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《电工作业》讲义第一节直流电路电工实验、实训安全规程：1)上岗时必须穿戴好规定的防护用品。2)工作前应详细检查所用工具是否安全可靠，了解场地、环境情况，选好安全位置。3)各项电气工作要认真严格执行“装得安全、拆得彻底、检查经常、修理及时”的规定。4)在线路、设备上工作时要切断电源并挂上警告牌，验明无电后才能进行工作。5)不准无故拆除电气设备上的熔丝及过负荷继电器或限位开关等安全保护装置。第一节直流电路6)机电设备安装或修理完毕后，在正式送电前必须仔细检查绝缘电阻器及接地装置和传动部分防护装置，使之符合安全要求。7)发生触电事故应立即切断电源，并采用安全、正确的方法立即对触电者进行解救和抢救。8)装接灯头时开关必须控制相线；临时线敷设时应先接地线，拆除时应先拆相线。9)在使用电压高于36V的手电钻时，必须戴好绝缘手套，穿好绝缘鞋。10)工作中拆除的电线要及时处理好，带电的线头须用绝缘带包扎好。第一节直流电路一、电路电流所通过的路径称为电路。把干电池、小灯泡及开关用电线按图1⁃1所示连接，合上开关，电路中有电流流过，小灯泡亮。电流从干电池正极出发经过小灯泡，再经过开关回到干电池的负极，在干电池内部电流从负极流向正极，形成电流的回路，这种回路即电路。１)电源：把其他形式的能量转换成电能的装置，如干电池、蓄电池、发电机、插座等。２)负载：使用电能做功的装置，把电能转换成其他形式的能量，如小电珠。３)开关：控制电路的接通和断开。４)导线：将电源、开关、负载连接起来，输送电能。第一节直流电路二、元器件符号与电路图由理想元器件构成的电路叫做电路图，也叫电路模型。把图1-1所示的实物图改画成电路图，即如图1-2所示。电路图是用图形符号来代替实物，以此表示电路的各个组成部分，而对它的实际结构、形状、材料等非电磁特性不予考虑。图1-2简单电路图第一节直流电路三、电路的工作状态电路通常有以下三种工作状态：通路、断路、短路。表1-1部分常用元器件实物及电路图形符号第一节直流电路1)通路状态：开关接通，构成闭合回路，电路中有电流通过(见图1-4a)。2)断路状态：开关断开或电路中某处断开，电路中无电流(见图1-4b)。3)短路状态：电路(或电路中的一部分)被短接。图1-4电路的工作状态第一节直流电路四、电流1.电流的概念电路中电荷沿着导体的定向移动形成电流，电流的大小等于通过导体横截面的电荷量与通过这些电荷量所用的时间的比值。如果在时间t内通过导体横截面的电荷量为q,那么电流为I=q/t.2.电流的方向带电粒子有规则的定向运动形成电流。和水有流向（从高处流向低处）一样，电流也有流向，人们把电流方向规定为正电荷定向移动的方向(或负电荷定向移动的反方向),如图1⁃6所示。图1-6电流的方向第一节直流电路五、电压、电位和电动势1.电压(1)电压电场力把单位正电荷从高电位点移到低电位点所做的功叫这两点间的电压。即Uab=W/q。电路中任意两点a、b间的电位差值叫做a、b间的电位差，也叫a、b间的电压。这两点的电位分别用Va和Vb表示；两点间的电位差(即电压)Uab为:Uab=Va-Vb。(2)电压的方向电压是相对于电路中的两点而言的，一般用带双下标的字母U表示。电压的方向规定为从高电位指向低电位。2.电位在电场力的作用下，单位正电荷从某点移动到参考点(通常将参考点的电位定为零电位)时电场力所做的功，叫做该点的电位。第一节直流电路3.电动势每个电源都有把其他形式的能转换成电能的本领，这个本领用电动势来表示。例如,常用的五号干电池，外壳所标示的1．5V就是指电动势为1．5V。在电源内部，电源力（如干电池的化学力、发电机中的电磁力等）将单位正电荷从负极移到正极所做的功就是电动势，单位为伏(V)。电源的电动势在数值上等于外电路断开时电源两极间的电压（电位差）。第一节直流电路4.参考方向对于简单电路，人们可以方便地判断出电流、电压等的实际方向；对于较复杂的电路，电流、电压等的实际方向则很难确定，而且在某些电路中，方向可能还是不断变化的。为此引入参考方向的概念。参考方向是一种假定的方向，可以任意指定。对电路进行分析计算时，即以此假定方向为依据。当然，参考方向不一定就是实际方向。实际方向必须根据计算结果判断：若得数为正，说明参考方向和实际方向一致；若得数为负，说明参考方向和实际方向相反。第一节直流电路例1图1-8中二端元件上所标的电压方向为参考方向，试指出电压的实际方向。解:图1-8a中，因U0，说明电压的参考方向和电压的实际方向一致，电压的实际方向为从a到b；图1-8b中，因U0，说明电压的参考方向和电压的实际方向一致，电压的实际方向为从b到a；图1-8c中，因U0，说明电压的参考方向和电压的实际方向相反，电压的实际方向为从b到a。图1-8例1-3-1图第一节直流电路六、电能和电功率1.电能用电器的功率只表示它工作能力的大小，而他们所完成的工作量，不仅决定于其功率的大小，还与它们工作的时间长短有关。电能就是用来表示电场力在一段时间内所做的功，即W=Pt2.电功率通常用电功率来表示电场力做功的快慢，用来衡量电路转换能量的速率。电功率简称功率，等于单位时间内电路产生或消耗的电能。七、电阻与欧姆定律（一）电阻元件1.电阻的概念及单位物质对电流阻碍作用的大小就称为该物质的电阻。电阻小的物质称为电导体，简称导体。电阻大的物质称为电绝缘体，简称绝缘体。介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体。第一节直流电路2.电阻器和电位器(1)电阻器电阻器简称电阻(通常用“R”表示),是所有电子电路中使用最多的元件，其实物图如图1-9所示。图1-9部分电阻器的实物图第一节直流电路(2)电位器电位器是一种可调的电子元件，由一个电阻体和一个转动或滑动系统组成。电位器的作用主要用来调节电压（含直流电压与信号电压）和电流的大小。图1-10部分电位器的实物图第一节直流电路（二）电阻定律导体的电阻与长度成正比，与截面积成反比，同时与导体的材料和温度有关。（三）电阻与温度的关系1)大多数金属的电阻值随着温度的升高而增大，如白炽灯内的钨丝、金属铂等。2)碳膜电阻器、电解液电阻器、半导体电阻器的电阻随着温度的升高而减小。3)部分金属合金的电阻器在温度变化时电阻几乎不变，可以做标准电阻器。第一节直流电路（四）电阻元件的电压、电流关系1.部分电路的欧姆定律实验证明，通过电阻的电流与电阻的端电压成正比，与其电阻值成反比，这就是部分电路欧姆定律的内容。I=U/R2.全电路的欧姆定律一个由电源和负载组成的闭合电路称为全电路，如图1⁃11所示。闭合电路中的电流与电源电动势成正比，与电路的总电阻（负载电阻和电源内阻之和）成反比，这就是全电路欧姆定律。其表达式为I=E/(R+R0).图1-11全电路的欧姆定律第一节直流电路(五）电阻器的串联图1-12电阻器的串联1)串联电路中通过各电阻器的电流为同一电流，即电路中的电流处处相等，可表示为I=I1=I2=I32)外加电压为各电压之和，如图1-12所示，可表示为U=U1+U2+U3第一节直流电路3)总电阻为各个电阻之和，在图1-12所示电路中，可表示为R=R1+R2+R34)各个电阻器的电压与它们的阻值成正比。例一个标有“110Ｖ、８Ｗ”的指示灯，欲接到220V的电源上使用。为使该灯泡安全工作，应串联多大的分压电阻器？该电阻器的功率应为多大？第一节直流电路（六）电阻器的并联把几个电阻器接到同一对节点上称为电阻器并联。图1⁃13a所示为三个电阻器组成的并联电路。图1-13电阻器的并联1)各电阻器两端的电压为同一电压。U=U1=U2=U32)各电阻器的电流之和等于总电流，如图1-13a所示，可表示为I=I1+I2+I33)总电阻的倒数等于各并联电阻的倒数之和，在图1-13a所示电路中，可表示为1/R=1/R1+1/R2+1/R34)通过各个电阻器的电流与其阻值成反比。第一节直流电路(七）电阻器的混联既有电阻器串联又有电阻器并联的电路，称为电阻器混联电路。电阻器混联电路的形式多种多样，但都可以利用电阻器串、并联公式逐步化简。图1-14电阻器的混联例：电路如图1-14所示，若US=36V，R0=2Ω，外接电阻R1=3Ω，R2=6Ω。试求总电流、各电阻器的电流以及电源发出的功率。第一节直流电路八、基尔霍夫定律及其应用1)节点：3条或3条以上支路的连接点称为节点。2)支路：电路中流过同一电流中间没有分支的一段电路称为支路。3)回路：电路中任一闭合的路径称为回路。4)网孔：内部不含有任何支路的回路称为网孔。图1-15复杂电路第一节直流电路（一）基尔霍夫第一定律基尔霍夫第一定律也称为节点电流定律，简称KCL。其内容为：在任意瞬间，流入一个节点的电流之和必定等于从这个节点流出的电流之和。例：电路如图1-16所示，试写出各节点电流的关系。图1-16例图第一节直流电路（二）基尔霍夫第二定律基尔霍夫第二定律又称为回路电压定律，简称KVL。其内容为：在任意瞬间，沿电路中任一闭合回路，各段电压的代数和恒为零,即1)首先选取回路绕行方向。2)确定各段电压的参考方向。例：电路如图1-17所示，试写出各回路电压的关系。例：电路如图1-18所示，应用KVL计算未知电压U。图1-17例图图1-18例图第一节直流电路九、支路电流法及其应用1、支路电流法：求解电路的目的是要求出电路中各支路的电流（电压、功率等），因此支路电流法是最直接的方法。该方法以支路电流为独立变量，按照KCL、KVL列出足够的方程进行求解。基本方法是：对于有n个节点、b条支路的电路，按照KCL可以列出（且仅能列出）n-1个独立的节点电流方程，按照KVL可以列出（且仅能列出）b-(n-1)个独立的回路电压方程，最后联立解出b个支路电流。图1-19支路电流法的应用第一节直流电路2、支路电流法解题步骤1)指定各支路电流的参考方向。2)根据KCL列出n-1个独立节点的电流方程。3)选取网孔并指定网孔电压的绕行方向，根据KVL列出m个网孔的电压方程。4)联立求解以上方程。例：在图1-20所示电路中，已知E1＝6V、R1＝1Ω、E2＝1V、R2＝2Ω、R3＝3Ω。试求各支路电流。图1-20例图第一节直流电路1、二端网络一个具有两个引出端的电路称为二端网络。二端网络可分为有源二端网络和无源二端网络两种类型。其中，含有电源的二端网络称为有源二端网络，不含电源的二端网络称为无源二端网络。电阻的串联、并联、混联电路以及Y和△联结电路，都属于无源二端网络。无源二端网络可以等效成一个电阻。第一节直流电路十、戴维南定理2、戴维南定理的内容：含独立电源的线性电阻二端网络，就端口特性而言，可以等效为一个电压源和电阻串联的电路。电压源的电压等于二端网络在负载开路时的电压；电阻是二端网络内全部独立电源为零值时所得二端网络的等效电阻。1)开路电压的计算。2)等效电阻R0的计算。第一节直流电路例：在图1-21a所示电路中，已知E1=24V，E2=42V，E3=50V，R1=3Ω，R2=6Ω，R3=8Ω，R=10Ω。试用戴维南定理求通过R的电流。图1-21例图解：(1)I1=2AE0=UAB=－E3+E2－I1R2=(－50+42－2×6)V=－20V(2)求等效电阻R0。R0=RAB=R3+R1//R2=10Ω(3)作等效电压源模型。I=－1A第一节直流电路当导体相对于磁场运动而切割磁力线时或线圈中的磁通发生变化时，在导体或线圈中都会产生电动势；若导体或线圈是闭合电路的一部分，则导体或线圈中将产生电流。我们把变动磁场在导体中引起电动势的现象称为电磁感应，也称“动磁生电”，由电磁感应引起的电动势叫做感生电动势；由感生电动势引起的电流叫感生电流。第二节电磁感应一、直导体中产生的感生电动势1、直导体切割磁力线时，产生的感应电动势的大小e=Blvsinɑ。2、直导体中产生的感应电动势的方向可用右手定则来判断。右手定则：伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一平面内；让磁感线从手心进入，并使拇指指向导线运动方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向。这就是判定导线切割磁