电的基础知识

第一课电的基础知识电气系统1电的基础知识目标完成本课程的学习后，将能够：了解电的产生懂得导体，绝缘体及半导体的区别认识各种电的计量单位了解欧姆定律及其三个要素:电源、电流、电阻第一课电的基本原理电气系统21.电子在现代的汽车上，采用了种类繁多的电气和电子部件与系统，来确保车辆的正常运行。在许多情况下，电对于发动机、变速器、甚至制动和悬挂系统能否发挥正常功能起着至关重要的作用。对于从事汽车修理业的每个人来说，掌握电的基本工作原理是非常重要的。电的构成元素物质、原子和电子电被定义为“在某个力的作用下，通过某个导体的电子流”。为了更好地理解这个定义，我们需要了解物质的结构。我们周围的任何事物(固体、液体和气体)均被认为是物质。物质是由许多不同的原子和原子组合构成的。而原子则是由质子(携带一个正[+]电荷)、中子(不携带电荷)和电子(携带一个负[-]电荷)构成的。位于原子中心的原子核由质子和中子构成。由于质子携带正电荷，而中子不带电荷，因此中子本身也被赋予正电荷。携带负电荷的电子沿轨道围绕原子核旋转，就像太阳系中的行星沿轨道围绕太阳旋转一样。同性电荷相斥，异极电荷相吸。由于受正电荷的吸引，负电荷保持沿其轨道旋转。这种吸引力就如同当两块磁铁的北极(正极)和南极(负极)靠得很近时就会相互吸引一样。一个原子的构造1．原子核(质子和中子)2．电子轨道3．电子吸引与排斥概念1．相异吸引2．相同排斥第一课电的基本原理电气系统3电子的运动电子流1．原子核4．自由电子2．自由电子5．导体中的原子3．质子(正电荷)6．电子(负电荷)一个电子以能够保持其轨道的速度围绕中子做旋转运动。中子吸引力与电子旋转所产生离心力之间的平衡使每个电子保持着各自的运动轨道(壳层)。壳层外部的电子叫做价电子。价电子远离中子，且较易脱离运行轨道。如果有一个良好的通路或导体，电子就能够从一个原子流到另一个原子，这样就产生了电流。丢失一个电子的原子被称为一个正离子。携带有一个多余电子的原子叫做一个负离子。离子在不断地寻求着平衡-正离子试图获得一个电子，而负离子则试图排斥掉一个电子。这些吸引和排斥所产生的力就形成了被称为电动势(EMF)的电压。EMF的另一个名称是“伏特”。我们将在随后的章节中对其进行详细的讨论。电子从一个原子流到另一个原子将产生电流。电子流过一个介质的难易程度取决于该介质的类别；即其是一个导体，还是绝缘体。第一课电的基础知识电气系统4导体与绝缘体导体与绝缘体原子随物质的不同而有所区别。一种物质的价电子越多，电子越难以通过。相反，价电子的数量越少，该物质越有利于电子的流过。不言而愈，导体与绝缘体之间的区别就在于其价电子的数量。导体壳层外拥有少于4个电子的任何物质都是一种良好的导体。铜是应用在汽车导线上的一种常用导体，因为它强度高、成本相对较低而且对电子流的阻力非常小。其他的良好导体还有(按照导电良好性排列)：银金铝钨铁钢汞虽然银和金是优良导体，但由于其很昂贵，因此不适于汽车的普通应用；而只将其应用在关键用途上。因为金具有很强的耐腐蚀性，所以某些汽车插头是用金制成的。导体绝缘体半导体1-3个电子位于外环5-8个电子位于外环4个电子位于外环第一课电的基础知识电气系统5绝缘体壳层外拥有4个以上电子的任何物质都是绝缘体。绝缘体是可以防止或阻止电流的物质。采用该种材料包裹导线可以起到绝缘、保护导线和防止电击等作用。具有良好绝缘性的物质：塑料玻璃橡胶陶瓷蒸馏水(不过，饮用水中的矿物质会导电)半导体壳层外恰好拥有4个电子的任何物质都是半导体。半导体只有在特定的条件下才导电。安装在电脑、收音机、电视等使用的印刷电路板上的元件一般是由半导体制作的。第一课电的基础知识电气系统62.欧姆定律电压电压与水塔的比较电势位差电压是使电流流过一个导体的压力(电动势)。电压的力是由两个原子间的一个“势差”而引起的；也就是说，正(+)电荷与负(-)电荷之间的数量差造成了这种不平衡的状态。可以将电压与水塔中所形成的水压做一个比较，来说明这个原理。水塔顶部(相当于12V)与低部或地面(相当于0V)之间的势差导致形成水压。以单位伏特来计量电压，通常缩写为V。绝大多数汽车电路均由车辆电瓶或发电机来提供电源，且通常为12V电气系统。旧式车辆使用6V系统，而卡车为24V。如果在电瓶正极接线柱与底盘地线之间，测量电瓶所产生的电压，你会发现正是由于两个端子之间势差，才使电流流过电路，且此种情况下的势差为12V。如果没有电压以及一个连同地线的完整回路，电流就不可能流动。电压和电流共同作用产生了电力，进而做功，例如点亮一个灯泡或使一台电机运转。第一课电的基础知识电气系统7电流电流与水流的比较1．水流2．电流3．负荷电流是电子从一个原子到下一个原子的流动。以单位安培来计量电流，通常缩写为A。一个安培表示有6280亿个电子在一秒内流过一个固定点。这里举一个例子，可以说明电流有多么强大。如果低于一个安培十分之一的电流流过人体，将会造成严重伤害。以水塔为例，我们可以将电流与从水塔流到水节门的水进行比较。让我们再回顾一下电压和电流的定义：电压是正极端子与负极端子之间的电势差，电流是电子的实际流动或运动。那么，水从水塔到地面的实际流动就类似于电流的流动。记住：只有在电压(压力)的作用下，电流才会流动。第一课电的基础知识电气系统8直流电流(DC)当电瓶一个接线柱处的电子过剩时，就会导致其向缺乏电子的另一个接线柱流动，这样就会形成直流电流。直流电流只沿一个方向流动。直流电的一个优点是可以将其储存在采用电-化学法的电瓶中。交流电流(AC)当改变极性(正极或负极)电流来回流动时，即产生交流电流(AC)。交流电流总是在不断地改变其流动的方向，先沿正极方向流动，然后由沿相反的负极方向流动。这被称为一个循环。由于其符合正弦函数的数学特点，因此通常使用一个正弦波来表示一个循环。一个循环就是形成完整波形的过程。使用赫兹(Hz)来计量每秒钟的循环次数，也被称做交流电流的频率。以波形显示的AC1．伏特2．时间3．循环以范围模式显示的DC1．伏特2．时间第一课电的基础知识电气系统9整流由于汽车电气系统使用的是直流电压，因此必须转换发电机所产生的交流电压。整流是将交流电流转换成直流电流的过程。为将交流电流整流成直流电流，需要使用被称做二极管的微型半导体。二极管是一种只允许电流沿一个方向(正极或负极)流过的电气元件。在随后的章节中，我们将对二极管进行更为详细的讨论。电阻电阻与水管中阻力的比较1．水管与电路中的阻力电阻阻碍或限制电路中的电流流动。所有电路均存在一定的电阻。所有的导体例如铜、银和金等同样也对电流具有一定的阻力。我们使用单位欧姆来计量电阻。表示电阻的符号是一个希腊字母omega()。并非所有的电阻都是一种负面的影响。在普通的照明电路中，灯泡本身就是利用电阻原理来发光的。灯丝的阻力限制电流的流动，进而使发光点升温，发光。一个电路中的无用电阻会消耗电流，使负荷增加，从而导致设备的不良运行或停止运转。一个电路中的电阻越大，电流就越小。如图所示，电阻就像水管中的瓶颈一样。电阻降低或限制电流的流动。影响电阻的三个因素是温度、以及导线的长度和直径。第一课电的基础知识电气系统10温度温度对不同的材料有着截然不同的影响。例如，铜和钢的电阻是随着温度的升高而增大。当这些材料的温度升高时，其电子将更加牢固地保持其旋转轨道；这样，就使电子从一个原子到另一个原子的流动更加困难。尺寸影响电阻的第二个因素是被用作导体的材料的尺寸。较大尺寸的导体意味着可同时流过更多的电子。反之，流过的电子就少。当使用导线作为一个导体时，导线直径越小，电阻就越大。而当增大导线的直径时，电阻就会减小。长度最后一个因素是导线的长度。增加长度，电阻就会增大。这是因为，电子必须经过更多的原子。电子通过较短的导线时，就会经过较少的原子以及受到较小阻力的影响。腐蚀一个电路的腐蚀也对电阻产生一定的影响。腐蚀是由于暴露在诸如盐、水和污物等物质中所造成的。一旦出现腐蚀，电阻就会增大。第一课电的基本原理电气系统11欧姆定律图解欧姆定律电压、电流和电阻相互间有着某种特定的关系。了解这种关系并能够将其应用到实际电路中是非常重要的，因为这种关系是全部电气故障诊断的基础。十九世纪的一位科学家，乔治欧姆发现：需要一个伏特的EMF来推动一个安培的电流通过一个欧姆的电阻。电流与所施加的电压成正比，而与一个基本电路中的电阻成反比。使用以下公式，可以描述欧姆定律，以说明电压(E表示电动势)，电流(I表示强度)和电阻(R)之间的关系。E=IxR或电压=电流x电阻示意图显示了一个具有12V电源、2欧姆电阻和6安培电流的电路。如果改变电阻，电流也会发生相应的变化。第一课电的基础知识电气系统12增加电阻的作用示意图显示电阻被增加到了4欧姆。欧姆定律证明电流与电阻成反比。因此，电流降低到3安培。利用欧姆定律环图利用如下所示的欧姆定律环图是记忆欧姆定律的一种简易方法。水平线表示“除”，垂直线表示“乘”，遮住你所要确定数值的字母。如果已知一个给定电路的其中两个数值，你可以求得另一个未知数值。只需简单地代入公式中的电流、电压和电阻的数值，就可以求得未知数值。例如，要确定：-电阻，遮住R。所得到的公式为：E/I(电压除以电流=电阻)-电压，遮住E。所得到的公式为：IxR(电流乘以电阻=电压)-电流，遮住I。所得到的公式为：E/R(电压除以电阻=电流)了解表示电压和电流时所使用的不同字母是非常重要的。例如在某些情况下，只简单地使用字母“V”来表示电压。在欧姆定律中，则使用电压的另一个术语“电动势”，即字母“E”来表示电压。此外，可以使用字母“I”，“A”或“C”来表示电流。欧姆定律环图(E=IxR)第一课电的基础知识电气系统13增加电阻的作用图示中，电阻已被增加到12欧姆。电流降低到1安培。如果电压不变，则：电流随电阻的增大而减小。电流随电阻的减小而增大。如果电阻不变，则：电流随电压的增大而增大。电流随电压的减小而减小。第一课电的基础知识电气系统14应用欧姆定律应用欧姆定律的电路示例应用欧姆定律，解决上图所示之问题。图中显示了在一个电压和电流分别为12V和3A的电路安装了一个灯泡。现在，需要确定电阻。你如何来解决这个问题：R=E/IR=12Vx3AR=4欧姆定律环图(E=IxR)第一课电的基础知识电气系统15瓦特许多电气装置都被标定为消耗多少功率，而不是可产生多少功率。通常，采用瓦特来表示功率消耗。735瓦特=1公制马力功率、电压和电流之间的关系可用以下功率公式表示：P=ExI换言之，即瓦特等于电压乘以电流。例如，如果一个电路的总电流为10安培，电压为120伏特，则：P=120x10P=1200瓦特在一个电路中，如果电压或电流增大，则功率也随之增大。额定瓦特的最普通应用可能要算是灯泡了。通常，采用其所消耗的瓦特值来标定灯泡。功率公式第二课电气测量设备电气系统16电气测量设备目标完成本课程的学习后，将能够：了解各种测试设备的功能熟练掌握数字万用表的使用方法了解几种常用设备的使用注意事项第二课电气测量设备电气系统171.跨接线、测试灯准确的测量数据和正确的电路故障分析很大程度上取决干所用仪表的精确性。一个具有正确读表和理解读数能力的维修人员，必须具有以下几个方面的能力：1.选择合适的仪器及量程。2.正确连接测试仪器。3.校正测试仪器。通导性测试笔导性测试笔或称自供电试灯用于测试某一电路是否具有完整的支路或是否具有通导性。这种测试笔的手柄内装有一节干电池和一个灯泡，它的一端是探针，另一端带有鳄鱼嘴的夹子和导线。将其与某一电路串联时，干电池将电流送入整条电路，如果电路是完整的，灯泡就会亮起。这是一种快速检测工具，但不能代替欧姆表。与欧姆表一样，通导性测试笔不应接在一个带电的电路中，否则，测试笔中的灯泡会被烧坏。第二课电气测量设备电气系统18试灯12伏试灯是用于测量电路中是否存在电压。它看起来与通导性测试笔很相似，但它没有内部电池，而且其灯泡为12伏的。当试灯一头接地，另一头探针触到带电