电工基础 课件 范绍洋 模块1、2 电工基本概念、电阻的连接

电工基础模块一电工基本概念

第二节

电位、电压、电动势

第一节

电荷、电流、电路

第三节

电场、电阻

第四节

电能、电功率思考：1、什么是电荷？2、什么是电流？第一节

电荷、电流、电路一、电荷物质由分子构成，在不受外力作用时，分子是做无规则的热运动的。分子由原子构成，原子由原子核与核外电子构成，而原子核又由质子和中子构成。每个质子带一个单位的正电荷，中子不带电，质子和中子的相对质量都为1。核外的每个电子带一个单位的负电荷，质量可忽略不计。

带电的最小粒子称电荷，电荷有正、负之分，其中，负电荷也称电子。一个电子或一个质子所带的电量是1.6x10-19库仑。金属导体中移动最活跃的是电子，而电子的移动则受到原子核束缚，即电子要克服原子核对它的束缚力之后才能自由移动。一般是以正电荷的移动方向作为电流的方向，而正、负电荷的移动方向相反，故金属导体中的电流方向与电子的移动方向相反。电荷间的相互作用是：同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引。二、电流

电荷有规则的定向移动形成电流。在金属导体中，电流是由自由电子在外电场作用下有规则运动形成的；在某些液体或气体中，电流是由阴离子或阳离子在电场力作用下有规则地运动形成的。

电流分直流和交流。大小和方向不随时间而变的电流称直流电，如图(a)所示，用“DC”或“—”表示直流；大小随时间而变，但方向不随时间而变的电流则称脉动直流电，如图(b)所示；大小和方向都随时间而变的电流称交流电，如图(c)所示，用“AC”或“～”表示交流。（a）直流电流（b）脉动直流电流（c）交流电流

式中，时间t的单位是：秒(s)，比秒大的单位有分钟(min)、小时(h)等，且有：1小时=60分钟，1分钟=60秒。

电量Ｑ(或q)的单位是：库仑(c)，简称库。

电流强度Ｉ的单位是：安培(A)，简称安。比安培大的单位有千安(KA)；比安培小的单位有毫安(mA)与微安(μA)。千安、安、毫安、微安每一级的进率是千进。即：1千安(KA)=1000安(A)；1安(A)=1000毫安(mA)；1毫安(mA)=1000微安(μA)1、电流方向

以正电荷移动的方向作为电流的方向。但在金属导体中移动最活跃的是电子，而电子的移动方向与正电荷的移动方向相反。

在分析与计算电路时，当无法确定电路中电流的真实方向时，可设定一个电流参考方向，并用箭头在图中标注出来。如果计算结果的电流为正值，则电流的真实方向与参考方向一致，如图1-2(a)所示；如果计算结果的电流为负值，则电流的真实方向与参考方向相反，如图1-2(b)所示。如果不规定电流的参考方向，则电流的正、负号是无意义的。

图1-2电流的方向1、形成电流的条件

要具备自由移动的电荷、一定的电压和闭合的电路这三个条件，才能形成电流。要有电流，这三个条件缺一不可。如断开手电筒开关，小灯泡不亮，此时手电筒内有电池，有电池则有一定的电压和自由移动的电荷，但因开关断开而使电路不闭合，故无电流，如图1-3所示；或电池用久了，电压不够大，小灯泡也不能发亮；或手电筒内部生锈而不导电，小灯泡也不能发亮。图1-3电路的构成示意图三、电路1、电路的构成一个最简单的电路由电源、用电器、导线和开关构成，如图1-3所示。其中，用电器也称负载。

电源：将其他形式的能转变成电能的装置称电源。常用的直流电源有1.5伏或9伏的干电池、12伏或24伏的蓄电池、直流发电机等

用电器：是将电能转变成其他形式的能的装置，是耗能元件，如灯泡、直流电动机等。

导线：将电源和用电器连接起来的金属导线，是将电能由电源输送给用电器。常用的导线有铝线和铜线，但因铝线易断且会产生氧化铝而阻碍电流的流通，故少用铝线。

开关：控制电路接通或断开的装置。在照明线路中常用的开关有单控开关、双联开关、多控开关、空气开关、闸刀开关等图1-3

电路的构成示意图2、电路图用规定的电气图形符号、文字符号来表示电路连接情况的图，称为电路原理图，简称电路图。如图1-6所示：图1-6电路原理示意图常用元器件和电工仪表的名称及图形符号3、电路的工作状态电路有如下三种工作状态：（1）通路：处处连通的闭合回路，也称闭路。如图1-6中的开关K闭合，则为通路，此时有电流通过电路中的灯泡，从而使灯泡发亮。（2）断路：有某处断开的电路，也称开路。如图1-6中的开关K断开，则为断路，此时电源两端有电压，但电路中无电流，灯泡不亮。（3）短路：电流没有经过用电器，而是由导线直接构成回路。如图1-6所示，如果用导线直接将开关的左端与灯炮的右端连接起来则为短路，此时电流不经过灯泡，而直接由电源的正极流回负极。短路时电流相当大，很容易引起火灾。我们要尽量避免线路发生短路，常用的预防短路的措施是安装熔断器(保险丝)或低压断路器(空气开关)。第二节电位、电压、电动势一、电位1.电位的大小

电荷在电路中某点所具有的能量称电位，也称电势。将电荷从电路中的某点移送到参考点(即零电位点)所做的功(W)，跟被移送的电量(q)的比值称为该点的电位，电位用V表示，即

式中，W、q、V的单位分别是：焦耳、库仑、伏特。

参考电位点原则上是可以任意选定的，但我们一般选大地、机壳、多条支路的交叉点等作为参考点。电路中某点的电位，就是该点与参考点之间的电压。如图1-7所示，标出了A、B、C、O四点，选择的参考点不同，则各点的电位也不同。图1-7

电位与参考点关系(1)选O点为参考点，则VO=0，A、B、C各点的电位就是各点与O点之间的电压，即:

VA=UAO，VB=UBO，VC=UC0

(2)选B点为参考点，则VB=0，A、C、O各点的电位就是各点与B点之间的电压，即：VA=UAB，VC=UCB，VO=UOB

由此可知，一个电路只能选择一个参考点，否则无法比较各点的电位。2.电位的方向

电位只有大小，没有方向。电位就像我们平常所说的地势一样，地势的高低是以水平面作为参考面来比较的，而电位则是以设定的某点作为零电位点来比较的。3.电位与电压的关系

电路中某两点的电位之差，称为这两点间的电压。如a点的电位为Va，b点的电位为Vb，则a、b二点间的电压为Uab=Va－Vb。1.电压的形成

对干电池而言，其正极聚集正电荷，负极聚集负电荷，则正、负极之间就形成了一定的电压。两极聚集的电荷数越多，两极间的电压则越大。2.电压的大小

干电池的正极(a点)与负极(b点)之间的电压(Uab)，在数值上等于电场力把正电荷由正极移送到负极所做的功(Wab)与被移送的电荷量(q)的比值。即

式中，Wab、q、Uab的单位分别为：焦耳、库仑、伏特。电压是衡量电场力做功本领大小的物理量。

电压的单位是：伏特(V)，简称伏。比伏特小的单位有毫伏(mV)和微伏(μV)，比伏特大的单位有千伏(KV)。千伏、伏特、毫伏、微伏等单位每一级的进率是一千进。即：1千伏(KV)=1000伏(V)；1伏(V)=1000毫伏(mV)；1毫伏(mV)=1000微伏(μV)。

电路中某两点之间的电压，等于这两点的电位之差。如：UAB=VA-VB，UBA=VB-VA。

电位如同地势，其大小与参考点的选择有关；电压如同高度，其大小与参考点的选择无关。

安全电压等级有：42V、36V、24V、12V和6V。

一般情况下，安全电压是指36V以下的电压。在潮湿的遂道、金属管道内，应使用12V以下的安全电压。3.电压方向

电压的方向是从高电位指向低电位，俗称电压降。如干电池向外提供的端电压，其电压方向是由电源的正极指向电源的负极。二、电动势1.电动势的大小

在电源内部，电源力把单位正电荷从电源的负极经电源内部移送到正极所做的功，称电源电动势，用E表示。如果被移送的电量为q库仑，所做的功为W焦耳，则电源的电动势为：

式中，W、q、E的单位分别为：焦耳、库仑、伏特。2.电动势的方向

直流电源电动势的方向是由电源的负极经电源内部指向电源的正极，即由低电位指向高电位，故电动势的方向与电压的方向刚好相反。第三节

电场、电阻一、电场带电体周围的空间或变化磁场周围的空间里存在的具有力和能量的特殊物质称电场。电场对放入其中的电荷有作用力；当电荷在电场中移动时，电场力对电荷做功。电荷间的作用力总是通过电场进行的。二、电阻

1.电阻的定义导体内部对电流的阻碍作用称为电阻。我们所说的导体，一般是指金属导体。金属导体内部有大量活跃移动的负电荷，在移动过程中会与正电荷频繁碰撞，从而阻碍其移动，这种阻碍作用就称电阻。电阻只有大小，没有方向。

2.常见电阻器

电阻器是一种较常见、应用较广泛的电子元器件之一，也是汽车电气电子设备中用得最多的基本元件之一，主要用于控制和调节电路中的电流和电压，或用做消耗电能的负载。

常见的电阻器可分为固定电阻器、可变电阻器和敏感电阻器等。电阻器的主要参数有标称阻值、允许误差和额定功率。3.电阻定律

金属导体的电阻跟导体的材料、长度、粗细、温度等有关。在温度保持不变(200C)时，一定材料制成的导体的电阻，跟它的长度成正比，跟它的横截面积成反比。即

一般情况下，金属导体的电阻随温度的升高而变大。如白炽灯的灯丝是用钨丝制成的，灯丝发光时的温度约为2000℃，钨的电阻随温度的升高而增大，温度升高1℃，电阻约增大0.5%，所以，灯丝正常发光时的电阻比常温时的电阻大得多。

材料的电阻率用ρ表示，单位是欧姆.米(Ω·m)；长度用L表示，单位是米(m)；粗细是指导体的横截面积，用s表示，单位是平方毫米(mm2)；电阻用R表示，单位是欧姆(Ω)，简称欧。比欧姆(Ω)大的单位有：千欧(KΩ)，兆欧(MΩ)。兆欧、千欧、欧姆等单位每一级的进率是一千进。即：1兆欧(MΩ)=1000千欧(KΩ)；

1千欧(KΩ)=1000欧(Ω)。第四节电能、电功率一、电能1.电能的定义

电以各种形式做功的能力称电能，也称电功。有直流电能、交流电能、高频电能等，这几种电能可相互转换。我们日常生活中使用的电能，主要由水能、热能、风能、太阳能、核能等转换而来。电流做功的过程，就是将电能转变成其它形式的能的过程，如电流通过电炉，是将电能转变成热能。电能用W表示，单位是焦耳(J)。2.电能的大小

电流通过导体所做的功，跟导体两端的电压、通过导体的电流、通电时间三者都成正比。即：

式中，U、I、t、W分别表示电压、电流、通电时间、电功，它们的单位分别为：伏、安、秒、焦耳。其中，时间的单位有：小时(h)；分钟(min)；秒(s)等。电能的常用单位是度，也称千瓦时(Kwh)。1千瓦时(度)的电能可供一只1千瓦的白炽灯正常工作1小时。故有1度=1千瓦×1小时=1000瓦×3600秒=3.6×106焦耳二、电功率1.电功率定义

电功率是描述电流做功快慢的物理量。

电流在单位时间内所做的功称电功率。如果电流在t秒内所做的功为W焦耳，则其电功率为：

电功率用P表示，单位是瓦特(w)，简称瓦。比瓦特大的单位有千瓦(kw)，两者的进率为一千进，即:1千瓦(Kw)=1000瓦(w).2.电功率大小因为W=UＩt，所以有

即电流在某段电路的电功率，跟其电压和电流都成正比。

式中，U、I、P的单位分别是：伏、安、瓦。电流通过电阻，是将电能转化成其它形式的能而消耗掉，因此，电阻是耗能元件。

电功率的常用单位是匹，如空调是讲几匹的。

1匹=735瓦=0.735千瓦。

用电器铭牌上标注的电压和电功率，称额定电压和额定功率。如果实际电压低于额定电压，则用电器不能正常工作，其实际功率也小于额定功率；如果实际电压高于额定电压，则会损坏用电器。电工基础模块二电阻的连接

第二节电阻的连接

第一节

基本定律

第三节基尔霍夫定律

思考：1、什么是欧姆定律？第一节

基本定律一、欧姆定律欧姆定律反映的是电路中的电流、电压和电阻三者之间的关系的定律，含部分电路欧姆定律和全电路欧姆定律。1.部分电路欧姆定律：通过某段电路的电流，跟这段电路两端的电压成正比，跟这段电路的电阻成反比。即

式中，U、R、I的单位分别是：伏、欧、安。由

可得：

如果测出了电阻两端的电压和通过电阻的电流，则可计算出其阻值。这就是伏安法测电阻的原理。如下图所示。

但不能由公式就说：电阻与电压成正比，与电流成反比。因为由电阻定律可知，电阻的大小只与材料、长度、粗细和温度有关，而与电压、电流无关。当加在电阻两端的电压增大或减小时，通过电阻的电流也跟着增大或减小，但其比值(即R的值)却保持不变。

2.电阻的伏安特性

电阻阻值不随电压、电流变化而改变的电阻称为线性电阻。日常所说的电阻都是线性电阻，其阻值是一个常数，其伏安特性曲线是一条直线，如下图所示。

电阻的伏安特性曲线反映的是电阻两端的电压U与通过电阻的电流Ｉ之间的对应变化关系，即以电压为横坐标，以电流为纵坐标，作出的电阻变化的曲线(是一条通过原点的直线)。3.全电路欧姆定律

通过闭合电路的电流，跟电源的电动势成正比，跟电路的电阻与电源的内阻之和成反比。即

式中的r或R0称内阻，是指电荷移动时在电源内部所受的阻碍作用；R称外阻，是指电荷在除电源之外的电路中所受的阻碍作用，也是指整个电路中除电源之外所有电阻的阻值之和。如下图所示，外阻R等于R1、R2、R3三个电阻连接后的总电阻，即

由

可得：E=ＩR+Ｉr=U+U0，即电源的电动势在数值上等于内、外电压降之和。其中，ＩR=U，称外压降，也称电源向外输出的端电压；Ｉr=Uo，称内压降，是指电流通过电源内阻消耗电能后降低的电压。例如1.5伏的干电池，向外输出的电压一定小于1.5伏，因为它有内压降。

二、焦耳定律焦耳定律是指将电能转变成热能的定律。电流通过导体产生的热量(也称电热)，跟导体中电流的平方、导体的电阻和通电时间都成正比，即：

式中，Ｉ、R、t、Ｑ的单位分别为：安、欧、秒、焦耳。

电流通过纯电阻电路，如电炉、电烘箱等用电器时，消耗的电能全部转变成热能，此时电功等于电热，此时W=Ｑ，即：UIt=I2Rt；而电流通过电感电路，如电风扇、电动机等用电器时，电能转变成动能和热能，因此电功不等于电热，此时电功计算式W=UＩt与电热计算式Ｑ=I2Rt不能混用。第二节

电阻的连接一、电阻的串联

1.电阻串联的定义将电阻一个接一个地依次连接起来，称电阻的串联。如下图所示是三个电阻的串联2.串联电阻电路的特点串联电阻电路中的电流、电压、电阻之间的关系为：

(1)电流相等。串联电阻电路中，通过各电阻的电流相等。即：

I=I1=I2=I3

(2)电压相加。串联电阻电路两端的总电压，等于各电阻两端的电压之和。即：U=U1+U2+U3电动势不相等的电源，可串联起来使用，且串联后可向外提供一个较大的电压。

(3)电阻相加。串联电阻电路的总电阻，等于各电阻之和。即：R=R1+R2+R3(4)串电阻分压。串联电阻电路中各电阻分担的电压与其阻值成正比。即：3.串联电阻的应用

在工程上，常利用几个电阻串联构成分压器，将同一电源向外提供不同的电压；利用串电阻分压的方法来扩大电压表的量程，如将微安表改装成电压表；利用串电阻的方法来限制、调节电路中的电流，如电子电路中用二极管来限流；利用将小阻值的电阻串联后来获得较大阻值的电阻等。二、电阻的并联

1.并联电阻的定义将多个电阻的一端接在一边，另一端接在另一边，称电阻的并联，如下图所示是三个电阻的并联。2.并联电阻电路的特点并联电阻电路中的电流、电压、电阻的关系为：(1)电流相加。并联电阻电路中的总电流，等于通过各电阻的电流之和。即：Ｉ=Ｉ1+Ｉ2+Ｉ3(2)电压相等。并联电阻电路两端的总电压，与各电阻两端的电压相等。即：U=U1=U2=U3电动势不相同的电源，不能并联在一起使用。(3)电阻倒数和。并联电阻电路的总电阻的倒数，等于各电阻的倒数之和。即：

多个电阻并联后的总电阻，小于电路中最小阻值的电阻；3、并联电阻的应用

在工程上，常利用并联电阻的分流作用来扩大电流表的量程，如将微安表改装成电流表；实际上，凡是额定电压相同的用电器几乎都采用并联，如各种电动机、各种照明灯具都采用并联，这样既可以保证用电器在额定电压下正常工作，又能在断开或闭合某个用电器时，不影响其它用电器的正常工作；利用将大阻值的电阻并联后来获得较小阻值的电阻；等等。三、电阻的混联

既有串联，又有并联，称为混联。如下图所示。

要计算混联电阻电路的总阻值，可先将电路化简或画出易理解的等效电路图，然后再计算。第三节

基尔霍夫定律

对于复杂的电阻混联电路，可采用基尔霍夫定律、戴维宁定理、叠加定理、二端网络、电流源与电压源等效变换等方法来计算。在此只介绍基尔霍夫定律。

基尔霍夫定律包含节点电流定律和回路电压定律。要理解这两个定律，必须先了解如下四个基本概念。一、四个概念1、支路：由一个或几个元件首尾相连接而构成的无分支的电路，称支路。

如图2-11所示，有如下三条支路：(1)E1和R1构成一条支路；(2)E2和R2构成一条支路；(3)R3构成一条支路。

有些支路含有电源，称有源支路；有些支路不含有电源，称无源支路。图2-11

支路、节点、回路、网孔2、节点三条或三条以上支路汇聚的点，称节点。如图2-11所示，A点和B点都是节点。3、回路任一闭合的电路，称回路。如图2-11所示，有三个回路：回路1：A点→R2→E2→E1→R1→A点；回路2：A点→R3→E2→R2→A点；回路3：A点→R3→E1→R1→A点。4、网孔不含有其它回路的回路，称网孔。网孔也是最小的回路，相当于鱼网的网眼。如上面的三个回路中的回路3，包含了回路1和回路2，因此，回路3就不是网孔，只有回路1和回路2才是网孔。二、节点电流定律

通过同一节点的电流代数和为零+，即ΣＩ=0，称为基尔霍夫节