第1章-电工技术基础
《电工技术基础》第一章
分电路消耗功率，为负载性质
➢ 当计算的
时，说明U、I的实际方向相反，此部
分电路产生功率，为电源性质
相关知识
二、电路的基本物理量
4.电能与功率
例题1-2
图1-6所示直流电路中，
，
，
，
，求各电路元件消耗或产生的
功率 、 、 及整段电路的功率P
➢ 对元件1，
，电流和电
压的参考方向一致，元件1消耗功率16 W
任务导入
相关知识
一、电路的组成
电流流过的回路称为电路
它可以实现电能的传输、分 配与转换，还可以实现信号 的传递与处理
电源
0 1 向电路提供电能的设备，如发电机、信号源、电池等
负载
0 2 在电路中接收电能的设备，如电灯、空调、电动机等
中间环节
0 3 连接电源和负载的导线、控制电路通断的开关、检测 和保护电路的控制设备及仪器仪表等
0 1 可用于测量交直流电压、电流、电阻等多种电量 0 2 可用于测量电容、电感以及晶体管的某些特性
0 3 可用于检测多种电子器件的好坏及调试各种电子设备
相关知识
三、万用表的使用
万用表根据显示方式的不 同，可分为指针式（模拟 式）和数字式两大类
指针式万用表--图1-7〔a〕 0 1 以指针式电流表作为表头，测量结果通过指针在表盘上显示
机械调零螺钉
0 2 在测量前用来调零，测量前表针如果不在0刻度线，可用螺丝刀调整该螺钉使表针复位
欧姆调零旋钮
0 3 测量电阻前，先让红、黑两表笔短接，此时表针应指在电阻〔欧姆〕挡的零刻度线上 如果未指在零刻度线上，可调整该旋钮使表针复位
相关知识
三、万用表的使用
2 . MF-47型万用表的面板
高职电工技术基础1
a)
直流电流
b)
c)
脉动直流电流
交流电流
2.电压和电位
电工技术基础与技能 第2章
电压是衡量电场力对电荷做功本领大小的物理量。A、B两点 之间的电压UAB在数值上等于单位正电荷在电场力作用下，由A 点移动到B点电场力所做的功。
电压的方向规定为从高电位指向低电位的方向。
V V
• 电场力将单位正电荷从a点移动到b点所做的功，定 义为该两点之间的电压
型号—额定直流工作电压—标称电容（μF）—精度等级
2. 应在无电的情况下进行线路连接，连接好后，需经过检 查，经确认无误后方可送电。
3. 操作中如需要改变线路或更换元器件，应停电进行， 不允许带电操作。
4. 操作中发生故障，必须首先断开电源，再进行检查， 绝对不允许带电检查。
5. 工作完毕后，应首先断掉电源，再将线路拆除，将元 器件、仪表、仪表、工具清点好，摆放整齐。
◆电位值与参考点选择有关，参考点选择不同电位的值也 不同，即电位具有单值性（相对性）
◆电压为电路中任意两点电位之差，与参考点选择无关， 即电压具有绝对性
Uab UaUb
V V
电压的实际方向——正电荷从高电位点指向低电位点即 电位降低的方向
电压的参考方向——任意假定的方向
u ab
u
◆当电压的实际方向与参考方向一致时，电压为正值 当电压的实际方向与参考方向相反时，电压为负值
◆电流表不准与电源并联
●电压表的接线 ◆电压表必须并联在电路中
◆用直流电压表测量电压时， 应注意电路电压 “＋”、—” 端极性
●测量电压、电位操作步骤
1.根据电路图连接电路
Ua
电路参数：直流电源 Us1 15V Us2 10V
电工技术基础第一章(刘志平)
§1-6 电阻和电阻定律
一、电阻
定义：表示物质对带电粒子定向运动存在阻碍 作用的物理量。
经常用的电阻单位还有千欧 (k) 、兆欧 (M) 1 k = 103 ； 1 M = 106
一、电阻
本质：导体中的自由电子在电场力的作用下定向运
例题1 两个点电荷电荷量q1＝－4×10－6C，q2＝－ 1.2×10－6C，在真空中的距离r＝0.4m,求两个点电 荷间作用力的大小及方向。
解：
应用库仑定律求解
FБайду номын сангаас
k
q1q2 r2
9
10
9
4
10
6 1.2 0.42
10
6
N
0.27 N
作用力的方向在两个点电荷的连线上。因 为是同种电荷，所以作用力为斥力。
库仑定律
在真空中两个电荷间作用力跟它们的电量的乘 积成正比，跟它们间的距离的平方成反比，作用 力的方向在它们的连线上。静止电荷之间的这种 作用力就叫做静电力或库仑力。
F k q1q2 r2
库仑定律 的公式表示
F
k
q1q2 r2
式中 q1，q2—点电荷电荷量，单位是C； r —两点电荷间的举例，单位是m； k —静电恒量，k＝9×109 m2/C2; F —静电力，单位是N.
电工基础 （第2版）
主编：刘志平、苏永昌
电工基础
第一章 电路基础知识 第二章 直流电路 第三章 电容器 第四章 磁与电磁感应 第五章 正弦交流电路 第六章 三相交流电路和电动机 第七章** 变压器 第八章* 瞬态过程
电工技术基础
电工技术基础第一章电路模型及电路定律§1.1电路及基本物理量一、电路的组成及功能： 1．电路的组成：电路是为了某种需要而将某些电工设备或元件按一定方式组合起来的电流通路。
由电源、负载和中间环节3部分组成。
2．电路的主要功能：①进行能量的转换、传输和分配。
②实现信号的传递、存储和处理。
二、电流：的电流方向称为电流的参考方向。
如果求出的电流值为正，说明参考方向与实际方向一致，否则说明参考方向与实际方向相反。
三、电压、电位和电动势：1．电压：单位正电荷由a 点移至b 点电场力所做的功称为a 、b 点两点间的电压。
电压的实际方向规定由电位高处指向电位低处。
与电流方向的处理方法类似，可任选一方向为电压的参考方向。
例：当ua =3V ，ub = 2V 时u1 =1V ， u2 =－1V最后求得的u 为正值，说明电压的实际方向与参考方向一致，否则说明两者相反。
对一个元件，电流参考方向和电压参考方向可以相互独立地任意确定，但为了方便起见，常常将其取为一致，称关联方向；如不一致，称非关联方向。
如果采用关联方向，在标示时标出一种即可。
如果采用非关联方向，则必须全部标示。
2.电位：单位正电荷由电路中某点移至参考点电场力所做的功，称为该点电位。
电路中a 、b 点两点间的电压等于a 、b 两点的电位差。
3．电动势：外力克服电场力把单位正电荷从电源的负极搬运到正极所做的功，称为电源的电动势。
电动势是衡量外力即非静电力做功能力的物理量。
电动势的实际方向与电压实际方向相反，规定为由负极指向正极。
四、电功率：电场力在单位时间内所做的功称为电功率，简称功率。
p ＞0时吸收功率，p ＜0时放出功率。
功率与电流、电压的关系： 关联方向时：p =ui 非关联方向时：p =－ui正值I负值(a)(b)+ u 1 －ab－ u 2 +ab+ u －(a) 关联方向ab－ u +(b) 非关联方向abba ab V V U -=例：求图示各元件的功率.（a ）关联方向：P=UI=5×2=10W ，P>0，吸收10W 功率。
电工与电子技术基础第一章习题答案
第1章电路的基本定律与分析方法【思1.1.1】(a) 图U ab＝IR＝5×10＝50V，电压和电流的实际方向均由a指向b。
(b) 图U ab＝－IR＝－5×10＝－50V，电压和电流的实际方向均由b指向a。
(c) 图U ab＝IR＝－5×10＝－50V，电压和电流的实际方向均由b指向a。
(d) 图U ab＝－IR＝－(－5)×10＝50V，电压和电流的实际方向均由a指向b。
【思1.1.2】根据KCL定律可得(1) I2＝－I1＝－1A。
(2) I2＝0，所以此时U CD＝0，但V A和V B不一定相等，所以U AB不一定等于零。
【思1.1.3】这是一个参考方向问题，三个电流中必有一个或两个的数值为负，即必有一条或两条支路电流的实际方向是流出封闭面内电路的。
【思1.1.4】(a) 图U AB＝U1＋U2＝－2V，各点的电位高低为V C＞V B＞V A。
(b) 图U AB＝U1－U2＝－10V，各点的电位高低为V B＞V C＞V A。
(c) 图U AB＝8－12－4×(－1)＝0，各点的电位高低为V D＞V B(V A＝V B)＞V C。
【思1.1.5】电路的电源及电位参考点如图1-1所示。
当电位器R W的滑动触点C处于中间位置时，电位V C＝0；若将其滑动触点C右移，则V C降低。
【思1.1.6】(a) 当S闭合时，V B＝V C＝0，I＝0。
当S断开时，I＝1233+＝2mA，V B＝V C＝2×3＝6V。
(b) 当S闭合时，I＝－63＝－2A，V B＝－321+×2＝－2V。
当S断开时，I＝0，V B＝6－321+×2＝4V。
【思1.1.7】根据电路中元件电压和电流的实际方向可确定该元件是电源还是负载。
当电路元件上电压与电流的实际方向一致时，表示该元件吸收功率，为负载；当其电压与电流的实际方向相反时，表示该元件发出功率，为电源。
电工技术基础与技能教案第一章第一节
《电工技术基础与技能》教案迁安职教中心机电工程系
第一部分：导课
图1-1电能与生活
…………………………………………
第一课时
图1-3电能的生产
由于资源分布不平衡，电能产生后一般都要经过远距离传输才能输送到用电能传输网络简称电网。
目前我国电网按地域分为华北电网、
华中电网、华东电网、西北电网和南方电网。
我国西部地区能源丰富而用电较少，电力消费相对集中在经济发达的东部沿海地区。
为了解决这个问题，我国
图1-4电能的输送
从发电站出发的电能，一般都要通过输电线路输送到各个用电地方。
根据
图1-5台式电工实训台网孔板式安装实训室。
《电工技术基础与技能》教学教案-第1章
二、知识、技能学习、态度养成训练
1.1电能与生产生活
1.1.1电能的产生
1.产生电能的常见形式
2.新型绿色能源介绍
1.1.2电能的输送
1.通过多媒体，学习电能的输送过程。
2.学生讨论、总结。
3.教师总结：
1.1.3常见的供电电源
1.交流电源
2.直流电源
1.1.4认识实训室
1.电工实训室简介
（1）电工实训室操作规程
（2）电工实训室电源配置
结合实验台讲解。
（3）常用电工工具和仪器仪表
1）常用电工工具
常用电工工具指的是一般的电工岗位都要使用的工具，有试电笔、偏口钳、尖嘴钳、剥线钳、电工刀、螺钉旋具、活动扳手等,见图 1-6 所示。
图1-6 常用电工工具
2）常用仪器仪表
认识常用电工仪器仪表，介绍其用途。
主要有：万用表、钳形电流表、电压表、电流表、兆欧表、电能表、直流稳压电源、示波器等。
2.用试电笔测试实验台
1）试电笔结构、使用方法
试电笔的测量操作十分简单，用手握住试电笔顶端的金属部位，将试电笔前端的探头触碰带电体，使带电体、试电笔、人体和大地构成通路。
带电体电压达到一定值，试电笔氖管就发光。
2）测试实验台
用试电笔测试实验台上各电压输出端，首先测试三相五线制（或三相四线制）端子是否带电，然后提问：是否所有带电的地方用试电笔来试都会亮？
学生以小组为单位探究、试验，教师最后总结。
第一章电工技术基础
第1章 电工技术基础
5. 防雷装置的安全检查 (1) 防雷装置的安全检查应从两个方面进行：一是 从外观方面进行检查；二是从测量方面进行检查。一般 规定10kV以下的防雷装置每3年检查一次。避雷器应在 每年雷雨季节前检查一次。而且，在每次雷雨后还要加 强和进行对防雷装置的巡视检查。 (2) 外观检查包括检查接闪器、引下线等各部分的 连接是否牢固可靠以及腐蚀和锈蚀程度。如腐蚀或锈蚀 严重，应及时进行更换。对于阀型避雷器，应检查其瓷 套有无裂纹、破损，表面是否清洁等。 (3) 测量检查主要是对接地电阻的测量和对泻流电 流工频放电电压的测试。
第1章 电工技术基础 4. 人身防雷措施
(1) 雷击时，应尽量减少在户外或野外逗留，如有条件， 应进入有防雷措施的建筑物。在野外或户外最好穿上塑料等不 浸水的雨衣，或依靠有防雷屏蔽的街道进行躲避。 (2) 雷击时，应尽量离开小山、小丘或凸起小道，还应该 尽量离开海滨、河边、湖滨、池旁、铁丝网、金属晒衣绳、旗 杆、烟囱或宝塔等地方。尽量避开没有防雷保护措施或设施的 地方。 (3) 雷击时，在户内应离开照明线、动力线、电话线、广播 线、电视机电源线和引入的天线，以防止经由这些线路或导体 对人体的雷电入侵波的伤害。据有关资料表明，在户内，雷电 对人体的伤害一般都在距离以上这些设施1m以内的场合，如相 距1.5m以上，迄今尚未发现有死亡事故发生。 (4) 雷击时，应关闭门窗，防止球形雷进入室内造成危害。
第1章 电工技术基础
1.1.4.2 防爆 与用电相关的爆炸，常见的有可燃性气体、 蒸汽或粉尘与助燃气体混合后遇明火而发生爆炸。
爆炸极限(空气中的含量比)：汽油1%~6%， 乙炔1.5%~82%，液化石油气3.5%~6.3%，家 用管道煤气5%~30%，氢气4%~80%，氨气 15%~28%。还有粉尘，如碾米厂的粉尘，各种 纺织纤维粉尘，当达到一定的浓度也会发生爆 炸。
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通常情况下，用电器的实际功率并不等于额定电功率。当 实际功率小于额定功率时，用电器实际功率达不到额定值， 当实际功率大于额定功率时，用电器易损坏。
电工电子技术
电气设备的额定值是根据设计、材料及制造工艺等因素， 由制造厂家给出的技术数据。
2. 电路的三种工作状态
（1）通路
（2）开路
I＝US÷(RS＋RL)
S
S I＝0
RS
＋
＋ U=US－IRS RL
－US
－
RS
＋
＋ －US
U=US －
（3）短路
S
RSI＝US/RS ＋
RL
＋
－US
U=0 RL －
电工电子技术
电工电子技术
1.1 电路分析基础知识 1.2 电气设备的额定值及电路的工作状态 1.3 基本电路元件和电源元件 1.4 电路定律及电路基本分析方法 1.5 电路中的电位及其计算方法 1.6 叠加定理 1.7 戴维南定理
电工电子技术
1.1 电路分析基础知识
1、导体、绝缘体和半导体
自然界物质的电结构：
非关联参考方向
实际电源上的电压、电流方向总是非关联的，实际负载上的 电压、电流方向是关联的。因此，假定某元件是电源时，应选 取非关联参考方向，假定某元件是负载应选取关联参考方向。
电工电子技术
为什么要在电 路图中预先标出 参考方向？
在电路图上预先标出电压、电流的参考 方向，目的是为解题时列写方程式提供依 据。因为，只有参考方向标定的情况下， 方程式各电量前的正、负号才有意义。
1度电的概念 100W的电灯照明10小时；
40W的电灯照明25小时。
电工电子技术
（2）电功率
电工技术中，单位时间内电流所作的功称为电功率。
电功率用“P ”表示： P W UIt UI tt
国际单位制：U 【V】，I【A】，电功率P用瓦特【W】
电功率反映了电路元器件能量转换的本领。如100W的电灯 表明在1秒钟内该灯可将100J的电能转换成光能和热能；电机 1000W表明它在一秒钟内可将1000J的电能转换成机械能。
必须指出，电路在进行上述模型化处理时是有条件的： 实际电路中各部分的基本电磁现象可以分别研究，并且相 应的电磁过程都集中在电路元件内部进行。这种电路称为 集中参数元件的电路。
集中参数元件的特征
1. 电磁过程都集中在元件内部进行，其次要因素可以忽略。 如R，L、C这些只具有单一电磁特性的理想电路元件。
半导体的外层电 子数一般为4个，其 导电性界于导体和绝 缘体之间。
绝缘体外层电子数通常为8个， 且距离原子核较近，因此受到原 子核很强的束缚力而无法挣脱， 我们把外层电子数为8个称为稳 定结构，这种结构中不存在自由 电子，因此不导电。
电工电子技术
1、绝缘体是否在任何条件下都不导电？ 2、半导体有什么特殊性？
电工电子技术
5. 电能、电功率和效率
（1）电能
电能的转换是在电流作功的过程中进行的。因此，电 流作功所消耗电能的多少可以用电功来量度。电功：
W UIt
式中单位：U【V】；I【A】；t【s】时，电功W为焦耳【J】
日常生产和生活中，电能（或电功）也常用 度作为量纲：1度=1KW•h=1KV•A•h
1000W的电炉加热1小时；
电工电I子=2技A术
例：求图示各元件的功率.
+ U=5V －
(a)
I=-2A
+ U=5V －
(b)
I=-2A
（a）关联方向， P=UI=5×2=10W， P>0，吸收10W功率。
（b）关联方向， P=UI=5×(－2)=－10W， P<0，产生10W功率。
（c）非关联方向， P=－UI=－5×(－2)=10W， P>0，吸收10W功率。
在电工技术分析中，仅仅指出电流的大小是不够的，通 常以正电荷移动的方向规定为电流的参考正方向。
电工电子技术
（2）电压
高中物理课对电压的定义是：电场力把单位正电荷从电 场中的一点移到另一点所做的功。其表达式为：
uab
dwab dq
直流情况下
U ab
Wab Q
注意：变量用小写字母表示，恒量用大写字母表示。
元件C：关联方向，P3=U3I =4×1=4W，P3>0，吸 收4W功率，负载。
P1+P2+P3=－10+6+4=0，功率平衡。
电工电子技术
想想 练练
1、某用电器的额定值为“220V，100W”，此电器正常工作10 小时，消耗多少焦耳电能？合多少度电？ 3600000J，1度电
2、一只标有“220V，60W”的电灯，当其两端电压为多少 伏时电灯能正常发光？正常发光时电灯的电功率是多少？ 若加在灯两端的电压仅有110伏时，该灯的实际功率为多 少瓦？额定功率有变化吗？
电工电子技术
（2）电路的功能
电力系统中：
电路可以实现电能的 传输、分配和转换。
电子技术中：
电路可以实现电信号的 传递、存储和处理。
电工电子技术
3、电路模型和电路元件
开关 电 源
连接导线
中间环节 S
负
载
R0
+
_ US
电源
I
+
RL U 负
–载
实体电路
电路模型
与实体电路相对应、由理想元件构成的电路图，称为 实体电路的电路模型。
当外界电场的作用力超过原子核对外层 电子的束缚力时，绝缘体的外层电子同样 也会挣脱原子核的束缚成为自由电子，这 种现象我们称为“绝缘击穿”。绝缘体一 旦被击穿，就会永久丧失其绝缘性能而成 为导体。
半导体的导电性虽然介于导体和绝缘体之间，但半 导体在外界条件发生变化时，其导电能力将大大增强 ；若在纯净的半导体中掺入某些微量杂质后，其导电 能力甚至会增加上万乃至几十万倍，半导体的上述特 殊性，使它在电子技术中得到了极其广泛地应用。
220V，60W；15W，不变。 3、把一个电阻接在6伏的直流电源上，已知某1分钟单位 时间内通过电阻的电量为3个库仑，求这1分钟内电阻上通 过的电流和电流所做的功各为多少？
3A，1080J
电工电子技术
电路由哪几部分 组成？试述电路 的功能？
理想电路元件 与实际元器件 有何不同？
如何判断元件 是电源还是负 载？
2. 任何时刻从集中参数元件一端流入的电流恒等于从它另 一端流出的电流，并且元件两端的电压值完全确定。
工程应用中，实际电路的几何尺寸远小于工作电磁波的波 长，因此都符合模型化处理条件，均可按集中假设为前提， 有效地描述实际电路，从而获得有意义的电路分析效果。
电工电子技术
4. 电路中的电压、电流及其参考方向 （1）电流
（3）效率
电气设备运行时客观上存在损耗，在工程应用中，常把 输出功率与输入功率的比例数称为效率，用“η”表示：
P2 100% P2 100%
P1
P2 P
提高电能效率能大幅度节约投资。据专家测算，建设
1千瓦的发电能力，平均在7000元左右；而节约1千瓦的电
力，大约平均需要投资2000元，不到建设投资的1/3。通
电工电子技术
思考 回答
1.在电路分析中，引入参考方向的目的是什么？ 2.应用参考方向时，你能说明“正、负”、
减“”加及、“相同、相反”这几对词的不同之处 吗？
电路分析中引入参考方向的目的是：为分析和计算 电路提供方便和依据。
应用参考方向时，“正、负”是指在参考方向下， 电压、电流数值前面的正负号，如某电流为“－5A”， 说明其实际方向与参考方向相反，某电压为“＋100V”， 说明该电压实际方向与参考方向一致；“加、减”指参 考方向下电路方程式中各量前面的加、减号；“相同” 是指电压、电流为关联参考方向，“相反”指的是电压、 电流参考方向非关联。
+
I
US
I
–
R
R0
设参考方向下US=100V，I=－5A，则说 明电源电压的实际方向与参考方向一致； 电流为负值说明其实际方向与图中所标示的参考方向相反。
参考方向一经设定，在分析和计算过程中不得随意改动。 方程式各量前面的正、负号均应依据参考方向写出，而电量 的真实方向是以计算结果和参考方向二者共同确定的。
为何要引入参考 方向？参考方向 和实际方向有何 联系与区别？
何谓电路 模型？
学好本课程，应注意抓好四个主要环节：提前预习、 认真听课、及时复习、独立作业。还要处理好三个基本 关系：听课与笔记、作业与复习、自学与互学。
电工电子技术
1.2 电气设备的额定值及电路的工作状态
1. 电气设备的额定值
电气设备长期、安全工作条件下的最高限值称为额定值。
电工电子技术
2、电路的组成与功能
电路 ——由实际元器件构： 电路中提供电能的装置。如发电机、蓄电池等。
负载： 在电路中接收电能的设备。如电动机、电灯等。
中间环节：电源和负载之间不可缺少的连接、控制和保护 部件，如连接导线、开关设备、测量设备以及 各种继电保护设备等。
过提高电能效率节约下来的电力还不需要增加煤等一次性
资源投入，更不会增加环境污染。
所以，提高电能效率与加强电力建设具有相同的重要 地位，不仅有利于缓解电力紧张局面，还能促进资源节约 型社会的建立。
电工电子技术
功率与电流、电压的关系：
关联方向时： p =ui
非关联方向时： p =－ui
p＞0时吸收功率，p＜0时放出功率。
+ U=5V －
(c)
电工电子技术
例 ： I=1A，U1=10V，U2=6V，