） 电路断开，电路中没有电流通过。 特点：端口电流为0，电压不为0。 3.短路 当电源两端的导线直接相连，这时电源的电流不经过负载，只经过连接导线直接流回电源，这种状态称为短路状态，简称短路。 特点：端口电压为0，电流不为0 (故障）。 注意：短路时的大电流会损坏电源和导线，应该尽量避免。 三、电路图定义：用规定的图形符号表示电路连接情况的图，称为电路图。几种常用的标准图形符号： 1.3电流和电压及参考方向一、电流的形成 电流形成的条件：只有电荷的定向移动才能形成电流 。二、电流的计算及表示 大小：电流的大小等于通过导体横截面积的电荷量与通过这些电荷量所

5、用时间的比值。 公式： 单位：在国际单位制中，电流的电位是A（安培），符号是I，常见单 位有A、mA、A等。 1A=103mA =106A 方向：正电荷定向移动的方向为电流的实际方向。 恒定电流：如果电流的大小和方向不随时间变化，那么这种电流叫做 恒定电流，简称直流 。 交变电流：如果电流的大小和方向都随时间变化，那么这种电流叫做 交变电流，简称交流。 三、电流的参考方向 在实际计算过程中引入参考方向 (1) 先任意设定一个电流方向，作为电流的参考方向； (2) 根据电路的定律、定理，列出方程式； (3) 根据计算结果确定实际电流方向： 若计算结果为正，则实际方向与参考方向一致； 若计算结果为

6、负，则实际方向与参考方向相反。 四、电压、电位和电动势 电位与电压的区别:电位针对一个点而言（默认有一个零参考电位），电压指两点之间。因此我们通常说“某点的电位是多少”，“两点之间的电压为-”，“两端的电压为-”等。 电动势与电压的区别：电动势用于描述电源内部的电源力将正电荷从电源负极移到电源正极所做的功。它的方向从负极指向正极，与电源电压的方向刚好相反。 在国际单位制中，电压的单位是V（伏）,常见单位有：mV ,KV。 1KV= 103V = 106mV 1.4电阻与欧姆定律一、电阻 定义：衡量对电流阻碍作用大小的物理量。 大小：导体的电阻是由它本身的物理条件决定的，即由它的长短、粗细、材料

7、的性质和温度决定的。 公式：二、欧姆定律 内容：导体中的电流与它两端的电压成正比，与它的电阻成反比，这就是欧姆定律。 公式： 结论：欧姆定律告诉我们电阻阻值、电阻两端电压以及流过其中的电流三者之间定量的关系。在任何情况下，知道了其中任意两个参数就可以确定第三个参数。 三、伏安特性曲线 1.伏安特性曲线：如果以电流为横坐标，电压为纵坐标，可画出电阻的U-I关系曲线，称为电阻元件的伏安特性曲线 。 2.线性电阻：电阻元件的伏安特性曲线是直线时，称为线性电阻。 3.非线性电阻：电阻元件的伏安特性曲线不是直线而是曲线，则称为非线性电阻。 四、色标电阻阻值的识别 色环的识别方法: （1）横拿色环电阻从左

8、至右辨识色环，色环间距较大的一段或色环离电阻引线最近的一端为左端。 （2）从左至右辨识色标，第一道至第三道色环代表三位有效数字，第四道色环代表倍乘数，第五道色环代表阻值允许偏差。 （3）读数阻值单位是。 五、电阻阻值的测量 如果对电阻的色环把握不准，可以通过万用表测量确认。测量的步骤如下： (1) 先将万用表指针机械调零（一般新表启用时操作）； (2) 选择合适的档位及量程选择：测量电阻选择档，量程先选最大量程； (3) 电位器调零：选择量程后，先将电位调零，然后进行测量； (4) 读数：看表盘上刻度线，应使指针偏转达到2/3刻度以上以减小误差，否则应减小量程。指示的数值乘以量程系数等于测量阻

9、值，单位是。 (5) 测量完后，将转换开关拨至交流1000量程或OFF位。1.5电容元件一、电容器与电容元件 1.电容的符号：通常用字母“C”表示 。 2.电容的单位： F （法）、F（微法）、pF（皮法）、nF（纳法） 它们之间的具体换算如下： 1F106F =109nF=1012pF 3.平行板电容器的电容： 跟介电常数 成正比，跟两极板正对的面积S成正比，跟极板间的距离成d反比，即 讨论：按照上式若将电容两端电压一直增大，电容中存储的电荷会不会一直增加？ 实物观察：带几只电容实物，让学生观察标注的参数，引导学生理解 耐压的概念意义。 二、电容器的充电和放电 1. 电容器的充电：将电容的两

10、极分别接在电路的正、负极上，过一段时间后断开电源，两个引脚间就会有电压，这样电容就储存了电荷，这个过程称为充电 。 2. 电容器的放电：与之相反，电容向电路释放电荷的过程，称为放电。 3. 电容器的充放电过程：课堂演示 4. 结论： a、无论是充电还是放电，电容器的端电压不是突然变化的，而是逐步增大或减小，最后稳定在某一个状态。 b、电容器充放电过程中，电容器的端电压按指数规律变化的快慢，取决于电路中的电阻和电容的乘积RC的大小。RC越大，充放电进行得越慢；反之，充放电进行得越快。三、电容元件中的电压和电流 观察实验: 现象： 结论：只要电容器的端电压随时间变化，电容器中就有持续的电流流过。

11、引深：电容两端电压变化越快，通过极板的电流就越大；反之，则电流就越小。因为在直流电路中电压为恒定值，因此通过电容器的电流为零，也就是说电容中没有电流,这相当与开路,称为“隔直”。所以电容有隔直流,通交流的性质。USC1.6 电容器的认识与测量一、常见电容器 1.分类：固定电容器、可变电容器 2.固定电容器：固定电容器的电容量是固定不变的，它的性能和用途与两极板间的介质有关。 3.可变电容器 ：电容量在一定范围内可调的电容器叫可变电容器。 4.展示电容器实物。二、 电容器的基本参数 电容量:通常以120Hz下数字电桥测定的数值为准,指电容值的大小。 工作电压：工作电压，简称WV，为绝对安全值；若

12、是超过这个电压值电容会损坏！ 绝缘电阻：绝缘电阻则是电容器隔离直流作用的大小，绝缘电阻越大越好。在电解电容，这个参数一般用漏电流来表征。 串联等效电阻:包括引线和铝箔的接触电阻、电解液的电阻等。 其他参数：击穿电压、允许通过的最大纹波电流、使用的温度范围、温度系数、频率、特性等。三、 电容器的参数常用标注方法 1.直标法：把参数标注在电容上。如“470F 16V”,表明该电容量标称值为470F,耐压为16V。 2.数字标注法：用3位数字表示电容器的容量，前两位数字为有效数字，第三位数字为倍乘数（即表示有效值后有多少0），单位是pF(皮法)。 如：102表示10102PF=1000pF 104表

13、示10104PF=0.1F 105表示10105PF=1F四、电解电容极性判别与质量检测 1电解电容器的极性判别 电解电容器引脚长短不一，长的引脚为正极，短的引脚为负极。另外电解电容器外壳上标有“ ”，“ ”旁的引脚为负极。1F以下的电容器为无极性电容器。 2性能检测 档位：“选档” （1）选用档位及量程： 量程：小于10F的电解电容器选择R10K 10F-100F之间，电解电容器选择R1K 大于100F的电解电容器选择R100或R10 （2)电位器调零。把待测电解电容器两引脚短路，放掉电容内残存电荷。 （3)黑表笔接电解电容器的正极，红表笔接电解电容器的负极，电容器开始放电，万用表指针向右摆

14、动，摆动至某一角度后(充电结束)又会慢慢向左返回。漏电较小的电解电容器，指针向左返回后指示的漏电电阻应大于500K，若漏电电阻小于100K，说明该电容器已漏电，不能使用。再将两笔对调，红表笔接电容器正极，黑表笔接电容器负极，正常时表针应快速向右摆动，且摆动幅度超过第一次后返回，若测量时表针不动或表针摆动幅度不超过第一次，说明该电容器已失效或充放电能力变差。 若检测时，正接、反接表针摆动指向为零，即电解电容器正反电阻为零，说明该电解电容器两极已短路。 若检测时，正接、反接表针不动，即电解电容器正反电阻为无穷大，说明该电解电容器两极已开路。 3小于1F无极性电容器的检测 由于电容量太小，用万用表电

15、阻档检测时无法看到表针摆动，可借助外加直流电压(不能超过电容耐压)检测。万用表档柆、量程选择：直流电压50V量程。1.7 电感元件一、电感线圈及其分类 1.结构：是由绝缘导线一圈一圈地绕在绝缘管上，绝缘管可以是空心的，也可以包含铁芯 。 2.符号：L 3.单位：亨利(H)、毫亨 (mH)、微亨(H)。 4.外形： 5.电路符号： 6.分类：固定电感、可调电感。二、 电感线圈中的磁通 产生磁通的条件：有电流流过线圈时，就会有磁通穿过线圈 。 磁通的方向 ：由右手螺旋定则确定。 磁通的大小： 磁通的单位：Wb 得出结论：L(电感)表示线圈通入单位电流时产生的总磁通。三、电感元件的电压和电流 1.电

16、感元件的电压和电流关系 ：变化的电流产生感应电压，感应电压的大小与电流的变化速度成正比，也就是说通过线圈的电流变化越快，感应电压则越大；反之，则越小。 2.讨论：为什么在直流电路中，电感相当于导线？ 1.8 电压源和电流源一、电压源 1.定义：为电路提供电压的电源叫做电压源。 2.理想电压源：如果该电源内阻为零，电源将提供一个固定的电压，则称为理想电压源，也称恒压源。 演示实验： 实验现象：通过调节电阻R的阻值来观察电压表和电流表的读数，可以发现电阻R变化前后，电压表的读数（即电路中的端电压）没有变化，而电流表的读数随着电阻R的增大逐渐减小。 得出理想电压源的性质：（1）输出电压恒定，和外电路

17、无关；（2）其流过的电流由外电路（负载）决定。伏安特性曲线：实际电压源：电源内阻不为0的电压源，例如干电池、蓄电池。实际电源，可以看成是由理想直流电压源US与一内电阻r串联的组合，如下图。二、电流源：1.定义：为电路提供电流的电源叫做直流电流源。 2.理想电流源：如果该电源内阻为无穷大，电源将提供一个固定的电流，则称为理想电流源，也称恒流源。3.电路符号：4.课堂演示实验：实验现象：通过调节电阻R的阻值来观察电压表和电流表的读数，可以发现电阻R变化前后，电流表的读数没有变化，而电压表的读数随着电阻R的增大逐渐增大。得出理想电压源的性质：（1）电流固定不变；（2）电流源两端的电压取决于与它联接的

18、外电路负载的大小。伏安特性曲线：实际使用的电流源内阻不可能为无穷大，所以理想电流源实际上是不存在的。实际使用的电流源可以看成是由理想电流源IS与一内阻r并联的组合。1.9 电能和电功率一、电能 1.电能的形成：在导体两端加上电压，导体内就形成了电场。电场力在推动自由电子定向移动中要做功。 2.电能的大小：W= U I t 3.单位：J（焦耳） 4.补充：在实际中常以千瓦小时（kWh）（俗称度）作为电能的单位。 1度=1kWh=3.6106J 5.电流做功的过程实际上是电能转化为其他形式的能的过程。举例：电流通过电炉做功，电能转化为热能；电流通过电动机做功，电能转化为机械能；电流通过电解槽做功，

19、电能转化为化学能。二、电功率 1.定义：在一段时间内，电路产生或消耗的电能与时间的比值叫做电功率。 2.大小： 3.单位：W（瓦） 4.采用P = UI分析功率时 ： 当电流和电压为关联参考方向时:若P0,表示该段电路消耗功率;若P0, 表示该段电路发出功率;若P0,表示该段电路消耗功率。 5.补充：消耗功率的是负载,发出功率的是电源.常见的负载有:灯泡、电阻电烙铁、电热水器,电炉,电动机等。常见的电源有直流电压源、直流电流源交流电压源、交流电流源等。6.额定功率：用电器上通常标明它的电功率，叫做用电器的额定功率 。7.额定电压 ：用电器上通常标明它的电压，叫做用电器的额定电压 。8.注意：加

20、在用电器上的电压改变，它的功率也随着改变。 如果超过额定电压,则容易使用电器烧毁. 例题： 有一220V 40W的白炽灯，接在220V的供电线路上，求流过该白炽灯的电流？若平均每天使用2.5h，电价是每度0.42元，求每月（以30天计）应付出的电费。解：因为P=UI，所以 每月用电时间为：2.530=75h每月消耗电能为：W=Pt=0.0475=3kWh每月应付电费为：0.423=1.26元 三、焦耳定律 1.电流的热效应：电流通过金属导体的时候，做定向移动的自由电子要频繁地跟金属正离子碰撞。由于这种碰撞，电子在电场力的加速作用下获得动能，不断传递给金属正离子，使金属正离子的热振动加剧，于是通电导体的