川气东送-电工基础知识

2011.7第五章电工基础知识讲授框架资料：中国石油天然气集团公司人事服务中心编（职业技能培训教程与鉴定试题集）输气工

第五章电工基础知识基本要求:1.掌握电工技术中电的概念，直流电、交流电的基本概念和基础知识；掌握电路中的基本物理量（电流、电压、电动势及其功率）；3.理解电工技术中的器件和设备（变压器、电动机等）;

4.理解电子技术中的半导体基础和电子元件（二极管、三极管、晶闸管）基本结构和特性；5.熟悉供电电路及保护和安全用电。

5.1电工基本概念.5.2简单电路知识及计算.5.3直流电与交流电的特性.5.4电工常用的元件及设备.5.5安全用电常识.

第1节电工基本概念本节的要求:1.理解电的功能；2.理解电路的基本作用和组成；3.理解电压与电流参考方向的意义；4.电路中的电阻和电路电阻的计算。

1.0电的本质：

原子里潜藏着电，任何物体都是由原子分子组成。原子是直径大约为一百亿分之一米的粒子，它是由置于中心的原子核和绕其中心旋转的电子组成。原子核内有质子和中子。质子、中子和电子都具有质量，质子和电子除此之外还具有叫电荷的电量。

第1节电工基本概念

物体上有了电叫做带电，带了电的物体叫做带电体，带电的多少叫电量，并把它规定为电荷。电荷便把电的概念定量化具体化了。第1节电工基本概念

电子-e原子核8e10-15m（原子核）10-10m（原子）阳子中子原子核8e1.0电的本质1.6×10-19C氧（O）原子

原子里潜藏着电，任何物体都是由原子分子组成。原子是直径大约为一百亿分之一米的粒子，它是由置于中心的原子核和绕其中心旋转的电子组成。原子核内有质子和中子。质子、中子和电子都具有质量，质子和电子除此之外还具有叫电荷的电量。

第1节电工基本概念1.0电的本质：电子-e原子核8e氧（O）原子10-15m原子核10-10m原子

1.0.1

电荷的运动称为电流。

实际上运动的电荷有正、负双方，既有电子、空穴、阳离子、阴离子的单独运动，也有它们组合在一起的运动。例如，金属导体内或真空管内的电流只由电子产生，荧光灯内的电流是电子和阳离子及阴离子共同产生的，此外，电解液中的电流是阳离子和阴离子产生的。

i型(intrinsictype)半导体(semiconductor)中是电子和电子离去后留下的空位，带正电荷的空穴和带负电荷的电子担当电流，P型(positivetype)半导体中主要是空穴、N型(negativetype)半导体中主要是电子担当电流。电流的方向规定为正电荷的运动方向,该方向与电子运动方向相反。

电流的大小可用单位时间内通过导体截面的电荷表示，单位以1秒钟内流过1库伦（C）的电荷计，叫做1安培(A)。

1.0.2电流及产生电流的条件

1800年伏打（A.V.volta,意大利）发明的伏打电池是通过化学反应产生的，稀硫酸H2SO4分解形成2H+

和SO42-离子状态，叫做电离，在稀硫酸中放入铜板和锌板做电极。锌的电离比铜的电离趋势大，铜原子向H+提供电子形成氢气，锌原子失去电子成为离子Zn2+,与SO42-离子结合形成盐ZnSO4，电子就从锌板（负极）经过电阻负载不断地流向铜板（正极），形成电流。

根据电流的流动方式机理分为传导电流、对流电流、位移电流。（正、负离子运动）（介质被极化形成偶极子）

由伏打电池发展起来的电池叫干电池，图示为锰干电池的构造。金属中是自由电子不断运动形成传导电流。正极负极锌筒二氧化锰和石墨粉氯化銨电解液

液体或气体中是正、负离子反方向运动形成对流电流。伏打电池

＋－锌板为负极铜板为正极电流电子铜原子向H+提供电子形成氢气锌原子失去电子成为离子Zn2+

对流电流是阴极射线管中，从电子枪发出的电子束流向荧光屏的电流。

电容器的极板之间因绝缘而没有真实电流。但是，当极板上积聚的电荷量随时间变化时，可认为极板间有电流通过，把这种假想电流叫做位移电流。

可考虑位移电流不是由电荷移动产生的，而是由于两个极板上电荷的增减产生的电流。电流Ｉ→←电子＋Ｑ－Ｑ←电流Ｉ电子→位移电流Ｅ开关

电容器中的介质被极化而感应形成位移电流。

关于位移电流的意义，麦克斯韦认为，“位移电流产生与真实电流完全一样的磁场”，在描述电磁波传播的麦克斯韦方程组中，位移电流假设是建立电磁波传播理论的基础。这样电流的连续性也成立了。第一方程是全电流定律；第二方程是电磁感应定律；第三方程是磁通连续性原理；第四方程是高斯定律。积分形式微分形式

根据电流的流动方式机理分为传导电流、对流电流、位移电流。（正、负离子运动）（介质被极化形成偶极子）

传导电流是在电线等导体中，像电子那样的带电粒子慢慢地移动所形成的电流，也是通常我们所说的电流。

对流电流是阴极射线管中，从电子枪发出的电子束流向荧光屏的电流。或电解液中正、负离子向极性相反的电极的对流运动。传导电流和对流电流都是由电荷移动产生的，因而被称为真实电流。

位移电流是极板之间因绝缘而没有真实电流，当极板上积聚的电荷量随时间变化时，可认为极板间有电流通过。这是一种假想电流。

1，带了电的物体叫做带电体,带电的多少叫电量,并把它规定为电荷(electriccharge)。2，实际上运动的电荷有正、负双方，既有电子、空穴、阳离子、阴离子的单独运动，也有它们组合在一起的运动。3，在i（intristicsemiconductor）型半导体中参加导电的是带正电荷的空穴（hole)和带负电荷的电子(electron)担当电流；p(positive)型半导体中参加导电的主要是空穴；n(negative)型半导体中参加导电的主要是电子。

4，电流的方向规定为正电荷的运动方向，该方向与电子运动方向相反。电流的大小可用单位时间内通过导体截面的电荷表示，单位以1秒钟内流过1库伦（Ccoml）的电荷计，叫做1安培(Aampere)。5，根据电流的流动方式机理分为传导电流、对流电流、位移电流，并说明各电流是如何形成的。

第1节电工基本概念IR0R+

-EU+

-I1.1电路中的电流产生条件：有电源和负载，并构成回路

开关S闭合,接通了电源与负载连接的电路回路,电路中有电流产生。①电流的大小由负载决定。②在电源有内阻时，IU。Ｓ(switching)

Q国家标准GB4728—85《电气图用图形符号》及GB7159—87《电气技术中的文字符号》

10.刀开关(Q)

20.组合开关组合开关(又称转换开关)常用来作为电源引入开关，组合开关的种类很多，常用的有HZlO等系列，组合开关有单极、双极、三极和四极几种，额定持续电流有10，25，60和1OOA等。Q

用组合开关起停电动机的接线图

30,

自动空气断路器自动空气断路器也叫自动开关，是常用的一种低压保护电器，可实现短路、过载和失压保护。

主触点通常是由手动的操作机构来闭合的。开关的脱扣机构是一套连杆装置。当主触点闭合后就被锁钩锁住。

如果电路中发生故障，脱扣机构就在有关脱扣器的作用下将锁钩脱开，于是主触点在释放弹簧的作用下迅速分断。脱扣器有过流脱扣器和欠压脱扣器等，它们都是电磁铁。当电源电压恢复正常时，必须重新合闸后才能工作，实现了失压保护。自动空气断路器有DZ，DW和引进的ME，AE，3WE等系列

40.熔断器(FU)

熔断器是最简便的而且是有效的短路保护电器。熔断器中的熔片或熔丝用电阻率较高的易熔合金制成，例如铅锡合金等；或用截面积甚小的良导体制成，例如，铜、银等。线路在正常工作情况下，熔断器中的熔丝或熔片不应熔断。一旦发生短路或严重过载时，熔断器中的熔丝或熔片应立即熔断。常用的三种熔断器的结构图。(a)管式熔断器(b)插式熔断器(c)螺旋式熔断器

1.1.1电路的作用与组成

电路是电流的通路，是为了某种需要由电工设备或电路元件按一定方式组合而成。1.电路的作用(1)实现电能的传输、分配与转换发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线

电的效应：电炉发热、电灯发光等是将电能转化为热能，是电的热效应；电动机旋转等是将电能转化为机械能，是电的电动力效应；电磁铁线圈通电后产生电磁和电磁力，如电磁刹车，继电器的衔铁动作后接通或断开触头等称为电的磁效应。

(2)实现信号的传递与处理放大器扬声器话筒

电解使液体产生化学变化称为电的化学效应。

电是一种能量，具有作功的能力。可称为电力。

直流电源直流电源:

提供能源信号处理：放大、调谐、检波等负载信号源:

提供信息(2)实现信号的传递与处理放大器扬声器话筒

电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。2.

电路的组成（模型电路）手电筒的电路模型

将实际电路模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电路中的器件，构成与实际电路相对应的电路模型。R+RoE–S+U–I电池导线灯泡开关

理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。手电筒的电路模型R+RoE–S+U–I电池导线灯泡开关

电池是电源元件，其参数为电动势E和内阻Ro；

灯泡具有消耗电能的性质，是电阻元件，其参数为电阻R；

筒体用来连接电池和灯泡，其电阻忽略不计，是无电阻的理想导体。

开关用来控制电路的通断。

电路模型，简称电路。在电路图中，各种电路元件都用规定的图形符号表示。1.2

电压、电动势和电流的参考方向

物理中对基本物理量规定的方向

1.电路基本物理量的实际方向物理量实际方向电流I正电荷运动的方向电动势E

(电位升高的方向)

电压U(电位降低的方向)高电位

低电位

单位kA、A、mA、μA低电位

高电位kV、V、mV、μVkV、V、mV、μV(2)参考方向的表示方法电流：Uab

双下标电压：

(1)参考方向IE+_

在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向。Iab

双下标2.电路中电压、电流的参考方向aRb箭标abRI正负极性+–abUU+_实际方向与参考方向一致，电流(或电压)值为正值；实际方向与参考方向相反，电流(或电压)值为负值。(3)

实际方向与参考方向的关系注意：

在参考方向选定后，电流(或电压)值才有正负之分。

若I=5A，则电流从a流向b；例：若I=–5A，则电流从b流向a。abRIabRU+–若U=5V，则电压的实际方向从a指向b；若U=–5V，则电压的实际方向从b指向a。1.3

电源有载工作、开路与短路开关闭合,接通电源与负载负载端电压U=IR特征:1.3.1电源有载工作IR0R+

-EU+

-I①

电流的大小由负载决定。②在电源有内阻时，IU。或U=E–IR0电源的外特性EUI0当

R0<<R时，则UE

，表明当负载变化时，电源的端电压变化不大，即带负载能力强。开关闭合,接通电源与负载。负载端电压U=IR特征:1.3.1电源有载工作①

电流的大小由负载决定。②在电源有内阻时，IU。或U=E–IRoUI=EI–I²RoP=PE

–P负载取用功率电源产生功率内阻消耗功率③电源输出的功率由负载决定。负载大小的概念:

负载增加指负载取用的电流和功率增加(电压一定)。IR0R+

-EU+

-I电源与负载的判别U、I参考方向不同，P=UI

0，电源；

P=UI

0，负载。U、I参考方向相同，P=UI0，负载；

P=UI

0，电源。

1.

根据U、I的实际方向判别2.

根据U、I的参考方向判别电源：

U、I实际方向相反，即电流从“+”端流出，（发出功率）；负载：

U、I实际方向相同，即电流从“-”端流出。

（吸收功率）。电气设备的额定值额定值:电气设备在正常运行时的规定使用值电气设备的三种运行状态欠载(轻载)：I<IN

，P<PN(不经济)

过载(超载)：

I>IN

，P>PN(设备易损坏)额定工作状态：I=IN

，P=PN

(经济合理安全可靠)

1.额定值反映电气设备的使用安全性；2.额定值表示电气设备的使用能力。例：灯泡：UN=220V

，PN=60W电阻：RN=100

，PN=1W

特征:开关断开1.3.2

电源开路I=0电源端电压

(开路电压)负载功率U

=U0=EP

=01.开路处的电流等于零；

I

=02.开路处的电压U视电路情况而定。电路中某处断开时的特征:I+–U有源电路IRoR+

-EU0+

-电源外部端子被短接1.3.3

电源短路特征:电源端电压负载功率电源产生的能量全被内阻消耗掉短路电流（很大）U

=0

PE=P=I²R0P

=01.

短路处的电压等于零；

U

=02.短路处的电流I视电路情况而定。电路中某处短路时的特征:I+–U有源电路IR0R+

-EU0+

-

1，电流产生的条件：有电源和负载，并由连接电源与负载的导线，及开关、保护电器构成回路2，电路的作用(1)实现电能的传输、分配与转换(2)实现信号的传递与处理3，将实际电路模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电路中的器件，构成与实际电路相对应的电路模型。4，电路中电压的实际正极性、参考极性和电流的实际正方向、参考方向。

5，在参考方向选定后，电流(或电压)值才有正负之分。6，流过5Ω电阻元件的电流为I=-2A，求电阻两端的电压值和实际的正负极性。abRI

1.3导体中的电阻和电阻的计算

从电场中自由电子的运动来考察电阻发生的原因。图

(a)给长度为距L[m]、截面积为S[m2]的导体两端加电压U[V]，则在导体内部产生电场E=V／L[V／m]由阳极指向阴极。导体中的自由电子因受到指向阳极方向的电场力eE，而以加速度eE／m运动。图

(b)电子在导体中一边互相碰撞、与处于热振动的阳离子或杂质原子碰撞，一边不断地减速加速向阳极运动。

(b)(a)E阴极-阳极+UE（+）（-）金属导体热振动的阳离子或杂质原子1.3.0金属导体中产生电阻的原因eE描述消耗电能的性质

金属导体的电阻与导体的尺寸及导体材料的导电性能有关为：表明电能全部消耗在电阻上，转换为热能散发。电阻的能量Ru+_

R是由导线的长短和粗细及温度决定的常数。因R越大越妨碍电流的通过，因此称为电阻。

［Ω］1.3.1电阻

电阻R是依存导体形状的，导线越粗越短流过的电荷越多。因此，设导线截面积为S[m2]，长度为L[m]，则电阻可表示为：

电阻与导线的截面积S成反比，与长度ℓ成正比，与电阻率ρ成正比

。

ρ是比例系数，表示物质固有的电性质。金属的电阻率随温度的上升而增加，若在纯金属中混入其它金属原子，则电阻率变大。ρ的单位是欧姆米(Ω·m,或者Ω·mm2/m)。电阻率ρ值在10-4Ω·m以下的物质为导体，在108Ω·m以上的物质是绝缘体，介于它们之间的称为半导体。ρ的倒数叫电导率γ。百

几种物质的电阻率ρ

ρ=108Ω·m→绝缘体→ρ=10-4Ω·m导体ρ=10-2

→104Ω·m半导体百

几种物质的电阻率ρ

ρ=108Ω·m→绝缘体→ρ=10-4Ω·m导体ρ=10-2

→104Ω·m半导体铜的电阻率=1.724×10-8Ω·m铝的电阻率=2.864×10-8Ω·m百

1、电阻器

（一）电阻器的作用及电路图形符号电阻器主要用来控制电压和电流，即起降压、分压、限流、分流、隔离、滤波（与电容器配合）、匹配和信号幅度调节等作用。电阻器用字母“R”来表示，电路图形符号见图R百

（二）电阻器的分类电阻器有多种分类方法。通常可分为固定电阻器、可变电阻器、敏感电阻器、熔断电阻器和排电阻器等。

1）．固定电阻器固定电阻器的种类比较多，主要有薄膜电阻器和线绕电阻器。

薄膜电阻——是在一根陶瓷管或棒上镀上一层薄导电膜，为了保护镀膜和防止潮湿的影响，需在镀层上涂上一层漆，在两端加上引线制成。电阻值可通过改变镀膜的厚度和使用刻槽的方法来获得。百

常用的薄膜电阻有碳膜电阻器、金属膜电阻器、金属氧化膜电阻器等。金属膜电阻器与碳膜电阻器相比，其噪声低、稳定性好、但成本相对要高。金属氧化膜电阻器与金属膜电阻器相比，具有阻燃、导电膜层均匀、膜与瓷棒基本结合牢固、抗氧化能力强等优点，其缺点是阻值范围小（通常在200ｋΩ以下）。

线绕电阻器——是用高阻值的合金线（即电阻丝，采用镍铬丝、康铜丝、锰铜丝等材料制成）缠绕在绝缘基棒上制成的。它具有阻值范围大（0.1Ω～5MΩ）、噪声小、电阻温度系数小、耐高温、承受负载功率大（最高可达500W）等优点，缺点是高频特性差。百

金属膜电阻金属氧化膜电阻色环电阻色环电阻绕线电阻百

2）．可变电阻器可变电阻器又称可调电阻器，通常用在需要经常调节（即阻值需要频繁变动）的电路中，起调整电压、调整电流或信号控制等作用。

3）．敏感电阻器一些电阻器的电阻值会随着物理环境的改变而发生明显的变化，这类电阻器被称为敏感电阻器。常用的敏感电阻器有热敏电阻器、光敏电阻器、压敏电阻器、湿敏电阻器、磁敏电阻器、气敏电阻器、力敏电阻器等。利用敏感电阻器的不同特性可以制成各种传感器。百

4）．熔断电阻器熔断电阻器在电路工作正常时起固定电阻器的作用，当其工作电流超过额定值时，熔断电阻器将会像熔断器一样熔断，对电路进行保护。熔断电阻器可分为可恢复式熔断电阻器和一次性熔断电阻器两种。5）．排电阻器排电阻器也称集成电阻器或电阻器网络。它是将若干个相同阻值的电阻封装在一起，一个公共引出端，每个电阻有一个引出端。如9脚的电阻排中有8个电阻，如图1-1-3所示。百

（三）电阻器的型号在选择电阻器时，需要查手册，寻找符合自己要求的型号。电阻器的型号是由一组字母和数字排列而成的。因此，要想正确地运用电阻器，就必须对它们型号的命名方法有所了解。例如一个标有RJ710.1255.1KI的电阻器。其每部分的具体意义为：

RJ710.1255.1KI第一部分第二部分第三部分序号功率标称阻值允许误差名称材料分类1/8W5.1KΩI级±5％电阻器金属膜精密上面的例子可以看出，RJ710.1255.1KI这种型号的电阻器，是金属膜、精密电阻，额定功率为1/8W，阻值为5.1KΩ，允许误差为一级±5％。表1-1-1列出了第一到第四部分字母和数字代表的意义。百

（四）电阻器的主要参数电阻器的主要参数有：标称阻值、允许误差、标称功率、最大工作电压、温度系数、噪声等。

标称阻值——是指某一范围内有多少个标值（如从100～1000范围内）。标称值是标注在电阻体上的名义阻值，分别有E6、E12、E24、E48、E96、E192六个系列。电阻器总是按某一系列生产，在每一允许误差下，某一系列的标称阻值基本上覆盖所有的实际阻值。但不是任何阻值的电阻都能够在市场上买到。标称值必须符合表中的数值或所列数值乘以10n，其中n为正整数或负整数。

电阻器标称阻值系列一、E24系列允许误差±5%

1.01.11.21.31.51.61.82.02.22.42.73.03.33.63.94.34.75.15.66.26.87.58.29.1二、E12系列允许误差±10%

1.01.21.52.22.73.33.94.75.66.88.2三、E6系列允许误差±20%1.01.52.23.34.76.8电阻器的标称阻值应符合上表所列数值之一，或表列数值再乘以10n，n为整数。百

2．允许误差电阻器的允许误差用电阻的标称值与实际阻值的偏差来表示，常用百分数表示。允许误差分为六个等级，如下表所示，往往标注在电阻器的最后一位数字上。如果是色环电阻，则最后一道色环表示允许误差。电阻器允许误差等级

误差等级

005010ⅠⅡⅢ允许误差字母表示色环表示

±0.5％D绿

±1％F棕

±2％G红±5％J金

±10％K银±20％本色

百

3．电阻器的额定功率

电阻器长期工作而不改变其性能的允许功率，称为额定功率。选择电阻器的额定功率时，必须等于或大于电阻实际消耗的功率，否则长期工作就会改变电阻的性能或者烧毁。所以，设计电路时应先计算出电阻实际消耗的功率，从而选取适当额定功率的电阻并留有一定余量。在电路中电阻器的故障是开路。在电源电路中，限流电阻常采用保险电阻（水泥电阻），当电流过大时，电阻外部不会引起烧坏冒烟，内部烧断起到保护作用。百

4．电阻器的参数标注方法电阻器的参数标注方法有直标法、文字符号法、色标法和数码法。（1）直标法采用直标法的电阻器，其电阻值用阿拉伯数字、允许误差用百分数直接标注在电阻器的表面上。额定功率较大的电阻器，将额定功率也直接标注在电阻器上。直标法电阻值的单位有欧姆（Ω）、千欧（kΩ）和兆欧（MΩ）。例如，2.2kΩ±5％，5W4.7Ω±10％等。百

（2）文字符号法采用文字符号法标注参数的电阻器，其电阻值用数字与符号组合在一起表示。

文字符号Ω、K、M前面的数字表示整数电阻值，文字符号后面的数字表示小数点后面的小数阻值。允许误差用符号表示。例如，3R3K表示电阻器的电阻值为3.3Ω，允许误差为±10％；4K7J表示电阻器的电阻值为4.7KΩ，允许误差为±5％。

（3）色标法标注阻值

色标法是按规定的一种颜色代表一个数字，用标在电阻器上的不同颜色的色环来标注电阻值和允许误差的。

色环电阻器分为四色环和五色环两种，如附图

所示。靠近电阻的一端画有四环（五环），第1、2（3）色环表示电阻值的前两位（三位）有效数字，第3（4）色环表示有效数乘以10的幂次数，第4（5）色环表示允许误差。附表列出了色环所代表的数字大小。

四色环五色环红黄橙

金橙棕红金棕

颜色所代表的数字颜色黑棕红橙黄绿蓝紫灰白金银对应数字00112233445566778899-1-1-2-2

误差的标注误差等级005010ⅠⅡⅢ允许误差±0.1％±0.25％±0.5％±1％±2％±5％±10％±20％字母表示DFGJK色环表示紫紫蓝蓝绿绿棕棕红红金金银银本色

电阻器标称阻值系列一、E24系列允许误差±5%

1.01.11.21.31.51.61.82.02.22.42.73.03.33.63.94.34.75.15.66.26.87.58.29.1二、E12系列允许误差±10%

1.01.21.52.22.73.33.94.75.66.88.2三、E6系列允许误差±20%1.01.52.23.34.76.8电阻器的标称阻值应符合上表所列数值之一，或表列数值再乘以10n，n为整数。

2、电位器

电位器是可变电阻器的一种，通常是由电阻体与转动或滑动系统组成，其主要作用是调节电压（包括直流电压与信号电压等）和电流。图1-1-5是常用电位器的外形。

电位器有多种分类方法。按调节方式可分为旋转式电位器、推拉式电位器、直滑式电位器等种类。电位器按其结构特点可分为单圈、多圈、单联、双联、多联、抽头式、带开关、锁紧型、非锁紧型和贴片式等种类。旋转式电位器的阻值随旋转角度的变化形式有三种，其变化规律曲线如图所示。10080604020

020406080100

标称阻值％XDZ

直线式（X）：阻值随转轴的旋转作均匀变化，并与旋转角度成正比。此类电位器适于作分压、偏流的调节等。

指数式（Z）：阻值随转轴的旋转作指数规律变化。也就是说阻值的变化一开始比较缓慢，而后随旋转角度的加大阻值变化逐渐加快。这种电位器适于作音量控制。10080604020

020406080100

标称阻值％XDZ

对数式（D）：阻值随转轴的旋转作对数关系的变化。也就是说阻值变化开始较大，而后变化逐渐减慢。这种电位器适宜作音调控制和黑白对比度调整。

普通电位器的误差一般为±10％和±20％，所以按E12和E6标称值生产，线绕电位器的误差为±5％，有的可达±2％，多圈电位器的误差为2％或±1％。电位器型号的书写方法如下：

WH5-1A—0.25W—100KΩ—X—16-—ZS-3—

型号品种

功率

标称值

线性轴长轴端形式

××××××技术条件代号

77

1，电流产生的条件：有电源和负载，并构成回路2，电路的作用(1)实现电能的传输、分配与转换(2)实现信号的传递与处理3，电的效应：电的热效应；电的电动力效应；电的磁效应；电的化学效应。4，将实际电路模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电路中的器件，构成与实际电路相对应的电路模型。

5，金属导体的电阻与导体的尺寸及导体材料的导电性能有关为：电阻与导线的截面积S成反比，与长度ℓ成正比，与电阻率ρ

。6,

ρ值在10-4Ω·m以下的物质为导体，在108Ω·m以上的物质是绝缘体，介于它们之间的ρ=10-2

~104Ω·m称为半导体。ρ的倒数叫电导率。

红黄橙

金橙棕红金棕红黄橙金橙棕红金棕7,请标出下列色环电阻的数值和误差。橙棕红金棕黄紫黑红绿棕红橙棕蓝红黑黑银

黑绿棕银金白棕橙蓝绿紫黑金绿橙蓝黑金黑绿黑银绿红黄金红

1.3.2

电流的热效应

具有电阻的导体，当有电流通过时将产生热。电热器、白炽灯、电熨斗，电炉等，都是利用电流的放热作用为热源的家用电器。

1840年焦耳(J．P．Joule，1818～1889，英国)发现了电阻、电流及产生的热量之间的关系。当给电阻R[Ω]加电压V[V]，t{秒}时间流过电流Ｉ[A]时，放出的热量Q[Ｊ]可表示为

把1秒钟内所用的电能，叫做电功率。

P=W/t=IU[J/s]

使用欧姆定律可表示为

[J/s]

电功率的单位是以机械技术家瓦特(J．Watt，1736～1819，英国)的名字命名的：1[W]=1[J/s]

例如，400W的电热器，每秒消耗电能400J，发出与之等量的热能。能定义为电功率P与使用时间t秒的乘积。

电能kＷh（千小时，度）

把1秒钟内所用的电能，叫做电功率。

P=W/t=IU[J/s]

使用欧姆定律可表示为

[J/s]

电功率的单位是以机械技术家瓦特(J．Watt，1736～1819，英国)的名字命名的：1[W]=1[J/s]

电流通过电阻时放出的热量与电流的平方和电阻的乘积成正比，与流过电流的时间成正比。这个关系叫做焦耳定律，所放出的热叫焦耳热。

在白炽灯玻璃球内封人少量的氮和氩的混合气体。在白炽灯泡内，消耗的电功率转换成可见光能量的发光功率为

6％～12％钨灯丝氩气

大部分为红外线辐射，或者变成热能使玻璃灯泡温度升高。钨的熔点非常高，大约在3400℃，尽管灯丝在2500℃的高温白炽也足够耐用。钨灯丝氩气

材额定电压为100V功率为l00W的白炽灯泡，在灯丝内流动的电流是1A，则根据欧姆定律，灯丝的电阻为100Ω。钨的白炽状态的电阻率为，ρ≈70×10-8Ω·m，即100=70×10-8L/S，求出L/S=1.4×108m-1。极细的钨线做成螺旋状的灯丝，L/S的值要按设计值去做，能提高灯丝的放热效率。

例如：

应用:日光灯的发光原理：电能转换为光能汞原子电子荧光材料紫外线可见光灯丝

(2)参考方向的表示方法电流：Uab

双下标电压：

(1)参考方向IE+_

在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向。Iab

双下标1.3.3电路中电压、电流的参考方向aRb箭标abRI正负极性+–abUU+_实际方向与参考方向一致，电流(或电压)值为正值；实际方向与参考方向相反，电流(或电压)值为负值。(3)

实际方向与参考方向的关系注意：

在参考方向选定后，电流(或电压)值才有正负之分。

若I=5A，则电流从a流向b；例：若I=–5A，则电流从b流向a。abRIabRU+–若U=5V，则电压的实际方向从a指向b；若U=–5V，则电压的实际方向从b指向a。

1，把1秒钟内所用的电能，叫做电功率。

P=W/t=IU[J/s]

电功率的单位是Watt：1[W]=1[J/s]2，电路中电压的实际正极性和电流的实际正方向、参考方向。3，在参考方向选定后，电流(或电压)值才有正负之分。4，白炽灯消耗的电功率转换成可见光能量的发光功率为6％～12％。5，流过5Ω电阻元件的电流abRI为I=-2A，求电阻两端的电压和极性。

6，两只白炽灯额定电压为220V，功率分别为25W和40W，现将它们串联后接到220V电源上，问哪一只更亮，或是两只一样亮。7，流过电阻元件R=10Ω的电流为I=-2A，求该电阻消耗的电功率。8，电阻元件R=20Ω两端的电压为Uab=-10V，求该电阻消耗的电功率。abRI

第2节简单电路知识及计算

最简单的电路是单一回路，或者可以通过电路的等效变换为一个单一回路的多回路电路，不能化简成单一回路的叫多回路电路。

单一回路可以直接用欧姆定律(Ohm´sLaw)计算，复杂电路可以用基尔霍夫定律（Kirchhoff´s

Laws)求解。2.1

欧姆定律U、I参考方向相同时，U、I参考方向相反时，RU+–IRU+–I

表达式中有两套正负号：①式前的正负号由U、I

参考方向的关系确定；②

U、I

值本身的正负则说明实际方向与参考方向之间的关系。

通常取

U、I

参考方向相同，称关联方向。U=RI

U=–RI解：对图(a)有,U=IR例：应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。对图(b)有,U=–IRRU6V+–2AR+–U6VI(a)(b)I–2A电路端电压与电流的关系称为伏安特性。

遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段电路电压与电流的比值为常数。I/AU/Vo线性电阻的伏安特性线性电阻的概念：

线性电阻的伏安特性是一条过原点的直线。2.2

电阻串联与并联2.2.1

电阻的串联特点:1)各电阻一个接一个地顺序相联；两电阻串联时的分压公式：R=R1+R23)等效电阻等于各电阻之和；4)串联电阻上电压的分配与电阻成正比。R1U1UR2U2I+–++––RUI+–2)各电阻中通过同一电流；应用：降压、限流、调节电压等。2.2.2电阻的并联

两电阻并联时的分流公式：(3)等效电阻的倒数等于各电阻倒数之和；(4)并联电阻上电流的分配与电阻成反比。特点:(1)各电阻联接在两个公共的结点之间；RUI+–I1I2R1UR2I+–(2)各电阻两端的电压相同；

应用：分流、调节电流等。三个电阻的串联、并联计算R=R1+R2+R3

2.3

基尔霍夫定律(Kirchhoff´slaw)支路(branch)：电路中的每一个分支。一条支路流过一个电流，称为支路电流。结点(node)：三条或三条以上支路的联接点。回路(loop)：由支路组成的闭合路径。网孔(mesh)：内部不含支路的回路。I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E1123例：支路：ab、bc、ca、…（共6条）回路：abda、abca、adbca…

（共7个）结点：a、b、c、d

(共4个）网孔：abd、

abc、bcd

（共3个）adbcE–+GR3R4R1R2I2I4IGI1I3I2.3.1

基尔霍夫电流定律(KCL定律)1．定律

即:Ｉ入=

Ｉ出

在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结点的电流。实质:电流连续性的体现。或:Ｉ=0I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E1对结点a：I1+I2=I3或I1+I2–I3=0基尔霍夫电流定律（KCL）反映了电路中任一结点处各支路电流间相互制约的关系。Kirchhoff´scurrentlaw在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。2.3.2

基尔霍夫电压定律（KVL定律)1．定律即：U=0在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。对回路1：对回路2：

E1=I1R1+I3R3I2R2+I3R3=E2或I1R1+I3R3–E1=0或I2R2+I3R3–E2=0I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E112基尔霍夫电压定律（KVL）反映了电路中任一回路中各段电压间相互制约的关系。Kirchhoff´svoltagelaw

1，单一回路可以直接用欧姆定理计算，复杂电路可以用基尔霍夫定律求解。2，通常取

U、I

参考方向相同，称关联方向。3，线性电阻：线性电阻的伏安特性是一条过原点的直线。4，电阻的功率计算：P=UI=RI2=U2/R。已知电阻的额定功率为PN=0.5W，电阻值为430Ω，求允许流过的最大电流值；电阻两端能接的最大电压。

练习一：三个电阻R1＝60、R2＝40

、R3＝10相串联，接于220V的电压上，请计算各个电阻上的电压值。

练习二:

已知电阻R1=20KΩ，R2=40KΩ，R3=60KΩ。请计算ab两端的等效电阻Rab=?

练习三:

已知电阻Uab=60V,R1=30KΩ，R2=18KΩ，R3=20KΩ。请计算电流I1，I2的值。

练习四:

已知电阻Uab=-20V,R1=20KΩ，R2=10KΩ，R3=30KΩ，R4=60KΩ。请计算流过电阻R3的电流值和方向、电阻R1两端的电压值和极性。练习五:

已知电阻Uab=-25V,R1=8KΩ，R2=24KΩ，R3=10KΩ，R4=9KΩ。请计算流过电阻R2的电流值和方向、电阻R4两端的电压值和极性。

练习六:

已知电阻

R1=20KΩ，R2=10KΩ，R3=30KΩ，R4=60KΩ。流过电阻R2的电流I2=2mA,请计算电流I的值。

12110.40.40.82练习七：计算12两点之间的等效电阻值。练习八：计算ab两点之间的Uab电压值。111

第三节直流电与交流电本节的要求:1.直流电的概念2.交流电的概念3.正弦交流电压与电流：单相；三相。4，三相电源的星形与三角形的联结线电压与相电压，三相负载星形与三角形的联结线电流与相电流，三相功率计算。

第三节直流电与交流电3.1直流电直流电的概念:

只要电流的方向不随时间变化的电流统称为直流电流，常用“DC”(directcurrent)表示。它一般可分为两种：一种是方向与大小都不随时间变化的叫“恒稳直流”；另一种是方向不变，但大小却随时间变化的叫“脉动直流”。直流电流可以由蓄电池或直流发电机等直流电源得到，也可以由交流电源经过整流器整流获得。

直流电流：方向不变，大小可变；恒定直流：方向不变，大小不变。

恒稳直流脉动直流

脉动直流

3.2交流电交流电的概念

大小和方向均随时间按正弦规律作周期性变化的电流称为交流电，简称“交流”，常用“AC”(alternatingcurrent)表示。一般交流发电机所发出的均为正弦交流电。交变电流中有瞬时电流和按一定时间周期变化的周期电流。瞬时电流是接通开关和关闭开关时，瞬间流过的电流。周期电流是其大小和方向按规律周期性变化的交流电流。

三角波（交流）矩形波（交流）iu正弦波（交流）在交流中，根据随时间变化的规律常用的有正弦波、三角波、矩形波等。

3.2.1

单相正弦交流电正弦量：

随时间按正弦规律做周期变化的量。Ru+___iu+_正弦交流电的优越性：

便于传输；易于变换便于运算；有利于电器设备的运行；

.....正半周负半周Ru+_3.2.1.1

正弦交流电压与电流正弦交流电流的波形和三角函数表示：角频率：决定正弦量变化快慢幅值：决定正弦量的大小幅值、角频率、初相角成为正弦量的三要素。初相角：决定正弦量起始位置Im-ψ2-ψTiO1.频率与周期周期T：变化一周所需的时间（s）角频率ω：（rad/s）频率f：（Hz）T*

无线通信频率：

30kHz~30GMHz*电网频率：我国

50Hz

，美国

、日本

60Hz*高频炉频率：200~300kHZ*中频炉频率：500~8000HziO2.幅值与有效值有效值：与交流热效应相等的直流定义为交流电的有效值。幅值：Im、Um、Em则有交流直流幅值必须大写,下标加m。同理：有效值必须大写

给出了观察正弦波的起点或参考点。3.初相位与相位差

相位：注意：交流电压、电流表测量数据为有效值交流设备名牌标注的电压、电流均为有效值初相位：

表示正弦量在t=0时的相角。

反映正弦量变化的进程。iOΨ:如：若电压超前电流

两同频率的正弦量之间的初相位之差。相位差

：uiuiωtO|ψ2φψ1∣∣电流超前电压电压与电流同相

电流超前电压

电压与电流反相uiωtuiOuiωtui90°OuiωtuiOωtuiuiO∣φ∣∣②不同频率的正弦量比较无意义。

①两同频率的正弦量之间的相位差为常数，与计时的选择起点无关。tO注意两点:3.2.1.2

正弦量的相量表示法瞬时值表达式前两种不便于运算，重点介绍相量表示法。波形图

１.正弦量的表示方法必须小写相量uO2.正弦量用旋转有向线段表示ω设正弦量:若:有向线段长度

=ω有向线段以速度

按逆时针方向旋转则:该旋转有向线段每一瞬时在纵轴上的投影即表示相应时刻正弦量的瞬时值。有向线段与横轴夹角

=初相位u0xyOO+j+1Abar03.正弦量的相量表示复数表示形式设A为复数:(1)代数式A=a+jb复数的模复数的辐角实质：用复数表示正弦量式中:(2)三角式由欧拉公式:(3)指数式

可得:

设正弦量:相量:表示正弦量的复数称相量电压的有效值相量(4)极坐标式相量表示:相量的模=正弦量的有效值

相量辐角=正弦量的初相角？正误判断1.已知：？有效值？3.已知：复数瞬时值j45•？最大值？？负号2.已知：4.已知：1.电阻元件(resistanc)描述消耗电能的性质根据欧姆定律:即电阻元件上的电压与通过的电流成线性关系线性电阻

金属导体的电阻与导体的尺寸及导体材料的导电性能有关，表达式为：表明电能全部消耗在电阻上，转换为热能散发。电阻的能量Ru+_3.2.1.3

电阻元件、电感元件与电容元件

描述线圈通有电流时产生磁场、储存磁场能量的性质。(1).物理意义电感:(H、mH)线性电感:L为常数;非线性电感:L不为常数2.电感元件电流通过N匝线圈产生(磁链)电流通过一匝线圈产生(磁通)u+-线圈的电感与线圈的尺寸、匝数以及附近的介质的导磁性能等有关。自感电动势：(2).自感电动势方向的判定1)自感电动势的参考方向规定:自感电动势的参考方向与电流参考方向相同,

或与磁通的参考方向符合右手螺旋定则。+-eL+-L电感元件的符号S—线圈横截面积（m2）

l—线圈长度（m）N—线圈匝数

μ—介质的磁导率（H/m）2)自感电动势瞬时极性的判别

0<eL与参考方向相反eL具有阻碍电流变化的性质eL实+-eLu+-+-eL实-+0eLu+-+-eL与参考方向相同

0>

0(3)电感元件储能根据基尔霍夫定律可得：将上式两边同乘上

i

，并积分，则得：即电感将电能转换为磁场能储存在线圈中，当电流增大时，磁场能增大，电感元件从电源取用电能；当电流减小时，磁场能减小，电感元件向电源放还能量。磁场能3.电容元件描述电容两端加电源后，其两个极板上分别聚集起等量异号的电荷，在介质中建立起电场，并储存电场能量的性质。电容：uiC+_电容元件电容器的电容与极板的尺寸及其间介质的介电常数等关。S—极板面积（m2）d—板间距离（m）ε—介电常数（F/m）当电压u变化时，在电路中产生电流:1F=106μFcapacitor电容元件储能将上式两边同乘上u，并积分，则得：即电容将电能转换为电场能储存在电容中，当电压增大时，电场能增大，电容元件从电源取用电能；当电压减小时，电场能减小，电容元件向电源放还能量。电场能根据：1.电压与电流的关系设②大小关系：③相位关系：u、i

相位相同根据欧姆定律:①频率相同相位差：相量图3.2.1.4

电阻元件的交流电路Ru+_相量式：2.功率关系(1)瞬时功率

p：瞬时电压与瞬时电流的乘积小写结论:

（耗能元件）,且随时间变化。piωtuOωtpOiu瞬时功率在一个周期内的平均值大写(2)平均功率(有功功率)P单位:瓦（W）PRu+_ppωtO注意：通常铭牌数据或测量的功率均指有功功率。

基本关系式：①频率相同②U=IL

③电压超前电流90相位差1.电压与电流的关系3.2.1.5

电感元件的交流电路设：+-eL+-LuωtuiiOinductanc或则:

感抗(Ω)电感L具有通直阻交的作用直流：f=0,XL=0，电感L视为短路定义：有效值:交流：fXL感抗XL是频率的函数可得相量式：电感电路复数形式的欧姆定律相量图根据：则：O2.功率关系(1)瞬时功率(2)平均功率

L是非耗能元件储能p<0+p>0分析：瞬时功率

：ui+-ui+-ui+-ui+-+p>0p<0放能储能