电工技术基础第一章(刘志平)

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
绪论
自从19世纪以电力发明及其广泛应用为 标志的第二次科技革命以来，人类生活进入 了电气时代。 小至生活照明，大到现代化大工业生产, 电能在现代工业、农业、科学技术以及国民 经济等各个领域有着广泛的应用。 电能的广泛应用与其特点息息相关 。
向) 电流大小：等于在单位时间内通过导体横截面的电量，称为 电流强度(简称电流)，用符号 I 或 i(t)表示，讨论 一般电流时可用符号 i 。
电流强度的计算
q I t
式中，t 为通过电荷量 q 所用的时间，时间的国际单位制
为秒(s)，电量 q 的国际单位制为库仑 (C)。电流 I 的国际单位 制为安培 (A) 。
几种常见电阻的外形。
二、电阻定律
经实验证明，在温度不变时，一定材料制成的导体的 电阻跟它的长度成正比，跟它的截面积成反比。这个实验 规律叫做电阻定律。 均匀导体的电阻可用公式表示为
L R S
式中 ρ—电阻率，其值由导体材料的性质决定，单位是欧 [姆]米，符号为Ω·m，可查表1-1（教材）； L——导体的长度，单位是米，符号为m； S——导体的截面积，单位是平方米，符号为㎡； R——导体的电阻，单位是欧[姆]，符号为Ω。
U AB
WAB q
1 kV = 103 V。
电压的国际单位制为伏特(V)，常用的单位还有毫伏(mV)、 微伏(V)、千伏(kV)等，它们与 V 的换算关系为 1 mV = 10－3 V； 1 V =10－6 V；
§1-4 电压和电位
二、电位
正电荷在电路中某点所具有的能量与电荷所带电 量的比叫做该点的电位。
注意：讨论电位问题时，首先要选定参考点（假定 该点电位为零）。
其它点的电位等于该点与参考点间的电压。比 参考点高的电位为正，反之为负。 可见，电路中各点的电位是相对的，与参考点 的选择有关。
电压方向的确定
规定电压的方向有高电位指向低电位，即电位降低的方 向。电压的方向可以用高电位指向低电位的箭头表示，也可 以用高电位表“+”，低电位标“-”来表示。 在电路中a，b两点间的电压等于a，b两点间的电位之差。
q1q2 F k 2 r
库仑定律 的公式表示
q1q2 F k 2 r
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.
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。
§1-1 库仑定律
电荷：
自然界中存在两种电 荷，即正电荷和负电荷。
电荷间相互作用：
同性相斥，异性相吸。
电荷量的单位： 库[仑]，用字母C表示。
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。
§1-5 电源和电动势
一、电源
定义：电源是把其它形式的能转换成电能的装 置。 种类：干电池或蓄电池把化学能转换成电能； 光电池把太阳的光能转化成电能；发 电机把机械能转化成个电能等等。
二、电源电动势
在电源内部，电源力把正电荷从低电位点（负极板） 移动到高电位点（正极板）反抗电场力所做的功与被移动 电荷的电荷量之比，叫做电源的电动势。用公式表示为：
注意：

（1）电场强度单位：N／C （2）大小：电场中某点的场强在数值 上等于单位电荷在该点受到的电场力。


（3）方向：规定电场中某点场强的方 向为正电荷在该点受到的电场力的方向。
如图1－2，计算A点 的场强。
qQ k 2 FA Q rA EA k 2 q q rA
由此可知，EA与FA方向相同， EA的大小 之和Q、rA有关，与检验电荷电荷量q无关。
绪论

电能的应用

一是进行能量的传输、分配和转换； 二是进行信息的传递、处理和运算。

绪论

二、电能的优越性


1．便于转换； 2．便于输送和分配； 3．便于控制。

三、电能的缺点

1. 不便于存储。
绪论

四、如何学好本门课程 1．抓住概念、理解记忆、加强实践、 掌握理论。 2．勤于思考、认真解题、灵活运用、 多做练习。 3．重视实验、巩固知识。
2、如果电流的大小随时间变化，但方向不随 时间变化的电流叫脉动电流，如图1-4b所示； 3、如果电流的大小和方向都时间变化，这样 的电流叫交流电流，如图1-4c所示。
§1-4 电压和电位
一、电压
A,B两点间的电压UAB在数值上等于电场力把电 荷由A移动到B所做的功W与被移动电荷电荷量q的比 值，可用下式表示：
三、电力线
电力线图示法描述电场： 在电场中画出一系列从正电荷出发 到负电荷终止的曲线，使曲线上每一点 的切线方向都和该点的电场强度方向一 致，这些曲线叫做电力线。 几种常见电力线如图1-3（教材）所 示。
§1-3 电流
一、电流 电荷的定向运动形成电流。
电流方向：规定为正电荷流动的方向(或负电荷流动的反方
二、电场强度
定义：检验电荷在电场中某一点所受电场力F 与检验 电荷的电荷量q的比值叫做该点的电 场强度，简称场强，用符号E表示。
F E q
电场强度的计算公式
F E q
式中：F—检验电荷所受电场力，单位为牛[顿]，符号 为N； q—检验电荷的电荷量，单位是库[仑]，符号为 C； E—电场强度，单位是伏[特]每米，符号为 V/m。
W E q
式中 W—电源力移动正电荷所做的功，单位为焦[耳]， 符号为J； Q—电源力移动的电荷量，单位是库[仑]，符号为C； E——电源电动势，单位是伏[特]，符号为V。
电源电动势的方向
规定： 由电源的负极（低电位点）指向正极 （高电位电）。 在电源内部的电路中，电源力移动正电荷 形成电流，电流的方向是从负极指向正极； 在电源外部电路中，电场力移动正电荷形 成电流，电流方向是从电源正极流向电源负极。
R——负载电阻，单位是欧[姆]，符号为Ω； R0——电源内阻，单位是欧[姆]，符号为Ω； I——闭合电路中的电流，单位是安[培]，符号为A。
闭合电路欧姆定律说明：闭合电路中的电流与电源电动 势成正比，与电路的总电阻（内电路电阻与外电路电阻之和） 成反比。
§1-8 电能和电功率
一、电能
电能是指在一定的时间内电路元件或设备吸收或发出的电 能量，用符号W表示，其国际单位制为焦耳(J)，电能的计算 公式为
§1-7 电路和欧姆定律
一、电路
在日常生活中，我们会广泛接触到各种电路。手 电筒就是一中非常简单的电路。
电路：由电源、负载、连接导线、控制和保护装置四部分
组成。
2．电路的基本组成
电路的基本组成包括以下四个部分： (1)电源(供能元件)： 为电路提供电能的设备和器件 (如电池、发电机等)。
图1-20 模拟手电筒电路
即
U AB VA VB
两点间的电压也叫两点间电位差。
电位的国际单位制为伏特(V)，与电压相同。 1 mV = 10－3 V； 1 V =10－6 V； 1 kV = 103 V。
电压参考方向的选择
与电流相似，在电路计算时，事先无法确 定电压的真实方向，常事先选定参考方向，用 “+、-”标在电路图中。 如果计算结果电压为正值，那么电压的这 个真实方向与参考方向一致；如果计算结果电 压为负值，那么电压的真实方向和参考方向相 反。
电阻R上的电压参考方向与电流参考方向是一致时（称 为关联参考方向 ），部分电路欧姆定律可用公式表述为
I U
R
部分电路欧姆定律
注意：
（1）当U、I见为非关联参考方向（U、I 参考方向相反）时，欧姆定律应写成 ， U I 式中“-”号切不可漏掉； R
（2）电阻值不随电压、电流变化而变化的电 阻叫做线性电阻，由线性电阻组成的电路叫线性 电路。阻值随电压、电流的变化而改变的电阻， 叫非线性电阻，含有非线性电阻的电路叫非线性 电路。
解：
应用库仑定律求解
6 பைடு நூலகம்6
q1q2 4 10 1.2 10 9 F k 2 9 10 r 0.4 2
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。
注意事项：

库仑定律只适用于计算两个点电荷间的相互 作用力，非点电荷间的相互作用力，库仑定 律不适用。

第一章 电路基本知识
本章讲述电子学基本物理量，介绍库仑定律、欧姆定律 及电路基本工作状态。本章是全书的理论基础。
第一节 库仑定律 第二节 电场和电场强度 第三节 电流 第四节 电压和电位 第五节 电源和电动势
第六节 电阻和电阻定律 第七节 电路和欧姆定律 第八节 电能和电功率 第九节 电源的最大输出功率
图1-20 模拟手电筒电路
(2)负载(耗能元件):
使用(消耗)电能的设备和 器件(如灯泡等用电器)。 将电器设备和元器件按一定方式连接 起来(如各种铜、铝电缆线等)。 控制电路工作状态的器件或设备(如 开关等)。
(3)连接导线：
(4)控制器件：
电路图部分常用符号
二、欧姆定律－部分电路欧姆定律
在电阻一定时，导体中的电流跟这段导体两端的电压 成正比，在电压不变的情况下，导体中的电流跟导体的电 阻成反比。把以上实验结果综合起来得出结论，即欧姆定 律。