电工入门基础知识

目录

第一章直流电路6

§1—1电学的基本物理量6

一、电量6

二、电流7

三、电压7

四、电动势、电源8

五、电阻9

/K电功、电功率10

七、电流的热效应12

§1—2电路13

一，电路的组成和作用13

二、电路图13

三，电路的三种状态14

§1—3欧姆定律14

一、一段电阻电路的欧姆定律14

二、全电路欧姆定律15

§1-4电阻的串联、并联电路17

一，电阻的串联电路17

二、电阻的并联电路18

§1—5电工测量基本知识19

一、万用表的外形及基本组成20

二万用表的使用步骤22

三、万用表的使用注意事项22

习题22

第二章电磁的基本知识24

§2—1磁的基本知识25

一、磁现象25

二、磁场、磁感应线25

三，磁通、磁感应强度26

四、磁导率27

§2—2电流的磁场28

一，通电直导线的磁场28

二，通电螺线管的磁场29

三，磁场对载流直导线的作用30

四、磁场对通电线圈的作用31

§2—3电磁感应32

一、电磁感应现象32

二、法拉第定律33

三，楞次定律34

四、电磁感应定律36

§2—4自感、互感36

一、自感36

二、互感38

习题38

第三章正弦交流电路40

§3—1正弦交流电的产生41

一，正弦交流电的特点种41

二，正弦交流电的产生42

§3—2正弦交流电的三要素43

一、周期、频率、角频率43

二、瞬时值、最大值、有效值44

三，相位、初相和相位差45

§3—3正弦交流电的表示法46

f三角函数式法46

一、纯电阻电路47

二、纯电感电路48

三，纯电容电路49

§3—5三相交流电路51

一，三相电动势的产生52

二、三相电源绕组的联结53

三、三相交流电路负载的联结54

§3-6常用电气照明电路56

一、白炽灯照明电路56

二，节能灯照明电路57

三、日光灯照明电路58

习题错误!未定义书签。

第四章变压器与三相异步电动机59

§4-1变压器的基本结构和工作原理60

一、变压器的基本结构60

二，变压器的工作原理61

三几种常见变压器63

四、变压器的主要技术数据65

五、变压器的使用要点67

§4—2三相异步电动机的用途和结构67

一、电动机概述67

二、三相笼式异步电动机的基本结构68

§4-3三相异步电动机的转动原理69

f演示实验69

二定子旋转磁场的产生69

三旋转磁场对转子的作用72

§4-3三相异步电动机的使用73

一，启动73

二、反转74

三,制动74

四、三相笼式异步电动机的铭牌数据75

五、三相异步电动机使用要点77

§4-5单相异步电动机78

第五章简单机床电路81

§5-1常用低压电器81

一，开关82

二，接触器86

三、热继电器88

四、熔断器89

§5-2机床的几种控制线路91

一、点动控制线路91

二、看懂机床控制线路的基本要领92

三、接触器自锁控制线路93

四、接触器联锁的正反转控制线路95

五、C620—1型车床控制线路98

习题99

第六章安全用电100

§6—1触电101

一、触电事故1。1

二、触电原因及方式102

§6-2安全用电措施103

一、常用安全用电措施103

二、电气设备的保护接地和保护接零105

三，安全用电十不准106

§6—3电气事故及紧急处理107

一、触电急救107

二、对电气设备做好监护109

三，电火警的紧急处理110

四、防雷击的安全措施110

习题110

第一章直流电路

本章学习要点：

1.熟悉电流、电压、电阻、电功率、电功等常用

的物理量；

2.了解常用电气元件的电路符号，能够看懂电路

图的连接关系；

3.熟练掌握欧姆定律的两种形式，明确U,J,R,

E,I•之间的关系；

4.准确辨识简单电路电阻的串、并联关系，掌握

两种连接形式中每个元件上电压、电流与总电压、总电

流的关系。

现实生活中，我们经常听到或说起很多有关电方面的名词、术语,

也经常有很多用电方面的困惑。这些名词、术语究竟是怎样定义的它

们之间有什么关系是什么因素导致电压的高低、电流的大小为什么会

发生由用电引发的火灾为什么家里几个月没人住，还会产生电费很多

经常听到的，看似简单，又不容易说清的问题，通过本章的学习都会

有明确的答案。

§1-1电学的基本物理量

一、电量

自然界中的一切物质都是由分子组成的，分子又是由原子组成

的，而原子是由带正电荷的原子核与一定数量带负电荷的电子组成

的。在通常情况下，原子核所带的正电荷数等于核外电子所带的负电

荷数，原子对外不显电性。但是，用一些办法，可使某种物体上的电

子转移到另外一种物体上。失去电子的物体带正电荷，得到电子的物

体带负电荷。物体失去或得到的电子数量越多，则物体所带的正、负

电荷的数量也越多。

物体所带电荷数量的多少用电量来表示。电量是一个物理量，它

的单位是库仑，用字母C表示。1C的电量相当于物体失去或得到

6.25X1018个电子所带的电量。

二、电流

电子

电荷的定向移动形成电流。电流有A-e—e—eB

大小，有方向。

电流

1.电流的方向图i-i金属导体中的

电流方向

1、人们规定正电荷定向移动的方向

为电流的方向。金属导体中，电流是电子在导体内电场的作用下定向

移动的结果，电子流的方向是负电荷的移动方向，与正电荷的移动方

向相反，所以金属导体中电流的方向与电子流的方向相反，如图1—

1所示。

2.电流的大小

电学中用电流强度来衡量电流的大小。电流强度就是1秒钟通过

导体微面的电量。电流强度用字母/表示，计算公式如下：

式中/一电流强度，单位安培(A);

Q——在t秒时间内，通过导体截面的电量数，单位库仑(C);

，——时间，单位秒⑶。

实际使用时，人们把电流强度简称为电流。电流的单位是安培，

简称安，用字母A表示。如果1秒内通过导体截面的电量为1库仑,

则该电流的电流强度为1安培，习惯简称电流为1安。实际应用中，

除单位安培外，还有千安(kA)、毫安(mA)与微安(〃A)。它们之间的关

系为：

三、电压

为了弄清楚电荷在导体中定向移动而形成电流的原因，我们对照

图1—2a水流的形成来理解这个问题。

从图1—2a可以看到外水由一A槽经C管向8槽流去。水之所以能

在C管中进行定向移动，是由于A槽水位高，B槽水位低所致：A,B

两槽之间的水位差即水压，是实现水形成水流的原因。与此相似，当

图1—2b中的开关S闭合后，电路里就有电流。这是因为电源的正极

电位高，负极电位低。两个极间电位差(电压)使正电荷从正极出发，

经过负载R移向负极形成电流。所以，电压是自由电荷发生定向移动

形成电流的原因。在电路中电场力把单位正电荷由高电位a点移向低

电位b点所做的功称为两点间的电压，用分表示。所以电压是a与b

两点间的电位差，它是衡量电场力做功本领大小的物理量。

电压用字母U表示，单位为伏特，电场力将1库仑电荷从a点

移到b点所做的功为1焦耳，则ab间的电压值就是1伏特，简称伏,

用字母V表示。常用的电压单位还有千伏(kV),毫伏(mV)等。它们

之间的关系为：

1kV=io3V

1V=io3mV

电压与电流相似，不但有大小，而且有方向。对于负载来说，电

流流人端为正端，电流流出端为负端。电压的方向是由正端指向负端,

也就是说负载中电压实际方向与电流方向一致。在电路图中，用带箭

头的细实线表示电压的方向。

四、电动势、电源

在图1—2a中，为使水在C管中持续不断地流动，必须用水泵

把B槽中的水不断地泵入A槽，以维持两槽间的固定水位差，也就

是要保证C管两端有一定的水压。在图l-2b中，电源与水泵的作

用相似，它把正电荷由电源的负极移到正极，以维持正、负极间的电

位差，即电路中有一定的电压使正电荷在电路中持续不断地流动。

电源是利用非电力把正电荷由负极移到正极的，它在电路中将其

他形式能转换成电能。电动势就是衡量电源能量转换本领的物理量，

用字母E表示，它的单位也是伏特，简称伏，用字母V表示。

电源的电动势只存在于电源内部。人们规定电动势的方向在电源

内部由负极指向正极。在电路中也用带箭头的细实线表示电动势的方

向，如图1—2b所示。当电源两端不接负载时，电源的开路电压等

于电源的电动势，但二者方向相反。

生活中用测量电源端电压的办法，来判断电源的状态。比如测得

工作电路中两节5号电池的端电压为2.8V,则说明电池电量比较充

足。

五、电阻

一般来说，导体对电流的阻碍作用称为电阻，用字母R表示。

电阻的单位为欧姆，简称欧，用字母。表示。

如果导体两端的电压为1伏，通过的电流为1安，则该导体的

电阻就是1欧。

常用的电阻单位还有千欧(kc)、兆欧(Me)。它们之间的关系为:

lkn=io3c

1Mc=io’kc

应当强调指出：电阻是导体中客观存在的，它与导体两端电压变

化情况无关，即使没有电压，导体中仍然有电阻存在。实验证明，当

温度一定时，导体电阻只与材料及导体的几何尺寸有关。对于二根材

质均匀、长度为L、截面积为S的导体而言，其电阻大小可用下式表

示：

式中R——导体电阻，单位为欧(C)；

L——导体长度，单位为米(m);

S——导体截面积，单位为平方毫米(mn?)；

P——电阻率，单位为欧・米(c•m)o

式中电阻率是与材料性质有关的物理量。电阻率的大小等于长度

为1m,截面积为1mm2的导体在一定温度下的电阻值，其单位为欧

米(Q：m)o例如，铜的电阻率为1.7X10-8。-m,就是指长为1m,

截面积为lmmz的铜线的电阻是1.7乂10-8。。几种常用材料在20兀

时的电阻率见表1—1。

从表中可知，铜与铝的电阻率较小，是应用极为广泛的导电材料。

以前，由于我国铝的矿藏量丰富，价格低廉，常用铝线作输电线。由

于铜线有更好的电气特性，如强度高、电阻率小，现在铜制线材被更

广泛应用。电动机、变压器的绕组一般都用铜材。

表1—1几种常用材料在20℃时的电阻率

材料名称电阻率(Q-m)

银1.6XKF®

铜1.7X10-8

铝2.9X10-8

鸨5.3X10-8

铁1.OXio"

康铜5.Oxio-7

镒铜4.4Xio-7

铝锚铁电阻丝1.2Xio6

六、电功、电功率

电流通过用电器时，用电器就将电能转换成其他形式的能，如热

能、光能与机械能等。我们把电能转换成其他形式的能叫做电流做功，

简称电功，用字母W表示。电流通过用电器所做的功与用电器的端

电压、流过的电流、所用的时间与电阻有以下的关系：

如果公式(1—3)中，电压单位为伏，电流单位为安，电阻单位为

欧，时间单位为秒，则电功单位就是焦耳，简称焦，用字母J表示。

电流在单位时间内通过用电器所做的功称为电功率，用字母P

表示。其数学表达式为：

将公式(1—3)代入公式1—4后得到：

若在公式(1—4)中，电功单位为焦耳，时间单位为秒，则电功率

的单位就是焦耳/秒。焦耳/秒又叫瓦特，简称瓦，用字母W表示。

在实际工作中，常用的电功率单位还有千瓦(kW)、毫瓦(mW)等。它

们之间的关系为：

lkW=io3W

lW=io3mW

从公式1—5中可以得出如下结论：

1.当用电器的电阻一定时，电功率与电流平方或电压平方成正

比。若通过用电器的电流是原来电流的2倍，则电功率就是原功率的

4倍;若加在用电器两端电压是原电压的2倍，则电功率就是原功率的

4倍。

2.当流过用电器的电流一定时，电功率与电阻值成正比。对于

串联电阻电路，流经各个电阻的电流是相同的，则串联电阻的总功率

与各个电阻的电阻值的与成正比。

3.当加在用电器两端的电压一定时，电功率与电阻值成反比。

对于并联电阻电路，各个电阻两端电压相等，则各个电阻的电功率与

各电阻的阻值成反比。

在实际工作中，电功的单位常用千瓦小时(kW-h),也叫“度”。

1千瓦小时是1度，它表示功率为1千瓦的用电器1小时所消耗的电能,

即：

lkW•h=lkWXlh=3.6xio6J

例题1一台42英寸(1英寸=2.54厘米)等离子电视机的功率约

为300W,平均每天开机3小时，若每度电费为人民币0.48元，问

一年(以365天计算)要交纳多少电费

解：

电视机的功率P=300W=0.3kW

电视机一年开机的时间t=3x365=1095h

电视机一年消耗的电能W=Pt=0.3X1095=328.5kW-h

一年的电费为328.5X0.48=157.68元

想一想:现在的电气在不工作时经常是通电的，

（待机状态）,此时的功耗很低，一般不超过10W（计

算时可以估算为5W）,假定家中有空调、电视机、

DVD播放器、家庭影院功放、计算机主机、计算

机显示器，如果这些电气长期处在待机状态，它们

一年要消耗多少电费有没有其他问题

七、电流的热效应

电流通过导体使导体发热的现象叫做电流的热效应。电流的热效

应是电流通过导体时电能转换成热能的效应。

电流通过导体产生的热量，用焦耳一楞次定律表示如下：

式中。一热量，单位焦耳（J）;

/——通过导体的电流，单位安培（A）;

R——导体电阻，一单位欧姆（Q）;

7——导体通过电流的时间，单位秒（S）

焦耳一楞次定律的物理意义是：电流通过导体所产生的热量，与

电流强度的平方、导体的电阻及通电时间成正比。

在生产与生活中，应用电流热效应制作各种电气。如白炽灯、电

烙铁、电烤箱、熔断器等在工厂中最为常见；电吹风、电褥子等常用

于家庭中。但是电流的热效应也有其不利的一面，如电流的热效应能

使电路中不需要发热的地方（如导线）发热，导致绝缘材料老化，甚至

烧毁设备，导致火灾，是一种不容忽视的潜在祸因。

例题2已知当一台电烤箱的电阻丝流过5A电流时，每分钟可

放出L2XI06J的热量，求这台电烤箱的电功率及电阻丝工作时的电

阻值。

解：

根据公式(1—4),电烤箱的电功率为:

电阻丝工作时电阻值为:

§1—2电路

一、电路的组成与作用

电流所流过的路径称为电路。它是由电源、负载、开关与连接导

线等4个基本部分组成的，如图1—3所示。电源是把非电能转换成

电能并向外提供电能的装置。常见的电源有干电池、蓄电池与发电机

等。负载是电路中用电器的总称，它将电能转换成其他形式的能。如

电灯把电能转换成光能；电烙铁把电能转换成热能；电动机把电能转

换成机械能。开关属于控制电器，用于控制电路的接通或断开。连接

导线将电源与负载连接起来，担负着电能的传

图1-3电路的组成图1-4电路图

1-电源2-导线3-灯泡

4-开关

输与分配的任务。电路电流方向是由电源正极经负载流到电源负

极，在电源内部，电流由负极流向正极，形成一个闭合通路。

二、电路图

在设计、安装或维修各种实际电路时，经常要画出表示电路连接

情况的图。如果是画如图1—3所示的实物连接图，虽然直观，但很

麻烦。所以很少画实物图，而是画电路图。所谓电路图就是用国家统

一规定的符号，来表示电路连接情况的图。表1—2是儿种常用的电

工符号。图1—4是图1—3的电路图。

表1一2几种常用的电工符号

名称符号名称符号

电池电流

表

导线电压—Q—

表

开关」一熔断―口

器

电阻-IZZ1-电容

照明接地

灯

三、电路的三种状态

电路有三种状态：即通路、开路、短路。

通路是指电路处处接通。通路也称,q

为闭合电路，简称闭路。只有在通路的0]

情况下，电路才有正常的工作电流开路VHR

是电路中某处断开，没有形成通路的电

路。开路也称为断路，此时"

,图1-5一段电阻电路

电路中没有电流；短路是指电源或

负载两端被导线连接在一起，分别称为电源短路或负载短路。电源短

路时电源提供的电流要比通路时提供的电流大很多倍，通常是有害

的，也是非常危险的，所以一般不允许电源短路。

§1-3欧姆定律

一、一段电阻电路的欧姆定律

所谓一段电阻电路是指不包括电源在内的外电路，如图1—5所

示。实验证明，二段电阻电路欧姆定律的内容是，流过导体的电流强

度与这段导体两端的电压成正比；与这殷导体的电阻成反比。其数学

表达式为：

式中/——导体中的电流，(A);

U——导体两端的电压，(V);

R——导体的电阻，(Q)o

在公式(1—7)中，已知其中两个量，就可以求出第三个未知量;

公式(1—7)又可写成另外两种形式：

1.已知电流、电阻，求电压：

2.已知电压、电流，求电阻：

例题3一台直流电动机励磁绕组在220V电压作用下，通过绕

组的电流为0.427A,求绕组的电阻。

解：

已知电压U=220V,电流1=0.427A,由公式(1—9)得：

二、全电路欧姆定律

全电路是指含有电源的闭合电路。全电路是由各段电路连接成的

闭合电路。如图1—6所示，电路包括电源内部电路与电源外部电路,

电源内部电路简称内电路，电源外部电路简称外电路。在全电路中，

电源电动势入电源内电阻「、外电路电S/______

阻R与电路电流/之商的关系为：匚,

式中I——电路中的电流，(A);『瓜

E——电源电动势，(V)；

图1-6简单的全电路

R——外电路电阻，(。)；

，----内电路电阻，9)。

公式(1—10)是全电路欧姆定律。定律说明电路中的电流强度与

电源电动势(七)成正比，与整个电路的电阻(R+r)成反比。

将公式(1—10)变换后得到:

式中U——外电路电压；

Ir内电路电压。

外电路电压是指电路接通时电源两端的电压，又叫做路端电压，

简称端电压。这样，公式(1—11)的含义又可叙述为：电源电动势在

数值上等于闭合回路的各部分电压之与。根据全电路欧姆定律研究全

电路处于三种状态时，全电路中电压与电流的关系是：

1.当全电路处于通路状态时，由公式(1—11)可以得出端电压为:

由公式可知，随着电流的增大，外电路电压也随之减小。电源内

阻越大，外电路电压减小得越多。在直流负载时需要恒定电压供电，

所以总是希望电源内阻越小越好。

2.当全电路处于断路状态时，相当于外电路电阻值趋于无穷大,

此时电路电流为零，开路内电路电阻电压为零，外电路电压等于电源

电动势。

3.当全电路处于短路状态时，外电路电阻值趋近于零，此时电

路电流叫短路电流。由于电源内阻很小，所以短路电流很大。短路时

外电路电压为零，内电路电阻电压等于电源电动势。

全电路处于三种状态时，电路中电压与电流的关系见表1—3。

表1一3电路中电压与电流的关系

电路状态负载电阻电路电流外电路电

压

通路“常数U=E-Ir

R+r

开路7?->oo1=0U=E

RTOEU=0

短路/=—

r

通常电源电动势与内阻在短时间内基本不变，且电源内阻又非常

小，所以可近似认为电源的端电压等于电源电动势。今后不特别指出

电源内阻时，就表示其阻值很小忽略不计。但对于电池来说，其内阻

随电池使用时间延长而增大。如果电池内阻增大到一定值时，电池的

电动势就不能使负载正常工作了。如旧电池开路时两端的电压并不

低，但装在收音机里，却不能使收音机发声，这是由于电池内阻增大

所致。

例题4如图1—6所示的电路。电源电动势石=24V,电源内阻

负载电阻*20c。求电路中的电流，电源的端电压，负载

电压与电源内阻电压。

解：

根据公式(1一10),电路中的电流：

由公式(1—11),电路中电源的端电压：

根据公式(1—8),电路中的负载电压：

根据公式(1—8),电路中电源内阻的电压：

§1-4电阻的串联、并联电路

一、电阻的串联电路

在一段电路上，将几个电阻的首尾依次相连所构成的一个没有分

支的电路，叫做电阻的串联电路。如图1—7a所示是电阻的串联电

路。图1—7b是图1—7a的等效电路。电阻的串联电路有以下特点:

1.串联电路中流过各个电阻的电流都相等，即：

2.串联电路两端的总电压等于各个电阻两端的电压之与，即：

3.串联电路的总电阻(即等效电阻)等于各串联的电阻之与，即:

根据欧姆定律得出，4=阳，/=叫，…，U=/R可以得出：

或者

此公式表明，在串联电路中，龟阻的阻值越大，这个电阻所分配

到的电压越大；反之，电压越小，即电阻上的电压分配与电阻的阻值

成正比。这个理论是电阻串联电路中最重要的结论，用途极其广泛。

比如，用串联电阻的办法来扩大电压表的量程：

在如图l-7a所示的，电路中，将”坊+&代人公式(1—14)

式中

这两个公式可以直接计算出每个电阻从总电压中分得的电压值，

习惯上就把这两个式子叫做分压公式。

电阻串联的应用极为广泛。例如：

(1)用几个电阻串联来获得阻值较大的电阻。

(2)用串联电阻组成分压器，使用同一电源获得几种不同的电压o

如图1—8所示，由

R1〜R4组成串联电路，使用同一电源，输出4种不同数值的

电压。

(3)当负载的额定电压(标准工作电压值)低于电源电压时，采用电

阻与负载串联的方法，使电源的部分电压分配到串联电阻上，以满足

负载正确的使用电压值。例如，一个指示灯额定电压6V,电阻6c,

若将它接在12V电源上，必须串联一个阻值为6。的电阻，指示灯

才能正常工作。

(4)用电阻串联的方法来限制调节电路中的电流。在电工测量中

普遍用串联电阻法来扩大电压表的量程。

二、电阻的并联电路

将两个或两个以上的电阻两端分别接在电路中相同的两个节点

之间，这种连接方式叫做电阻的并联电路。如图1—9a所示是电阻

的并联电路，图1—9b是图1—9a的等效电路。

电阻的并联电路有如下特点：

1.并联电路中各个支路两端的电压相等，即：

2.并联电路中总的电流等于各支路中的电流之与，即：

3.并联电路的总电阻(即等效电阻)的倒数等于各并联电阻的倒

数之与,即：

若是两个电阻并联，根据公式1—18可求并联后的总电阻为：

根据公式(1-16)及欧姆定律可以得出：

公式(1—20)表明，在并联电路中，电阻的阻值越大，这个电阻

所分配到的电流越小，反之越大，即电阻上的电流分配与电阻的阻值

成反比。这个结论是电阻并联电路特点的重要推论，用途极为广泛，

比如，用并联电阻的办法，扩大电流表的量程。

电阻并联的应用，同电阻串联的应用一样，也很广泛。例如：

(1)因为电阻并联的总电阻小于并联电路中的任意一个电阻，因

此，可以用电阻并联的方法来获得阻值较小的电阻。

(2)由于并联

电阻各个支路两

端电压相等，因

此，工作电压相同

的负载，如电动

机、电灯等都是并

联使用，任何一个图1-9电阻的并联电路及等效电路

负载的工作状态a)电阻的并联电路b)等效电路

既不受其他负载

的影响，也不影响其他负载。在并联电路中，负载个数增加，电路的

总电阻减小，电流增大，负载从电源取用的电能多，负载变重；负载

数目减少，电路的总电阻增大，电流减小，负载从电源取用的龟能少,

负载变轻。因此，人们可以根据工作需要启动或停止并联使用的负载。

(3)在电工测量中应用电阻并联方法组成分流器来扩大电流表的

量程。

§1-5电工测量基本知识

自然界中的物理量，都可以使用特定的工具来进行测量。测量各

种电量的仪器仪表，统称为电工测量仪表。电工测量仪表种类繁多，

最常见的是测量基本电量的仪表。

电工仪表依据测量方法、仪表结构、仪表用途来分，有很多利建

概括来说，电工仪表用来测量电路中的电流、电压、电功率、电功、

功率因数、电量的频率｛电阻、绝缘状况等物理量。由此就有用各种

被测物理量冠名的仪表，如电流表、电压表等。其中一些电量要在后

续课程中介绍。本书简单介绍电工应用中最常用的仪表——万用表。

万用表是一种便携式仪表。由于其能够测量交流、直流电压或电流参

数：以及电路中的电阻等；被称为万用表。根据万用表内部结构、工

作原理的不同，可以把万用表分为：机械指针式万用表（简称机械表）

笼与电子数显式万用表（简称电子表）两类。本节重点介绍机械表。

一、万用表的外形及基本组成

如图1-10所示，是机械指针式万用表的外形。

操作万用表的主要部分有三个：挡位拨盘、表笔、读数表头。万

用表除了这几部分外，最主要的是表内电路与表头机电基本体模块部

分。万用表的表壳部分承担着各部分的保护与承载的责任。由于万用

表是一种移动测量仪表，容易受到磕碰摔砸的损害，所以应注意防护:

1.挡位拨盘

如图1—11所示，用于选择测量哪种物理量，一般万用表都至

少设有如下四个挡位，每个挡位又分为几个不同量限或不同倍率的挡

位：

交流电压挡：测量交流电压，如图1—11所示，又分为1。V,

50V,250V,500V,1000V五个子挡位。

直流电压挡：测量直流电压，如图1—11所示，又分为0.25V,

2.5V,10V,50V,250V,500V六个子挡位。

直流电流挡：用于测量直流电流值，如图1—11所示，又分为1

mA,10mA,100mA,1000mA四个子挡位。

电阻挡：用于测量电器阻值，如图1—11所示，又分为XI,X

10,X100,XIk四个子挡位。

电压、电流的每个挡位的数值表示的是量限（或量程），待测的物

理量值应小于该值。在选择挡位时，要选择一个挡位量限大于被测量

值，并且与被测量值最接近的一个量限的挡位。比如，要测一个直流

电压，估计其值约为190V,则应选择直流250V挡位。此时挡位

值250V大于被测量190V,且250V挡位比500V,1000V两

个挡位更接近被测量值。这样选择既能保证万用表的安全，又能保证

测量精度。

机械表电阻挡的几个挡位表示几个不同的倍率。由于机械表的表

头指针在整个刻度的2。％〜80%之间，读数比较准确，尤其是电阻

挡位对应的表头刻度的非均匀性，在这个范围内更利于读取数值，所

以，利用电阻挡的倍率选择，可以使表头指针落在该范围内。电子表

电阻挡位的标示数值与电流、电压的数值一样，表示量限，不是倍率。

电子表的挡位选择方法与电流、电压挡位一样。

2.表头

如图1—12所示为万用表表头。

机械表头有若干条刻度线：刻度线1是电阻值读取线，指针指向

最右端，指示值为0;指针指向最左端，指示值为小注意被测电阻

的实际阻值是指示值与所选挡位的倍率的乘积。比如，在RX1k挡,

当从刻度线上读取35时，如图1一13所示,电阻的测量阻值为35

Xlkc=35kc；刻度线2是均匀刻度线，用于

读取电压、电流的指示值。被测对象的测量值也经常需要从读取

值换算而得到。比如使用直流电压50。V挡，按50刻度线读数，如

果读取值为43,如图1—14所示，则被测电压的测量值为43X

(500+50)=430V;如果按250刻度线读数，见刻度线，读数应为

215,则被测电压的测量值为215x(500+250)=430V,即从同二

类的刻度线读数，经过换算，得到的测量值是一样的。机械表头经常

还有其他一些刻度线，请参照有关书籍。

电子表头的读数比较简单，可直接读数，然后冠以所选挡位的单

位，即是被测对象的测量值。比如使用电流20mA挡，读数值为

15.5,则测量值为15.5mA。

3.表笔

万用表的两表笔一般使用红黑两种颜色，红表笔一般插在标有

“十”的插孔内，黑表笔一般插在标有“一”的插孔内。测量电压时,

红、黑表笔分别接在高、低电位端；测量电流时，红、黑表笔分别接

在电流的流入端与流出端。否则表针会反向打针，对万用表不利。

二、万用表的使用步骤

1.确认万用表的状态，保证各部分的功能正常可靠。

2.明确要测量的物理量。一般包括交流电压、直流电压、直流

电流与电阻器阻傅。

3.选择合适的挡位，如前所述。

4.适当接人被测对象。测量电压时，直接将红、黑表笔并接在

被测元件的高、低电位两端或电路中的高、低电位点上。测量电流时,

须断开被测电路，将红、黑表笔接八电路的电流流出、流入端，使电

流经红表笔流入表内，从黑表笔流出时测量电阻器阻值时，电阻器须

脱离电路，然后将表笔两端接在电阻器两端测量即可。

5.获取测量值。读取刻度值，并进行必要的换算及冠以单位，

如前所述。

6.测量值的分析。对测得值要进行确认，是否合理，是否具备

科学性。

三、万用表的使用注意事项

1.万用表是便携式仪表，本身精度不高，可能有5%以内的误

差。

2.测量电阻时，首先要进行电阻值调零，方法是将表笔短接，

使用万用表面板上的调零钮进行调整。

3.注意检查万用表内的电池，当电量不足时，会影响电阻的测

量。

4.万用表最容易发生的损坏是，当万用表处在电流挡时，测量

电压，此时极易永久性损坏内部电路及表头。避免的办法是，每次用

完万用表，都将挡位置于交流电压最高挡（一般为1000V）。

习题

1.电流是用来表示的物理量，常用的单位是

2.电阻是用来表示的物理量，常用的单位是

3.电压是用来表示的物理量，常用的单位是

___________________O

4.分别用公式来表示下面各组量之间的关系：

(1)电量、电流、时间

(2)电流、电压、电阻

(3)电功、电功率、时间

5.电流通过导体的发热现象叫,发热的多少与

的平方成正比，与电阻的阻值成，与时间成正比,

这个关系写成公式是_________。

6.导体中电流的方向规定是_____的方向。电流方向与电

子流方向o

7.简单描述电路各组成部分的作用。

8.四图表示电路的3种状态。

9.银铭电炉丝的电阻率是1.1X10-6c・m,炉丝截面积0.6mm2。

如果将电炉接在220V的电源上，使炉丝通过3A的电流，应选用

多长的电炉丝

10.有两只灯泡，一只110V110W,另一只110V60W,

试问哪只灯泡的电阻大若将两只灯泡串联接在220V的线路中，是否

可以正常使用，通电后有什么现象。

11.有3个电阻&=5c,&=3c,&=2c,串联后接在12

V的电源上，求电路中的电流，各电阻上的电压。

12.有两只220V的灯泡，一只15W,另一只25W,并联接在

22。V电源上。求电路的等效电阻、总电流与各灯泡流过的电流。

13.有60W,40W,20W三只220V的灯泡，要接在220V

电源上正常使用，应采取哪种连接方式画出电路图。

14.将两只220V60W的灯泡串联接入220V电路中，每只灯

泡实际消耗的电功率是多少灯泡的寿命有何变化这种情况是否可以

应用到实际生活中（举例说明）

15.简单叙述电工技术中广泛使用铜材料的原因。

16.列举几项节电方法。

17.万用表一般有与两种类型，一般万

用表可用来测量、与_________三种物理量。

18.万用表最容易发生的永久损坏是当万用表处于

挡位时，被用来测量

19.用万用表测量电阻时，要先对万用表进行操作。

20.使用万用表测量交、直流电压、电流。

第二章电磁的基本知识

本章学习要点:

L熟悉磁的特性及磁的表示方法，熟悉磁通、

磁感应强度、磁导率的概念以及铁磁材料的特

点。

2.熟悉电生磁、-磁生电及磁对电流的力的

作用的三个现象，了解三个现象方向判定关系，

定性掌握磁场对电流的力的作用规律。

3o熟悉自感、互感现象，了解典型应用与避

害知识。

人们的生活因为有了电而便捷、精彩、时尚。人们总爱假想“如

果有一天，这个世界突然没了电……”，可是，如果这个世界没有了

磁，会怎样呢

实际上电与磁有着密不可分的关系。正因为有了这个关系，我们

才有了电、电灯、电视、、计算机、电动机……，同时一也因为

这个关系，导致了我们的电气寿命的短暂，突发故障的不约而至。你

想知道这是什么原因吗

§2—1磁的基本知识

一、磁现象

早在2000多年前，我们的祖先就发现了磁铁矿石具有吸引铁

的性质。人们把物体能够吸引铁、钻、银及其合金的性质称为磁性，

把具有磁性的物体叫做磁体。磁体上磁性最强的位置称为磁极，磁体

有两个磁极：即南极与北极，通常用字母S表示南极（常涂红色），用

字母N表示北极（常涂绿色或白色）。条形、蹄形、针形磁铁的磁极位

于它们的两端。值得注意的是任何一个磁体的磁极总是成对出现的。

若把一个条形磁铁分割成若干段，则每段都会同时出现南极、北极。

这叫做磁极的不可分割性。磁极与磁极之间存在的相互作用力称为磁

力：其作用规律是同性磁极相斥，异性磁极相吸。一根没有磁性的铁

棒，在其他磁铁的作用下获得磁性的过程叫磁化。如果把磁铁拿走，

铁棒仍有的磁性则称为剩磁。

二、磁场、磁感应线

磁体周围存在磁力作用的空间称为磁场。我们经常看见两个互不

接触的磁体之间具有相互作用力，它们是通过磁场这一特殊物质进行

传递的。磁场之所以是一种特殊物质，是因为它不是由分子与原子等

粒子组成的。虽然磁场是一种看不见、摸不着的特殊物质，但通过实

验可以证明它的存在。例如，在一块玻璃板上均匀地撒些铁粉，在玻

璃板下面放置一个条形磁铁。铁粉在磁场的作用下排列成规则线条，

如图2—1所示。这些线条都是从磁铁的。N极到S极的光滑曲线，

如图2—1b所示。我们把这些曲线称为磁感应线，用它能形象描述

磁场的性质。

图2-1磁感应线的发布情况

a)磁感应线均匀发布b)磁感应线从哝到S极

实验证明磁感应线具有下列特点：

1.磁感应线是闭合曲线

在磁体外部，磁感应线从N极出发，然后回到S极，在磁体内

部，是从S极到N极，这叫做磁感应线的不可中断性，如图2—2

所示。

2.磁感应线互不相交

这是因为磁场中任何一点磁场方向只有一个。

3.磁感应线的疏密程度与磁场强弱有关。

磁感应线稠密表示磁场强，-磁感应线稀疏表示磁场弱。

三、磁通、磁感应强度

为了描述磁场在上定面积上的分布情

况而引入了磁通这一物理量。

在磁场中，把通过与磁场方向垂直的

某一面积的磁感应线的总数目，叫做通过

该面积的磁通，用字母中表示。磁通的单

图2-2磁体内外磁

位是韦伯“简称韦，用Wb表示。感应线走向

磁感应强度是用来表示磁场中各点磁

场强弱与方向的物理量，用字母B表示。

垂直通过单位面积的磁感应线的数目叫做该点的磁感应强度。它

既有大小，又有方向。在磁场中某点磁感应强度的方向，就是位于该

点磁针北极所指的方向，它的大小在均匀磁场中可表示为：

式中B一—磁感应强度(T);

①一一磁通(Wb)；

S——垂直于磁感应线方向通过磁感应线的面积(n?)。

公式(2—1)说明磁感应强度的大小等于单位面积的磁通。如果通

过单位面积的磁通越多，则磁感应线越密，磁场也越强，反之磁场越

弱。

磁感应强度的单位是韦/米2,称为特斯拉，简称特，用字母T

表示。

四、磁导率

实验证明，铁、钻、锲及其合金对磁场影响强烈，具有明显的导

磁作用。但是自然界绝大多数物质对磁场影响甚微，导磁作用很差。

为了衡量各种物质导磁的性能，引入磁导率这一物理量，用字母〃表

示。磁导率的单位为亨利/米(H/m)。不同物质有不同的磁导率。在

其他条件相同的情况下，某些物质的磁导率比真空中的强，另一些物

质的磁导率比真空中的弱。

经实验测得真空的磁导率为4=44]0-7H/m,且是常数。

为了便于比较各种物质的导磁性能，把各种性质的磁导率与真空

中的磁导率进行比较，引人相对磁导率这一物理量。任何一种物质的

磁导率与真空的磁导率的比值叫做相对磁导率，用以表示。即：

相对磁导率没有单位，只是说明在其他条件相同的情况下，物质

的磁导率是真空磁导率的多少倍。

根据各种物质的磁导率的大小，可将物质分成三类。

4产1的物质叫做反磁物质，如铜、银等；

的物质叫做顺磁物质，如空气、铝等；

的物质叫做铁磁物质，如铁、钻、银及其合金等。

由于铁磁物质的相对磁导率很高，所以铁磁物质被广泛地应用于

电工技术方面(如制作变压器、电磁铁。电动机的铁心等)。

表2—1中列出了几种铁磁物质的相对磁导率，供参考。

表2-1几种铁磁物质的相对磁导率

铁磁物质名称相对磁导率（

钻174

锲1120

退火的铁7000

软钢2180

硅钢片7500

银铁合金60000

坡莫合金115000

§2—2电流的磁场

一、通电直导线的磁场

磁铁周围有磁场，通电直导线的周围也

有磁场。例如，一根直导线垂直穿过水平放

置的纸板，在纸板上均匀地撒些铁粉。当直

导线通电时，铁粉以导线为中心形成许多同

心圆，如图2-3所示：铁粉的分布情况表示

磁感应线分布情况。若直导线中电流消失，

困2-3通电直导线

则纸板上的铁粉又呈均匀分布。从而证明了的磁场

“动电生磁”，即磁场是伴随电流而存在的,

而电流永远被磁场所包围。经实验证明，磁

场方向与电流方向有关。若直导线垂直纸面，电流向着读者而来，则

磁场方向是逆时针方向；若直导线上的电流是离开读者而丢，则磁场

方向为顺时针方向，如图2—4a

所示：为了讨论问题方便起见；规定用符号，分别表示

电流或磁感应线垂直进人与流出纸面的方向。

图2-4直导线周围的磁场方向

a）通电直导线周围磁场与关系b）右手螺旋定则

通电直导线周围磁场方向与导线中的电流方向之间的关系可用

安培定则（又称右手螺旋定则）进行判定。其具体内容是：右手拇指指

向电流方向，贴在导线上，其余四指弯曲握住直导线，则弯曲四指的

方向就是磁感应线的环绕方向；如图2—4b所示。

实验证明，通电直导线四周的磁感应线距直导线越近，磁感应线

越密，磁感应强度越大，反之，磁感应线越疏k磁感应强度越小。导

线中通过电流越大，靠近直导线的磁感应线越密集，磁感应强度越大;

反之，导线中通过电流越小，靠近直导线的磁感应线越稀疏，磁感应

强度越小。

二、通电螺线管的磁场

已经知道通电直导线周围有磁场存在。若将通电直导线绕成多匝

螺线管后，在它的周围还有磁场存在吗为证实这个问题。将磁针放在

螺线管附近科当螺线管不通电时，磁针没有偏转。当通电时，磁针发

生偏转。这就说明通电螺线管周围有磁场存在。对于一个确定的螺线

管，磁场的强弱与螺线管中所通过的电流大小成正比。

通电螺线管磁场方向，与螺线管中通过的电流方向的关系，用右

手螺旋定则进行判定，如图2-5所示。

右手螺旋定则的内容是：用右手握住螺线管，让弯曲的四指所指

的方向与螺线管中流过的电流方向一致，则拇指所指的那一端就是螺

线管的N极。由图2—5可知，通电螺线管的磁场与条形磁铁的磁场

图2-5右手螺旋定则

相似。因此，一个通电螺线管相当于一块条形磁铁。

总之，凡是通电的导线，在其周围必定会产生磁场，从而说明电

流与磁场之间有着不可分割的联系。电流产生磁场的这种现象叫做电

流的磁效应。

三、想一想：如果将一个铁磁性材料插入到线圈磁场对载

流直导线的作用

中，对线圈的磁场有什么影响这一点会有什冬

通过前面学习

应用

已经知道，两块

磁铁之间有力的作用一载流直导线周围也存在磁场，若将其放入磁场

中，两者之间也会产生力，现在用如图2—6所示的实验来证实这一

问题。

在图2-6a中，U形磁铁中水平放置一根直导线，它与磁感应

线垂直。当导线上没有电流通过时，导线在磁场里静止不动。当导线

图2-6磁场对截流导线的作用

a）导线上的电流方向背离读者b）导线上的电流指向读者

上有电流通过，且背离读者而去，则导线因受磁场作用而向左运动。

若改变导线中的电流方向（见图2—6b）,即电流方向指向读者，则导

线受磁场作用向右运动。上述实验说明载流直导线在磁场的作用下而

产生运动。在磁极固定时，运动方向与电流方向有关；若导线中电流

方向不变，只改变磁极方向，则导线的运动方向也发生改变。电动机

就是利用载流导线在磁场中产生运动的原理制成的。

载流直导线在磁场作用下产生运动，而运动是在力的作用下产生

的。载流直导线在磁场中所受到的力称为电磁作用力，简称电磁力，

用字母F表示。电磁力既有大小，也有方向。

电磁力方向（即导线运动方向）、电流方向与磁场方向三者相互垂

直。因为电磁力的方向与磁场方向及电流方向有关。所以，用左手定

则(又称电动机定则)来判定兰者之间的关系。

左手定则的内容是：伸平左手，使

大拇指与其余四指垂直，手心对着N

极，让磁感应线垂直穿过手心，四指的

指向代表电流方向，则大拇指所示的方

向就是磁场对载流直导线的作用力方

向，如图2—7所示。

实验证明，在匀强磁场中，当载流图2-7左手定则

直导线与磁场方向垂直时，磁场对载流

直导线作用力的大小，与导线所处的磁感应强度、通过直导线的电流

以及导线在磁场中的长度的乘积成正比。即:

式中B——磁感应强度(Wb/n?);

/——直导线中通过的电流(A)；

L——直导线在磁场中的长度(m);

F——直导线受到的电场力(N)o

四、磁场对通电线圈的作用

由于磁场对通电导线有作用力，因此，

磁场对通电线圈也有力的作用。在均匀磁场

中放置一个矩形通电线圈abed,如图2—8

所示。

当线圈平面与磁感应线平行时，因为ab

与de边与磁感应线平行，不受磁场作用，没

有电磁力，ad与be边与磁感应线

图2-8磁场对通电

垂直，受磁场作用而有电磁力。根据左线圈的作用

手定则，ad边的受力方向是垂直向上，而

be边的受力方向是垂直向下。因为，ad=bc,根据公式(2—3),可

知,ad与be边所受的电磁力大小相等。由于这一对电磁力大小相等,

方向相反，所以构成一对力偶。故线圈在力偶的作用下，围绕轴线。。

做顺时针旋转。如图2-8所示是一个单匝线圈的直流电动机的工作

原理图。

§2—3电磁感应

电与磁是可以互相转化的。在一定条件下，电流能够产生磁场；

同样，磁场也能使导线中产生电流。：磁转化为电的现象叫做电磁感

应。

一、电磁感应现象

为了研究电磁感应现象，先做两个实验。

实验一：将直导线AB放在磁场中，它的两端与检流计连接构成

闭合回路，如图2—6