電子教案電氣常識(shí)

1、第五章電氣常識(shí)第一節(jié) 直流電路【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1、掌握直流電路中各物理量的概念；2、掌握歐姆定律的內(nèi)容?！緦W(xué)習(xí)內(nèi)容】一、 電路和電流（一）電路電流所流過的路徑叫做電路。它是為了某種需要由某些電工設(shè)備或元件按一定方式組合而成的。如圖5-1（a）所示為一個(gè)簡(jiǎn)單電路的實(shí)物接線圖。為了繪圖方便和便于分析，國家規(guī)定了各種電氣元件的圖形符號(hào)，用圖形符號(hào)畫成的圖稱為電路圖。所以圖5-1（a）所示電路可以畫成圖5-1（b）所示的電路圖。（a） （b）圖5-1 最簡(jiǎn)單的電路電路所完成的任務(wù)是多種多樣的，所以電路的形式、復(fù)雜程度各不相同，但電路一般總是由電源、負(fù)載、連接導(dǎo)線和控制設(shè)備四個(gè)基本部分組成。電源是電能的提供

2、者，它是將其它形式的能（如化學(xué)能、機(jī)械能、原子能等）轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。如干電池、蓄電池、發(fā)電機(jī)等都是常見的電源。負(fù)載是電能的消耗者，它是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问侥芰康难b置。如電燈、電動(dòng)機(jī)、揚(yáng)聲器等都是電路中的負(fù)載。連接導(dǎo)線在電路中起傳輸電能的作用。最常用的是鋁導(dǎo)線和銅導(dǎo)線?？刂圃O(shè)備起控制電路通、斷，以及控制電能分配的作用。電路分為內(nèi)電路和外電路。一般地把電源內(nèi)部的電流通路稱為內(nèi)電路，如電池兩極之間的電路就是內(nèi)電路。電源以外部分的電流通路稱為外電路。電路的作用一是用來輸送、分配和轉(zhuǎn)換電能。如電力系統(tǒng)。它將發(fā)電廠產(chǎn)生的電能通過變壓器、傳輸導(dǎo)線等送到用電單位，并通過負(fù)載把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能、光能、熱能等。

3、電路的另一個(gè)作用是信號(hào)的傳遞和處理。如收音機(jī)、電視機(jī)等電路，它將從天線接收下來的信號(hào)，進(jìn)行傳遞和處理，送到揚(yáng)聲器或顯像管還原成原始信息。（二）電流電荷有規(guī)則的定向移動(dòng)稱為電流。在金屬導(dǎo)體中，電流是電子在外電場(chǎng)作用下有規(guī)則地定向運(yùn)動(dòng)形成的，在某些液體或氣體中，電流則是正負(fù)離子在外電場(chǎng)作用下有規(guī)則運(yùn)動(dòng)形成的。電流的強(qiáng)弱用電流強(qiáng)度表示，其符號(hào)為i。它在數(shù)值上等于單位時(shí)間通過導(dǎo)體某一橫截面s的電荷量。對(duì)于恒定電流來說，若以q表示在時(shí)間t內(nèi)通過導(dǎo)體截面上的總電量，則電流強(qiáng)度i就可用下式表示： i=q/t (1一1）電流強(qiáng)度的單位是安培，簡(jiǎn)稱安，用符號(hào)a表示。電量q的單位為庫侖（c），時(shí)間t的單位為秒（s

4、）。實(shí)用中，電流強(qiáng)度還用千安（ka）、毫安（ma）、微安（a）為單位。它們之間的換算關(guān)系是： 1ka=103a lma10-3a 1a=10-6a為了敘述上的方便，人們把電流強(qiáng)度簡(jiǎn)稱為電流。這樣，電流既指一種物理現(xiàn)象，也表示一個(gè)物理量。電流分交流電流和直流電流兩大類。凡方向不隨時(shí)間變化的電流稱為直流電流，而大小和方向都不隨時(shí)間變化的電流稱為穩(wěn)恒電流；凡大小和方向都隨時(shí)間變化的電流稱為交流電流。二、電壓、電位和電動(dòng)勢(shì)（）電壓電壓又稱電壓差，是衡量電場(chǎng)力做功大小的物理量，用u表示，其大小為電場(chǎng)力將電荷從a點(diǎn)移到b點(diǎn)所做的功wab和電量q的比值： （12）圖5-1-2 電壓的概念a、b兩點(diǎn)間的電壓，

5、在數(shù)值上等于電場(chǎng)力把單位正電荷從a點(diǎn)移到b點(diǎn)所做的功。在國際單位制中，電壓的單位是伏特，簡(jiǎn)稱伏，用符號(hào)v表示。若電場(chǎng)力把1庫侖（c）的正電荷從a點(diǎn)移到b點(diǎn)所做的功為1焦耳(j)，則a、b之間的電壓為1伏特。較高的電壓常以千伏為單位，較小的電壓常以毫伏或微伏為單位。 1千伏（k）103 伏（v） 1毫伏（mv）103伏（v） l微伏（v）10-6伏（v）電壓不但有大小而且有方向。電壓總是對(duì)電路中的兩點(diǎn)而言，因而用雙下標(biāo)表示，其中前一個(gè)下標(biāo)代表正電荷的起點(diǎn)，后一個(gè)下標(biāo)表示正電荷運(yùn)動(dòng)的終點(diǎn)，電壓的方向則由起點(diǎn)指向終點(diǎn)。在電路圖中，電壓的方向也稱做電壓的極性，用“、”兩個(gè)符號(hào)表示。和電流一樣，電路中任

6、意兩點(diǎn)之間的電壓的實(shí)際方向往往不能預(yù)先確定，因此同樣可以任意設(shè)定該段電路電壓的參考方向，并以此為依據(jù)進(jìn)行電路分析和計(jì)算。若計(jì)算電壓結(jié)果為正值，說明電壓的設(shè)定參考方向與實(shí)際方向一致，若計(jì)算電壓結(jié)果為負(fù)值，說明電壓的設(shè)定參考方向與實(shí)際方向相反。（二）電位電路中某點(diǎn)相對(duì)于參考點(diǎn)的電壓稱為該點(diǎn)的電位，用v表示。如va表示a點(diǎn)的電位。電位的單位也為伏特（v）。參考點(diǎn)的電位規(guī)定為零電位。通常選用大地為參考點(diǎn)，在電子儀器中，常把金屬機(jī)殼或電路的公共接點(diǎn)作為參考點(diǎn)。有時(shí)為了計(jì)算方便，也可以設(shè)定某一點(diǎn)為參考點(diǎn)。電路中a、b兩點(diǎn)間的電位之差，稱為該兩點(diǎn)的電位差（電壓），即（13）需要注意的是，當(dāng)參考點(diǎn)改變時(shí)，各點(diǎn)

7、的電位也隨之改變，但任意兩點(diǎn)的電位差不變，即電壓的大小和參考點(diǎn)的位置無關(guān)。（三）電動(dòng)勢(shì)在電流通過電路的同時(shí)，電路內(nèi)發(fā)生了能量的轉(zhuǎn)換，電源力不斷地克服電場(chǎng)力對(duì)正電荷做功，從而使正電荷的電位能升高。正電荷在電源內(nèi)獲得了能量，把非電能轉(zhuǎn)換成電能。我們把電源力移送單位正電荷從負(fù)極到正極的過程中所做的功定義為電源的電動(dòng)勢(shì)，用e表示，即： （14）式中wab表示電源力移動(dòng)正電荷q從b到a所做的功。電動(dòng)勢(shì)的方向規(guī)定為在電源內(nèi)部從負(fù)極指向正極，在電路中也用帶箭頭的細(xì)實(shí)線表示電動(dòng)勢(shì)的方向。對(duì)于一個(gè)電源來說，在外部不接負(fù)載時(shí)，電源兩端電壓大小等于電源電動(dòng)電動(dòng)勢(shì)的大小，但方向相反。三、電能和電功率（一）電能在外電路

8、中，正電荷在電場(chǎng)力的作用下，不斷地通過負(fù)載，從而使正電荷的電位能降低。正電荷在外電路中放出能量把電能轉(zhuǎn)換成其它形式的能。由此可見，在電路中，電荷只是一種轉(zhuǎn)換和傳輸能量的媒介物，電荷本身并不產(chǎn)生或消耗任何能量。通常所說的用電，就是指取用電荷所攜帶的能量。由電壓的定義式（1一2）知，在時(shí)間t內(nèi)，外電路取用的電能為 （15）電荷在內(nèi)電路中移動(dòng)時(shí)把一部分能量變成不能利用的熱能，稱為內(nèi)電路的能量損失。根據(jù)以上公式得 式中e-u通常用u0表示，稱為電源內(nèi)部電壓降。于是 （16）由此可得電路的能量平衡方程式為 等式兩邊除以it，則得 （17）上式稱為電路的電壓平衡方程式。其意義是：電動(dòng)勢(shì)等于外電路上的總電壓

9、降（稱為路端電壓或電源端電壓）與電源內(nèi)部電壓降之和。電能的單位是焦耳，簡(jiǎn)稱焦，用符號(hào)表示。（二）電功率在某段時(shí)間內(nèi)，電路中產(chǎn)生或損耗的電能與該段時(shí)間的比稱為電功率，用字母p表示，即 將式（1一4）、（15）、（16）代入上式，可得在閉合電路中電源產(chǎn)生的電功率為 （18）負(fù)載取用的電功率為 （19）內(nèi)電路路損耗的功率為 （110） 這三者間的關(guān)系是 上式稱為功率平衡方程式。電功率的單位是瓦特，簡(jiǎn)稱瓦，用符號(hào)w表示。較大的功率常用千瓦（kw）做單位，較小的單位是毫瓦（mw）。 1kw103w lmw103w四、電阻和歐姆定律（一）電阻當(dāng)電流通過金屬導(dǎo)體時(shí)，作定向運(yùn)動(dòng)的自由電子會(huì)與金屬中的帶電粒子發(fā)

10、生碰撞。可見，導(dǎo)體對(duì)電流有阻礙作用。導(dǎo)體對(duì)電流的阻力小，說明它的導(dǎo)電能力強(qiáng)，導(dǎo)體對(duì)電流的阻力大它的導(dǎo)電能力就差。電阻就是反映導(dǎo)體對(duì)電流起阻礙作用大小的一個(gè)物理量。電阻用字母r或r表示。電阻的單位是歐姆，簡(jiǎn)稱歐，用字母表示。當(dāng)導(dǎo)體兩端的電壓是1伏特，導(dǎo)體內(nèi)通過的電流是1安培時(shí)，這段導(dǎo)體的電阻就是1歐姆，即 1歐姆1伏特/1安培較大的電阻可用千歐（k）或兆歐（m）作單位，它們之間的換算關(guān)系是 ir=ua-uf導(dǎo)體的電阻是客觀存在的，即使沒有加上電壓，導(dǎo)體仍然有電阻。實(shí)驗(yàn)證明，導(dǎo)體的電阻決定于材料的性質(zhì)，幾何尺寸和導(dǎo)體的溫度等因素。在一定溫度下，截面積為s，長度為l的導(dǎo)體，其電阻可用下式表示 式中的

11、是比例常數(shù)，它與導(dǎo)體的材料有關(guān)，稱為電阻率或電阻系數(shù)。當(dāng)l用米作單位，s用平方米作單位，r用歐姆作單位時(shí)，的單位是歐米（m）。 利用材料的隨溫度而變化的性質(zhì)，可以制成金屬電阻溫度計(jì)、半導(dǎo)體溫度計(jì)等。某些感溫式火災(zāi)報(bào)警器也是利用電阻的這一特性設(shè)計(jì)的。（二）歐姆定律導(dǎo)體中要形成電流，導(dǎo)體兩端必須有一定的電壓，而導(dǎo)體的電阻又要影響電流的強(qiáng)弱。歐姆定律反映了電流、電壓、電阻之間的依存關(guān)系，是電路的基本定律之一，應(yīng)用非常廣泛。1.一段電路的歐姆定律現(xiàn)在我們進(jìn)一步研究一段含有電源的電路兩端間的路端電壓。下圖表示從整個(gè)電路中任取的一段含源電路。若需求此電路上兩點(diǎn)a、b間的路端電壓，則從始端a沿著電路acde

12、fb到終端b的循行方向，凡電阻上的電流流向與循行方向一致者，電勢(shì)降低，相反者，電勢(shì)升高（即負(fù)的降低）；凡電源上電動(dòng)勢(shì)的指向與循行方向一致者，電勢(shì)升高，相反者，電勢(shì)降低(即負(fù)的升高)。因而，我們可用電勢(shì)升、降來計(jì)算含源電路的路端電壓。一般的我們可以寫成這樣的形式 來計(jì)算a、b兩端的路端電壓，即：上式表明，在一段含源電路中，其路端電壓等于電流與電阻（包括外電阻和電源的內(nèi)阻）的乘積之代數(shù)和減去 該段電路中電動(dòng)勢(shì)之代數(shù)和。這一結(jié)論稱為一段含源電路的歐姆定律。從上式看出，如果這段電路中沒有電源，僅有一個(gè)純電阻r，則該式變成這就是一段均勻電路的歐姆定律。具體應(yīng)用上式時(shí)，如果電流的流向未給出或暫時(shí)無法判斷時(shí)

13、，可以先任意假定一個(gè)電流流向，倘使根據(jù)這個(gè)假定的流向算出的電流是負(fù)值,表明電流實(shí)際的流向與假定的流向相反。2.全電路歐姆定律全電路就是含電源的閉合的直流電路。如圖所示，就是一個(gè)簡(jiǎn)單的全電路。為了分析方便且表達(dá)清楚，常將具有內(nèi)阻為r、電動(dòng)勢(shì)為e的實(shí)際電源表示為一個(gè)內(nèi)阻為零、電動(dòng)勢(shì)為e的理想電源與一個(gè)電阻為r的串聯(lián)電路。實(shí)際上，內(nèi)電阻是在電源內(nèi)部，與電動(dòng)勢(shì)是分不開的。全電路歐姆定律的內(nèi)容是：在一個(gè)閉合電路中，電流強(qiáng)度與電源電動(dòng)勢(shì)成正比，與整個(gè)電路的電阻成反比。其數(shù)字表達(dá)式為：也可表示為： 或 式中u是外電路的路端電壓，也可稱為電源的端電壓；ir是電源內(nèi)部的電壓降。此式說明了e、u、r、r四者之間的

14、關(guān)系，其中e與r是電源本身的參數(shù)，一般可以認(rèn)為是常量。由可知，只要r不等于零，電源供給的電流越大，其端電壓越低；反之，i越小，u就越大。當(dāng)i=0，端電壓u就等于電源的電動(dòng)勢(shì)e。五、電阻的連接（一）電阻的串連把阻值分別為的n個(gè)電阻一個(gè)接一個(gè)地串接起來，就成為如圖所示的串聯(lián)電路。設(shè)起點(diǎn)a和終點(diǎn)f的電勢(shì)分別為和，且。由于串聯(lián)電路中沒有支路，故而經(jīng)過任一電阻的電流強(qiáng)度i均應(yīng)相等。若每個(gè)電阻兩端的電壓分別為則對(duì)每個(gè)電阻來說，按歐姆定律有 (a)將它們看作一個(gè)整體，則其兩端的電壓為，通過的電流i。根據(jù)歐姆定律，組合的等效電阻r，應(yīng)當(dāng)滿足 (b) 而(c)將式(a)、(b)代入式(c)，化簡(jiǎn)得(12-16)

15、即串聯(lián)電路的等效電阻等于電路上各個(gè)電阻之總和。從式(a)可知，在串聯(lián)電路中，電壓的分配與電阻成正比，即： (12-17)亦即，哪個(gè)電阻較大，分配在它兩端的電壓也就較大。因而，串聯(lián)電路亦稱分壓電路。實(shí)驗(yàn)室中常用的分壓器，就是根據(jù)這個(gè)道理制成的。（二）電阻的并連把阻值分別為 的n個(gè)電阻的一端連結(jié)在一個(gè)公共點(diǎn)a上，把另一端連結(jié)在另一個(gè)公共點(diǎn)b上。設(shè)a、b兩點(diǎn)的電勢(shì)分別為和，則由于每個(gè)電阻都跨接在相同的兩點(diǎn)a、b之間，所以每個(gè)電阻兩端的電壓都是，通過每個(gè)電阻的電流分別為 。這樣，對(duì)每個(gè)電阻來說，按歐姆定律，有(a)根據(jù)恒定電流的連續(xù)性，流入節(jié)點(diǎn)的電流應(yīng)該等于從該點(diǎn)流出的電流；對(duì)節(jié)點(diǎn)也是如此，即(b)如

16、果把這一組合看作一整體，則總的電流強(qiáng)度為i，兩端的電壓為-。根據(jù)歐姆定律，組合的等效電阻應(yīng)滿足下式(c)把式(a)、(b)代入式(c)， 化簡(jiǎn)得：(12-18)即并聯(lián)電路的等效電阻的倒數(shù)等于電路上各個(gè)電阻的倒數(shù)之總和。由式(a)可知，在并聯(lián)電路中，電流的分配與電阻成反比，即：(12-19)亦即，哪個(gè)電阻較大，通過它的電流就較小。因而，并聯(lián)電路亦稱分流電路。在改裝電流表時(shí)，常用并聯(lián)方式制成分流電路，用來擴(kuò)大量程。（三）電阻的混連如果在一個(gè)電路中，既有串聯(lián)，又有并聯(lián)，這種連接方式叫做電阻的混聯(lián)。分析混聯(lián)電路的基礎(chǔ)是靈活運(yùn)用串聯(lián)電路和并聯(lián)電路的特點(diǎn)，找出各電阻之間的連接關(guān)系，采用電阻逐步合并的方法，

17、求出電路的等效電阻；再根據(jù)歐姆定律求得總電流，最后由串聯(lián)電路的分壓公式和并聯(lián)電路的分流公式，逐一推算各部分的電壓、電流和功率等。六、電流的熱效應(yīng)電流通過導(dǎo)體會(huì)產(chǎn)生熱，這種現(xiàn)象稱為電流的熱效應(yīng)。這是因?yàn)殡娏魍ㄟ^導(dǎo)體時(shí)，克服導(dǎo)體電阻的阻礙作用而對(duì)電阻做了功，促使導(dǎo)體分子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，從而將電能變成熱能，使導(dǎo)體的溫度升高。如果在導(dǎo)體中電流的電能完全變成熱能q，那么在某一段時(shí)間里，導(dǎo)體所發(fā)出的熱量就等于相同時(shí)間內(nèi)所消耗的電能。因此，電阻產(chǎn)生的熱量q為：或 當(dāng)i、r、t的單位依次為a、和s，則q的單位是j，該公式是由英國物理學(xué)家焦耳和楞次各自獨(dú)立地用實(shí)驗(yàn)方法得出的，因此稱為焦耳楞次定律。它的文字?jǐn)⑹鋈缦?/p>

18、：電流流過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量，與電流強(qiáng)度的平方、導(dǎo)體的電阻及通電時(shí)間成正比。電流的熱效應(yīng)在日常生活和生產(chǎn)中用途很廣。常見的白熾燈、電阻爐、電熱毯、電焊等都是利用電流產(chǎn)生的熱量為生活和生產(chǎn)服務(wù)。此外，人們還利用電流能使導(dǎo)體發(fā)熱的特點(diǎn)，用低熔點(diǎn)合金做成熔斷絲，把適當(dāng)粗細(xì)的熔斷絲安裝在電路中，當(dāng)電路內(nèi)電流強(qiáng)度超過允許范圍時(shí)，熔斷絲就會(huì)發(fā)而切斷電路，從而保證了用電的安全。然而電流的熱效應(yīng)也有不利的一面，因?yàn)殡姎庠O(shè)備中導(dǎo)線都有一定電阻，在通電時(shí)電氣設(shè)備的溫度就會(huì)升高。如果溫度太高，就會(huì)加速絕緣材料的老化變質(zhì)，如橡皮硬化，絕緣紙、紗帶燒焦，漆包線的漆層脫落等，因而引起漏電或線圈短路，甚至燒壞設(shè)備。第二節(jié)磁與電

19、磁感應(yīng)【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1、掌握電與磁相互作用的基本原理；2、掌握安培定則的判定方法；3、掌握電磁感應(yīng)定律的基本內(nèi)容。【學(xué)習(xí)內(nèi)容】磁與電是密不可分的，它們既相互依存又相互作用。很多電工設(shè)備及一些儀器儀表、家用電器，都是根據(jù)電磁間的相互作用原理而工作的。一、磁現(xiàn)象磁鐵分為天然磁鐵和人造磁鐵兩種。天然磁鐵就是磁鐵礦，它的成分是四氧化三鐵；人造磁鐵多半是由鐵、鎳、鈷及其合金制成的。天然磁鐵和人造磁鐵都能長期保持著吸引鐵、鎳、鈷等物質(zhì)的性質(zhì)，因此常把它們稱為永久磁鐵在各種電表、揚(yáng)聲器等設(shè)備中，常用到永久磁鐵。和電現(xiàn)象一樣，人們很早就被發(fā)現(xiàn)了磁現(xiàn)象。但是直到丹麥物理學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，人類才真正開始

20、了磁本質(zhì)的研究。人們?cè)缙趯?duì)于磁鐵基本現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)，可歸納為以下幾點(diǎn)：1.磁鐵具有磁性。磁鐵上磁性特別強(qiáng)的區(qū)域稱為磁極。磁極間存在著相互作用力，稱為磁力。2.如果把一條磁鐵折成數(shù)段，不論段數(shù)多少或各段的長短如何，每一小段仍將形成一個(gè)很小的磁鐵，仍具有n、s兩極，即n極與s極相互依存而不可分離。但是，正電荷或負(fù)電荷卻可以獨(dú)立存在，這是磁現(xiàn)象和電現(xiàn)象的基本區(qū)別。二、電流的磁場(chǎng)1820年，奧斯特首先發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)。即放在載流導(dǎo)線（即通有電流的導(dǎo)線）周圍的磁針會(huì)受到力的作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，如果電流方向改變，那么，偏轉(zhuǎn)方向也要改變。后來安培發(fā)現(xiàn)放在磁鐵附近的載流導(dǎo)線或載流線圈，也要受到力的作用而發(fā)生運(yùn)動(dòng)。進(jìn)

21、一步的實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，磁鐵與磁鐵之間，電流與磁鐵之間，以及電流與電流之間都有磁相互作用。兩條載流導(dǎo)線間的相互作用：不但磁鐵和載流導(dǎo)線間有相互作用，兩條載流導(dǎo)線之間也有相互作用。兩條平行導(dǎo)線通有電流時(shí)，如果電流流向相同，則兩條導(dǎo)線之間相互吸引；反之，則互相排斥。載流導(dǎo)體周圍磁場(chǎng)的方向取決于產(chǎn)生此磁場(chǎng)的電流方向及載流導(dǎo)體的幾何形狀。電流方向和它產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向之間的關(guān)系可用右手定則來確定。下面討論幾種最基本的電流磁場(chǎng)：（一）通電直導(dǎo)線的磁場(chǎng)安培定則通電直導(dǎo)線的磁感線通電直導(dǎo)線的磁感線是一些以導(dǎo)線各點(diǎn)為圓心的同心圓，這些同心圓都在和導(dǎo)線垂直的平面上，且離圓心越近，磁感線越密。直線電流的方向與它的磁感線方向

22、之間的關(guān)系可以用以右手定則來判定：用右手握住通電直導(dǎo)線，讓伸直的大拇指所指的方向跟電流的方向一致，那么彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向。（如上圖所示）。（二）環(huán)形電流的磁場(chǎng)安培定則環(huán)形電流磁場(chǎng)的磁感線是一些圍繞環(huán)形導(dǎo)線的閉合曲線，在環(huán)形導(dǎo)線的中心軸線上，磁感線和環(huán)形導(dǎo)線的平面垂直。環(huán)形電流的方向和它的磁感線的方向之間的關(guān)系，也可用右手定則來判定：用右手握住導(dǎo)線，讓彎曲的四指所指的方向電流的方向一致，大拇指所指的方向就是環(huán)形導(dǎo)線中心軸線上磁感線的方向。 （如右圖所示）。（三）通電螺旋管的磁場(chǎng)通電螺旋管的磁場(chǎng)通電螺旋管可以看成是許多環(huán)形電流的組合，它的磁場(chǎng)與條形磁鐵的磁場(chǎng)相似。通電螺旋管和

23、它的磁感線的方向之間的關(guān)系，也可用右手螺旋定則來判定：用右手握住導(dǎo)線，讓彎曲的四指所指的方向電流的方向一致，大拇指所指的方向就是通電螺線管內(nèi)部磁感線的方向。 （如右圖所示）。利用安培定則，既可以判定截流導(dǎo)體的磁場(chǎng)方向，也可在已知磁場(chǎng)方向的前提下，判定截流導(dǎo)體的方向。在討論電磁感應(yīng)時(shí)，常用安培定則來確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向問題。三、描寫磁場(chǎng)的幾個(gè)物理量（一）磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度是定量描述磁場(chǎng)中各點(diǎn)的強(qiáng)弱和方向的物理量。垂直通過單位面積的磁力線的數(shù)目，叫做該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，用字母b表示，單位為特斯拉（t）。磁感應(yīng)強(qiáng)度是個(gè)矢量，磁感線上沿該點(diǎn)的切線方向，就是該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向。對(duì)于磁場(chǎng)中某一固定點(diǎn)來說

24、，磁感應(yīng)強(qiáng)度是個(gè)確定的數(shù)值，而對(duì)磁場(chǎng)中位置不同的各點(diǎn)，磁感應(yīng)強(qiáng)度可能不相同。因此，用磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小、方向可以描述磁場(chǎng)中各點(diǎn)的性質(zhì)。（二）磁通磁感應(yīng)強(qiáng)度是定量描述磁場(chǎng)中各點(diǎn)的強(qiáng)弱和方向的物理量，當(dāng)需要老虎磁場(chǎng)中某個(gè)面積上磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí)，還必須引入另外一個(gè)物理量磁通，以符號(hào)表示。它的定義是：磁感應(yīng)強(qiáng)度和與它垂直的某一截面積s的乘積。在均勻磁場(chǎng)中，因?yàn)榇鸥袘?yīng)強(qiáng)度是常數(shù)，則：在國際單位制中，磁通的單位是韋伯（wb），簡(jiǎn)稱韋。（三）磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率是用來表示媒介質(zhì)導(dǎo)磁性能的物理量。和不同材料有不同電阻率一樣，不同的媒介質(zhì)有不同的磁導(dǎo)率。實(shí)驗(yàn)可以測(cè)定真空中的磁導(dǎo)率是個(gè)常數(shù)：任一媒介質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空磁導(dǎo)率的比值叫

25、做相對(duì)磁導(dǎo)率，即（四）磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)中某點(diǎn)的磁通密度與媒介質(zhì)磁導(dǎo)率的比值叫做該點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，用h表示：或 磁場(chǎng)強(qiáng)度也是矢量，在均勻媒介質(zhì)中，其方向與磁通密度的方向一致。五、電磁感應(yīng)（一）電磁感應(yīng)現(xiàn)象在如圖（a）所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，放置一根導(dǎo)線ab，導(dǎo)線ab的兩端分別與靈敏電流計(jì)的兩個(gè)接線柱相連接，形成閉合回路。當(dāng)導(dǎo)線ab在磁場(chǎng)中垂直磁感線方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，電流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，表明由感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生了電流。如圖（b）所示，將磁鐵插入線圈，或從線圈抽出時(shí)，同樣也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。 也就是說，只要與導(dǎo)線或線圈交鏈的磁通發(fā)生變化（包括方向、大小的變化），就會(huì)在導(dǎo)線或線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與外電路相接，形成閉

26、合回路時(shí)，回路中就有電流通過。這種現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)。如果導(dǎo)線在磁場(chǎng)中，做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，就會(huì)在導(dǎo)線中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。其大小為當(dāng)導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)方向與導(dǎo)線本身垂直，而與磁感線方向成角時(shí)，導(dǎo)線切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向可用右手定則判定：伸開右手，讓拇指與其余四指垂直，讓磁感線垂直穿過手心，拇指指向?qū)w的運(yùn)動(dòng)方向，四指所指的就是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向。如下圖（a）所示。 將磁鐵插入線圈，或從線圈抽出時(shí)，導(dǎo)致磁通的大小發(fā)生變化，根據(jù)法拉第定律：當(dāng)與線圈交鏈的磁場(chǎng)發(fā)生變化時(shí)，線圈中將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與線圈交鏈的磁通變化率成正比。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為 式中e是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，單位為伏（

27、v）當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，如果導(dǎo)體與外電路形成閉合回路，就會(huì)在閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的方向與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向相同，也可用右手定則來判定：感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通總是阻礙原磁通的變化。（二）電磁感應(yīng)定律法拉第通過大量的實(shí)驗(yàn)，總結(jié)出電磁感應(yīng)現(xiàn)象中各量之間的關(guān)系，被稱為法拉第電磁感應(yīng)定律。當(dāng)與回路交鏈的磁通發(fā)生變化時(shí)，回路中就要產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e，它的大小同磁通的變化率成正比。即這個(gè)定律表明，決定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的不是磁通本身，而是磁通隨時(shí)間的變化率。法拉第電磁感應(yīng)定律只能用來確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，沒有解決感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向問題。直到1833年，楞次解決了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的

28、方向問題，得到了如下楞次定律：如果回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是由于回路交鏈的磁通發(fā)生變化而產(chǎn)生的，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向總是使它在閉合電路中感應(yīng)電流所產(chǎn)生的新磁通力圖阻止原磁通發(fā)生的變化。即原磁通增加時(shí)，新磁通與原磁通反向；原磁通減少時(shí)，新磁能與原磁通同向。應(yīng)用楞次定律判斷感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感應(yīng)電流的具體方法是：（1） 首先確定原磁通的方向及變化的趨勢(shì)是增加還是減少；（2） 根據(jù)楞次定律判斷感應(yīng)磁通方向，如果原磁通增加，則感應(yīng)磁通與原磁通方向相反，反之則方向相同；（3） 根據(jù)感應(yīng)磁通的方向，應(yīng)用右手螺旋定則判斷出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感應(yīng)電流的方向。第三節(jié)交流電【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1、掌握交流電的基本概念；2、掌握交流電的三要素

29、?！緦W(xué)習(xí)內(nèi)容】一、概述大小和方向隨時(shí)間作周期性變化的電動(dòng)勢(shì)、電壓和電流分別稱為交變電動(dòng)勢(shì)、交變電壓和交變電流，統(tǒng)稱為交流電。人們常在平面直角坐標(biāo)系中用圖形表示電壓、電流、電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間的變化規(guī)律，這種圖形成為波形圖。如圖所示。其中（a）為直流電，其余為交流電。交流電又分為正弦交流電和非正弦交流電。凡是按正弦規(guī)律變化的電流（電壓、電動(dòng)勢(shì)）稱為正弦交流電，如圖（c）所示。在正弦交流電作用下的電路稱為正弦交流電路。按其它規(guī)律變化的交流電稱為非正弦交流電，如圖(b)（d）為其中兩種。以電流為例介紹正弦量的基本特征。依據(jù)正弦量的概念，設(shè)某支路中正弦電流i在選定參考方向下的瞬時(shí)值表達(dá)式為：交流電有極廣泛的應(yīng)

30、用，這是與它具有許多優(yōu)點(diǎn)分不開的。首先，可以利用變壓器把某一數(shù)值的交流電壓變換成為另一數(shù)值的交流電壓，這樣就解決了高壓輸電和低壓配電之間的矛盾。采用高壓輸電的好處是輸送的距離遠(yuǎn)，而且極為經(jīng)濟(jì)；采用低壓配電的好處是用電時(shí)比較安全。此外交流電機(jī)的結(jié)構(gòu)比直流電機(jī)簡(jiǎn)單，而且成本低、工作可靠?，F(xiàn)代發(fā)電廠發(fā)出的電能都是交流電，照明、動(dòng)力、電熱等方面的絕大多數(shù)設(shè)備也都使用交流電。即使某些需要直流電的工業(yè)，例如電鍍、電解等，也是把交流電轉(zhuǎn)換成直流電。直流電和交流電都是電荷在電路中運(yùn)動(dòng)而形成的。因此，直流電路中的一些基本定律和分析方法，也同樣適用于交流電路。但交流電是隨時(shí)間不斷變化的量，因此會(huì)產(chǎn)生一些有別于直流

31、電路的物理現(xiàn)象和規(guī)律，交流電路的計(jì)算方法和表示方法與直流電路也有很大的區(qū)別。二、周期、頻率和角頻率（一）周期。正弦量變化一次所需的時(shí)間（秒）稱為周期t，如圖所示。待添加的隱藏文字內(nèi)容3（二）頻率。交流電每秒內(nèi)變化的次數(shù)稱為頻率f，它的單位是赫茲（hz）。 頻率是周期的倒數(shù)，即：在我國和大多數(shù)國家都采用50hz作為電力標(biāo)準(zhǔn)頻率，習(xí)慣上稱為工頻。 （三）角頻率。角頻率是指交流電在1秒鐘內(nèi)變化的電角度。若交流電1秒鐘內(nèi)變化了f次，則可得角頻率與頻率的關(guān)系式為三、瞬時(shí)值、最大值和有效值（一）瞬時(shí)值交流電的大小是隨時(shí)間變化的。我們把交流電在某一時(shí)刻的大小稱為交流電的瞬時(shí)值。瞬時(shí)值一般用小寫字母e、u、i

32、表示。在交流電的波形圖上，不同時(shí)刻t的值，對(duì)應(yīng)于曲線的高度，按一定比例在縱軸上量取，就是交流電在該時(shí)刻的瞬時(shí)值。（二）最大值最大的瞬時(shí)值（包括）正負(fù)，稱為最大值，也稱為幅值。它表征交流電的變化范圍。最大值常用符號(hào)、表示。在波形圖上，曲線的最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)的軸值，即表示最大值。（三）有效值交流電的有效值是根據(jù)它的熱效應(yīng)確定的。交流電流i通過電阻r在一個(gè)周期內(nèi)所產(chǎn)生的熱量和直流電流i通過同一電阻r在相同時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的熱量相等, 則這個(gè)直流電流i的數(shù)值叫做交流電流i的有效值, 用大寫字母表示, 如i、 u等。以電流為例，如果用熱效應(yīng)來定交流電的有效值，則有效值為i的周期電流通過某電阻r在一個(gè)周期內(nèi)所產(chǎn)生的

33、熱量，應(yīng)當(dāng)與數(shù)值也是i的直流電在相同時(shí)間內(nèi)通過同一電阻所產(chǎn)生的熱相同。因此，交變電流的有效值實(shí)際上就是在熱效應(yīng)方面同它相當(dāng)?shù)闹绷麟姷臄?shù)量?？梢宰C明，按正弦規(guī)律變化的交流電的有效值與最大值之間存在著如下關(guān)系：一般情況下，我們所說交流電的大小都是指它們的有效值；交流電流表、交流電壓表的讀數(shù)是指有效值；交流電器銘牌上的額定電流、額定電壓或電動(dòng)勢(shì)的數(shù)值如無特別說明，均指有效值。通常說市電的電壓是220v，就是說它的有效值為220v，因此它的幅值是311v。四、相位、初相位和相位差（一）相位若兩個(gè)正弦交流的電壓分別為：上式中的反映了交流電變化的進(jìn)程，稱為該交流電的相位或相角。顯然，的相位是，的相位是，兩

34、者的相位不相同。（二）初相位t=0時(shí)的相位叫初相位。初相位是反映正弦量初始狀態(tài)的物理量。和的初相位分別是和。（三）相位差兩個(gè)同頻率正弦量的相位角之差或初相位角之差，稱為相位差，用表示。五、交流電的三要素由上面的分析可知，交流電的交變情況主要取決于三個(gè)方面：交變的快慢由角頻率、周期或者頻率來表示；交變的幅度由幅值表示；交變的起點(diǎn)由初相位來表示。最大值、角頻率（或者頻率、周期）和初相位稱為正弦交流電的三要素。對(duì)于任何一個(gè)正弦交流電，只要知道這三要素，就可寫出其表達(dá)式，畫出其波形圖，正弦交流電的情況就能完全確定下來。第四節(jié)常用電工儀表【學(xué)習(xí)目標(biāo)】掌握幾種常用電工儀表的使用方法。【學(xué)習(xí)內(nèi)容】一、儀表的

35、分類在建（構(gòu)）筑物消防設(shè)施的管理中，電氣測(cè)量儀表起著十分重要的作用。電路中電壓的高低，電流的強(qiáng)弱，電阻的大小等，都需要用它來測(cè)量。根據(jù)所測(cè)得的電壓、電流、電阻等數(shù)值，就可知道它們?cè)陔娐分械那闆r。因此，正確地使用常用儀表，是建（構(gòu)）筑物消防員必須掌握的知識(shí)。電氣測(cè)量儀表主要是根據(jù)作用原理和用途來分類。（一）按作用原理分類按作用原理分，常用的有電磁式、電動(dòng)式、磁電式和感應(yīng)式四種，其他還有振動(dòng)式、熱電式、熱線式、靜電式、光電式和電解式等。（二）按用途分類按用途可分為電壓表、電流表、功率表等。電流表還可根據(jù)電流種類而分為直流表、交流表和交直流兩用表等三種。（三）按測(cè)量方法分類按測(cè)量方法可分為直讀式和比

36、較式兩種。直接指示測(cè)量數(shù)值的儀表，稱為直讀式儀表，如電壓表、電流表、功率表等；被測(cè)數(shù)值用“標(biāo)準(zhǔn)量”比較出來的儀表，稱為比較式儀表，如平衡電橋、補(bǔ)償器等。（四）按其準(zhǔn)確程度分類按其準(zhǔn)確程度可分為0.1級(jí)、0.2級(jí)、0.5級(jí)、1.0級(jí)、1.5級(jí)、2.5級(jí)和4級(jí)七種。0.2級(jí)儀表的允許誤差為0.2%，0.5級(jí)儀表的允許誤差為0.5%，其余依此類推。0.5級(jí)以上的儀表準(zhǔn)確度比較高，多數(shù)用于試驗(yàn)室作為校驗(yàn)儀表。1.5級(jí)、2.5級(jí)等儀表準(zhǔn)確度較低，一般裝在配電盤和操作臺(tái)上，用來監(jiān)視電氣設(shè)備的運(yùn)行情況。二、電壓表（一）認(rèn)識(shí)電壓表 測(cè)量電路電壓的儀表叫做電壓表，也稱為伏特表，一般在表盤上注有符號(hào)“v”的字樣，

37、標(biāo)尺上的數(shù)字表明它的最大量限。當(dāng)測(cè)量低于1v的電壓時(shí)，用以毫伏作單位的電壓表，叫做毫伏表，表盤上注有符號(hào)“mv”的字樣。當(dāng)測(cè)量高于1000v的電壓時(shí)，用以千伏作單位的電壓表，叫做千伏表，表盤上注有符號(hào)“kv”的字樣。電壓表有交流和直流的區(qū)別，但它們的接線方法都是與被測(cè)量的電路并聯(lián)。由于電壓表與被測(cè)量電路是并聯(lián)使用的，所以為不影響電路的工作狀態(tài)，電壓表電阻一般都很大。量程越大的電壓表，其內(nèi)阻也就越大。高量程的電壓表通常都串連一只電阻，使通過電壓表的電流按比例減小，這只電阻叫做倍率電阻。電壓表的使用：1、電壓表的連接方式：并聯(lián)在電路中，即要測(cè)哪一個(gè)元件或哪一段電路兩端的電壓，就將電壓表并聯(lián)在這個(gè)元

38、件或這段電路兩端。這樣連接的原理是，并聯(lián)電路中，各支路兩端的電壓相等，這一規(guī)律將在下一節(jié)通過實(shí)驗(yàn)來總結(jié)。電壓表的示數(shù)即為與之并聯(lián)部分的待測(cè)電壓。如果將電壓表串聯(lián)在某一電路中，那就相當(dāng)于把電壓表接入電路中的某一點(diǎn)，而某一點(diǎn)是不存在電壓的。 2、電壓表“”、“”接線柱的連接方法：讓電流從“”接線柱流進(jìn)電壓表，從“”接線柱流出電壓表。與電流表一樣，電壓表的零刻度通常也在表盤左側(cè)，且電壓表指針的偏轉(zhuǎn)方向與通過其中的電流方向密切相關(guān)。如果將、接線柱接反，將使電壓表指針反偏，造成碰彎指針等損壞電壓表的事故。 3、電壓表量程的選擇：待測(cè)電壓值不能超過電壓表的量程，并且盡量使讀數(shù)準(zhǔn)確。電壓表的量程，就是電壓表

39、所能測(cè)量的電壓的最大值，待測(cè)電壓值超過電壓表量程，容易燒壞電壓表。所以，在用電壓表測(cè)電壓之前，應(yīng)對(duì)待測(cè)電壓值進(jìn)行估計(jì)，無法估計(jì)則采用試觸法。當(dāng)然，也不是說只要待測(cè)電壓值在電壓表量程以內(nèi)就好，因?yàn)檫€有個(gè)測(cè)量準(zhǔn)確度的問題。在不超過量程的前提下，用量程越小的電壓表測(cè)量準(zhǔn)確度越高。例如，估計(jì)一待測(cè)電壓為2v，雖然用量程為15v、3v的電壓表，都未超過量程，但為了提高測(cè)量準(zhǔn)確度，應(yīng)選用量程為3v的電壓表。電壓表可以直接并接在電源兩極上。這一點(diǎn)與電流表不同，應(yīng)加以區(qū)別。因?yàn)殡娫词翘峁╇妷旱难b置，電源的兩極總是維持一定的電壓，當(dāng)電壓表直接與電源并接時(shí)，電壓表的示數(shù)就是電源提供的電壓。 正確讀出電壓表的示數(shù)，

40、應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：電壓表使用前要調(diào)零，即在接入電壓表之前，檢查其指針是否對(duì)齊表盤上的“0”刻度，若有偏差，應(yīng)調(diào)節(jié)表盤上的調(diào)零旋鈕，使指針指零刻度；查清電壓表的量程和對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)確度；讀取電壓示數(shù)時(shí)，應(yīng)待指針穩(wěn)定后再行讀取，注意表示出準(zhǔn)確度和估計(jì)位，同時(shí)寫出正確的電壓?jiǎn)挝弧?三、電流表電流表是測(cè)量電流強(qiáng)度的儀表。電流的單位是安培，所以電流表也叫安培表，一般在表盤上注有符號(hào)“a”的字樣，標(biāo)尺上的數(shù)字表明它的最大量限。當(dāng)測(cè)量低于1a的電流時(shí)，用以毫安作單位的電流表，叫做毫安表，表盤上注有符號(hào)“ma”的字樣。當(dāng)測(cè)量高于1000a的電流時(shí)，用以千安作單位的電流表，叫做千安表，表盤上注有符號(hào)“ka”的字樣。電流

41、表也有交流和直流的區(qū)別，但它們的接線方法都是與被測(cè)量的電路串聯(lián)。電流表的使用方法和注意事項(xiàng)： 電流表一定要串聯(lián)在電路中。電流表的“”“”接線柱接法要正確。將電流表接在電路中，必須使電流從“”接線柱流入電流表，從“”接線柱流出來，如果反接了，電流表指針將反向偏轉(zhuǎn)，電流的大小將無法測(cè)出還有可能打壞電流表指針。補(bǔ)測(cè)電流不要超過電流博的量程。當(dāng)補(bǔ)測(cè)電流超過電流表的量程時(shí)不僅測(cè)不出電流值，電流表的指針還會(huì)補(bǔ)打彎，甚至可能燒壞電流表。在不能預(yù)先估計(jì)補(bǔ)測(cè)電流大小的情況下，可以用試觸法估計(jì)大小。絕對(duì)不允許不經(jīng)過用電器而將電流表直接連到電源的兩極上。否則，電流表將很快補(bǔ)燒壞，電源也會(huì)受損，這種接法是絕對(duì)不允許的

42、。電流表的讀數(shù)：確認(rèn)電流表所使用的量程。根據(jù)所使用的量程確認(rèn)刻度盤上每一大格和小格各表示多大的電流值。用00.6安檔量程時(shí),每一大格是0.2安,每一小格是0.02安,用03安時(shí),每一大格是1安，每一小格是0.1安。電流表的所測(cè)電流值等于大格的電流值加上小格的格數(shù)乘以每一小格所表示的電流值。讀數(shù)時(shí)應(yīng)使視線與刻度面垂直。四、萬用表萬用表是電子測(cè)量中最常用的工具，它具有用途多，量程廣，使用方便等優(yōu)點(diǎn)，能測(cè)量電流、電壓、電阻、有的還可以測(cè)量三極管的放大倍數(shù)，頻率、電容值、邏輯電位、分貝值等。 常見的多用表有指針式多用表和數(shù)字式多用表。指針式多用表是以表頭為核心部件的多功能測(cè)量儀表，測(cè)量值由表頭指針指示讀取。數(shù)字式多用表的測(cè)量值由液晶顯示屏直接以數(shù)字的形式顯示，讀取方便，有些還帶有語音提示功能。萬用表的基本原理是利用一只靈敏的磁電式直流電流表（微安表）做表頭。當(dāng)微小電流通過表頭，就會(huì)有電流指示。但表頭不能通過大電流，所以，必須在表頭上并聯(lián)與串聯(lián)一些電阻進(jìn)行分流或降壓，從而測(cè)出電路中的電流、電壓和電阻。萬用表的直流電流檔是多量程的直流電壓表。表頭并聯(lián)閉路式分壓電阻即可擴(kuò)大其電壓量程。萬用表的直流電壓檔是多量程的直流電壓表。表頭串聯(lián)分壓電阻即可擴(kuò)大其電壓量程。