電工基礎(chǔ)ppt課件

1、1,電工基礎(chǔ) （第2版）,2,電工基礎(chǔ),第一章 電路基礎(chǔ)知識(shí)第二章 直流電路第三章 電容器第四章 磁與電磁感應(yīng)第五章 正弦交流電路第六章 三相交流電路和電動(dòng)機(jī)第七章** 變壓器第八章* 瞬態(tài)過程,3,緒論,自從19世紀(jì)以電力發(fā)明及其廣泛應(yīng)用為標(biāo)志的第二次科技革命以來，人類生活進(jìn)入了電氣時(shí)代。 小至生活照明，大到現(xiàn)代化大工業(yè)生產(chǎn),電能在現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科學(xué)技術(shù)以及國民經(jīng)濟(jì)等各個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

2、 電能的廣泛應(yīng)用與其特點(diǎn)息息相關(guān) 。,4,緒論,電能的應(yīng)用一是進(jìn)行能量的傳輸、分配和轉(zhuǎn)換；二是進(jìn)行信息的傳遞、處理和運(yùn)算。,5,緒論,二、電能的優(yōu)越性 1．便于轉(zhuǎn)換； 2．便于輸送和分配； 3．便于控制。,三、電能的缺點(diǎn) 1. 不便于存儲(chǔ)。,6,緒論,四、如何學(xué)好本門課程1．抓住概念、理解記憶、加強(qiáng)實(shí)踐、掌握理論。2．勤于思考、認(rèn)真解題、靈活運(yùn)用、多做練習(xí)。 3．重視實(shí)驗(yàn)、鞏固知識(shí)。,7,第一章 電

3、路基本知識(shí),第一節(jié) 庫侖定律,第二節(jié) 電場和電場強(qiáng)度,第三節(jié) 電流,本章講述電子學(xué)基本物理量，介紹庫侖定律、歐姆定律及電路基本工作狀態(tài)。本章是全書的理論基礎(chǔ)。,第四節(jié) 電壓和電位,第六節(jié) 電阻和電阻定律,第七節(jié) 電路和歐姆定律,第八節(jié) 電能和電功率,第九節(jié) 電源的最大輸出功率,第五節(jié) 電源和電動(dòng)勢,8,§1-1 庫侖定律,電荷： 自然界中存在兩種電荷，即正電荷和負(fù)電荷。,電荷間相互作用： 同

4、性相斥，異性相吸。,電荷量的單位： 庫[侖]，用字母C表示。,9,庫侖定律,在真空中兩個(gè)電荷間作用力跟它們的電量的乘積成正比，跟它們間的距離的平方成反比，作用力的方向在它們的連線上。靜止電荷之間的這種作用力就叫做靜電力或庫侖力。,10,庫侖定律 的公式表示,式中 q1，q2—點(diǎn)電荷電荷量，單位是C； r —兩點(diǎn)電荷間的舉例，單位是m； k —靜電恒量

5、，k＝9×109 m2/C2; F —靜電力，單位是N.,11,例題1 兩個(gè)點(diǎn)電荷電荷量q1＝－4×10－6C，q2＝－1.2×10－6C，在真空中的距離r＝0.4m,求兩個(gè)點(diǎn)電荷間作用力的大小及方向。,解：,作用力的方向在兩個(gè)點(diǎn)電荷的連線上。因?yàn)槭峭N電荷，所以作用力為斥力。,應(yīng)用庫侖定律求解,12,注意事項(xiàng)：,庫侖定律只適用于計(jì)算兩個(gè)點(diǎn)電荷間的相互作用力，非點(diǎn)電荷間的

6、相互作用力，庫侖定律不適用。應(yīng)用庫侖定律求點(diǎn)電荷間相互作用力時(shí)，不用把表示正、負(fù)電荷的“＋”、“－”符號(hào)帶入公式中，計(jì)算過程中可用絕對(duì)值計(jì)算，其結(jié)果可根據(jù)電荷的正、負(fù)確定作用力為引力或斥力以及作用力的方向。,13,§1-2 電場和電場強(qiáng)度,一、電場： 存在于電荷周圍空間，對(duì)電荷有作用力的特殊物質(zhì)，叫做電場。,電場的兩個(gè)重要特性： 1、位于電場中的任何帶電體，都受到電場力的作用。 2、位于

7、帶電體在電場中受到電場力的作用而移動(dòng)時(shí)，電場力對(duì)電場做功，這說明電場具有能量。,14,二、電場強(qiáng)度,定義：檢驗(yàn)電荷在電場中某一點(diǎn)所受電場力F與檢驗(yàn) 電荷的電荷量q的比值叫做該點(diǎn)的電場強(qiáng)度，簡稱場強(qiáng)，用符號(hào)E表示。,15,電場強(qiáng)度的計(jì)算公式,式中：F—檢驗(yàn)電荷所受電場力，單位為牛[頓]，符號(hào) 為N； q—檢驗(yàn)電荷的電荷量，單位是庫[侖]，符號(hào)為 C；

8、 E—電場強(qiáng)度，單位是伏[特]每米，符號(hào)為 V/m。,16,注意：,（1）電場強(qiáng)度單位：N／C（2）大小：電場中某點(diǎn)的場強(qiáng)在數(shù)值上等于單位電荷在該點(diǎn)受到的電場力。（3）方向：規(guī)定電場中某點(diǎn)場強(qiáng)的方向?yàn)檎姾稍谠擖c(diǎn)受到的電場力的方向。,17,如圖1－2，計(jì)算A點(diǎn)的場強(qiáng)。,由此可知，EA與FA方向相同， EA的大小之和Q、rA有關(guān)，與檢驗(yàn)電荷電荷量q無關(guān)。,18,三、電力線,電力線

9、圖示法描述電場： 在電場中畫出一系列從正電荷出發(fā)到負(fù)電荷終止的曲線，使曲線上每一點(diǎn)的切線方向都和該點(diǎn)的電場強(qiáng)度方向一致，這些曲線叫做電力線。 幾種常見電力線如圖1-3（教材）所示。,19,§1-3 電流,一、電流 電荷的定向運(yùn)動(dòng)形成電流。,電流方向：規(guī)定為正電荷流動(dòng)的方向(或負(fù)電荷流動(dòng)的反方 向)電流大小：等于在單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的

10、電量，稱為 電流強(qiáng)度(簡稱電流)，用符號(hào) I 或 i(t)表示，討論 一般電流時(shí)可用符號(hào) i 。,20,式中，t 為通過電荷量 q 所用的時(shí)間，時(shí)間的國際單位制為秒(s)，電量 q 的國際單位制為庫侖 (C)。電流 I 的國際單位制為安培 (A) 。,常用的電流單位還有毫安 （mA）、微安（ ?A）、千安 （kA） 等，它們與安培的換算關(guān)系為,1 mA

11、= 10-3A； 1 ?A = 10-6 A； 1 kA = 103 A,電流強(qiáng)度的計(jì)算,21,規(guī)定：正電荷定向運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞣较颉?電流的方向,參考方向:為計(jì)算方便，通常在無法確定電流方向時(shí)， 先假定一個(gè)電流方向，叫做參考方向。,注意:電流的計(jì)算結(jié)果為 “+” ——電流真實(shí)方向與參考方向一致； “ – ”——電流真實(shí)方向與參考方向相反。 電流

12、強(qiáng)度是一個(gè)標(biāo)量，電流方向只表明電荷的定向運(yùn)動(dòng)方向。,22,按照電流的大小、方向變化與時(shí)間的關(guān)系，電流可以分為以下三類：（如圖1-4教材）所示； 1、電流的大小和方向都不隨時(shí)間變化，這樣的電流叫直流電流或穩(wěn)恒電流，如圖1-4a所示； 2、如果電流的大小隨時(shí)間變化，但方向不隨時(shí)間變化的電流叫脈動(dòng)電流，如圖1-4b所示； 3、如果電流的大小和方向都時(shí)間變化，這樣的電流叫交流電流，如圖1-4c所示

13、。,電流的方向－分類,23,§1-4 電壓和電位,一、電壓 A,B兩點(diǎn)間的電壓UAB在數(shù)值上等于電場力把電荷由A移動(dòng)到B所做的功W與被移動(dòng)電荷電荷量q的比值，可用下式表示：,電壓的國際單位制為伏特(V)，常用的單位還有毫伏(mV)、微伏(?V)、千伏(kV)等，它們與 V 的換算關(guān)系為,1 mV = 10－3 V；　1 ?V =10－6 V；　1 kV = 103 V。,24,§1-4 電壓和電位,二

14、、電位 正電荷在電路中某點(diǎn)所具有的能量與電荷所帶電量的比叫做該點(diǎn)的電位。,注意：討論電位問題時(shí)，首先要選定參考點(diǎn)（假定該點(diǎn)電位為零）。,其它點(diǎn)的電位等于該點(diǎn)與參考點(diǎn)間的電壓。比參考點(diǎn)高的電位為正，反之為負(fù)。 可見，電路中各點(diǎn)的電位是相對(duì)的，與參考點(diǎn)的選擇有關(guān)。,25,電壓方向的確定,電位的國際單位制為伏特(V)，與電壓相同。,1 mV = 10－3 V；　1 ?V =10－6 V；　1 kV = 103 V

15、。,規(guī)定電壓的方向有高電位指向低電位，即電位降低的方向。電壓的方向可以用高電位指向低電位的箭頭表示，也可以用高電位表“+”，低電位標(biāo)“-”來表示。,在電路中a，b兩點(diǎn)間的電壓等于a，b兩點(diǎn)間的電位之差。即,兩點(diǎn)間的電壓也叫兩點(diǎn)間電位差。,26,電壓參考方向的選擇,與電流相似，在電路計(jì)算時(shí)，事先無法確定電壓的真實(shí)方向，常事先選定參考方向，用“+、-”標(biāo)在電路圖中。 如果計(jì)算結(jié)果電壓為正值，那么電壓的這個(gè)真實(shí)方向與參考方向一

16、致；如果計(jì)算結(jié)果電壓為負(fù)值，那么電壓的真實(shí)方向和參考方向相反。,27,§1-5 電源和電動(dòng)勢,一、電源定義：電源是把其它形式的能轉(zhuǎn)換成電能的裝 置。 種類：干電池或蓄電池把化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能； 光電池把太陽的光能轉(zhuǎn)化成電能；發(fā) 電機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)化成個(gè)電能等等。,28,二、電源電動(dòng)勢,在電源內(nèi)部，電源力把正電荷從低電位點(diǎn)（負(fù)極板）移動(dòng)到高電位點(diǎn)

17、（正極板）反抗電場力所做的功與被移動(dòng)電荷的電荷量之比，叫做電源的電動(dòng)勢。用公式表示為：,,式中W—電源力移動(dòng)正電荷所做的功，單位為焦[耳]， 符號(hào)為J；Q—電源力移動(dòng)的電荷量，單位是庫[侖]，符號(hào)為C；E——電源電動(dòng)勢，單位是伏[特]，符號(hào)為V。,29,電源電動(dòng)勢的方向,規(guī)定： 由電源的負(fù)極（低電位點(diǎn)）指向正極（高電位電）。 在電源內(nèi)部的電

18、路中，電源力移動(dòng)正電荷形成電流，電流的方向是從負(fù)極指向正極； 在電源外部電路中，電場力移動(dòng)正電荷形成電流，電流方向是從電源正極流向電源負(fù)極。,30,§1-6 電阻和電阻定律,一、電阻定義：表示物質(zhì)對(duì)帶電粒子定向運(yùn)動(dòng)存在阻礙 作用的物理量。,經(jīng)常用的電阻單位還有千歐 (k?) 、兆歐 (M?),1 k? = 103 ?；　　1 M? = 106 ?,31,一、電阻,在一般條件下，任何物質(zhì)

19、都存在分子熱運(yùn)動(dòng)，所以任何物體都有電阻。當(dāng)有電流流過時(shí)，都要消耗一定的能量。,幾種常見電阻的外形。,本質(zhì)：導(dǎo)體中的自由電子在電場力的作用下定向運(yùn)動(dòng)。作定向運(yùn)動(dòng)的自由電子，要與在平衡位置附近不斷振動(dòng)的原子核發(fā)生碰撞，阻礙了自由電子的定向運(yùn)動(dòng)。這種阻礙作用使自由電子定向運(yùn)動(dòng)的平均速度降低，自由電子的一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換成分子熱能。,32,二、電阻定律,經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，在溫度不變時(shí)，一定材料制成的導(dǎo)體的電阻跟它的長度成正比，跟它的截面積成反比。這個(gè)實(shí)驗(yàn)

20、規(guī)律叫做電阻定律。 均勻?qū)w的電阻可用公式表示為,,式中ρ—電阻率，其值由導(dǎo)體材料的性質(zhì)決定，單位是歐 [姆]米，符號(hào)為Ω·m，可查表1-1（教材）；L——導(dǎo)體的長度，單位是米，符號(hào)為m；S——導(dǎo)體的截面積，單位是平方米，符號(hào)為㎡；R——導(dǎo)體的電阻，單位是歐[姆]，符號(hào)為Ω。,33,三、電阻與溫度的關(guān)系,電阻隨溫度的變化關(guān)系可表示為,,式中R1——導(dǎo)體在溫度t1時(shí)的電阻；

21、R2——導(dǎo)體在溫度t2時(shí)的電阻；α——導(dǎo)體的溫度系數(shù)，單位為1/℃,一般說來，隨著溫度升高，金屬導(dǎo)體電阻電阻增加，某些半導(dǎo)體電阻減少。這都是分子熱運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度隨溫度升高有所變化的緣故。,34,§1-7 電路和歐姆定律,一、電路 在日常生活中，我們會(huì)廣泛接觸到各種電路。手電筒就是一中非常簡單的電路。,電路：由電源、負(fù)載、連接導(dǎo)線、控制和保護(hù)裝置四部分 組成。,35,2．電路的基本組

22、成,電路的基本組成包括以下四個(gè)部分：,(1)電源(供能元件)：,為電路提供電能的設(shè)備和器件(如電池、發(fā)電機(jī)等)。,,圖1-20　模擬手電筒電路,,,36,圖1-20　模擬手電筒電路,(2)負(fù)載(耗能元件):,使用(消耗)電能的設(shè)備和器件(如燈泡等用電器)。,控制電路工作狀態(tài)的器件或設(shè)備(如開關(guān)等)。,將電器設(shè)備和元器件按一定方式連接起來(如各種銅、鋁電纜線等)。,(4)控制器件：,(3)連接導(dǎo)線：,37,電路圖部分常用符號(hào),38,二、歐

23、姆定律－部分電路歐姆定律,在電阻一定時(shí)，導(dǎo)體中的電流跟這段導(dǎo)體兩端的電壓成正比，在電壓不變的情況下，導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體的電阻成反比。把以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果綜合起來得出結(jié)論，即歐姆定律。,,電阻R上的電壓參考方向與電流參考方向是一致時(shí)（稱為關(guān)聯(lián)參考方向 ），部分電路歐姆定律可用公式表述為,39,部分電路歐姆定律,注意：,,（1）當(dāng)U、I見為非關(guān)聯(lián)參考方向（U、I參考方向相反）時(shí)，歐姆定律應(yīng)寫成 ，式中“-”號(hào)切不可漏掉；,,

24、（2）電阻值不隨電壓、電流變化而變化的電阻叫做線性電阻，由線性電阻組成的電路叫線性電路。阻值隨電壓、電流的變化而改變的電阻，叫非線性電阻，含有非線性電阻的電路叫非線性電路。,40,二、歐姆定律－全電路歐姆定律,全電路是一個(gè)由電源和負(fù)載組成的閉合電路，如圖1-22所示。對(duì)全電路進(jìn)行分析研究時(shí)，必須考慮電源的內(nèi)阻。如圖R為負(fù)載的電阻、E為電源電動(dòng)勢、r為電源的內(nèi)阻。,,關(guān)聯(lián)方向下，全電路歐姆定律可用公式表述為,41,全電路歐姆定律,式中：

25、E——電源電動(dòng)勢，單位是伏[特]，符號(hào)為V； R——負(fù)載電阻，單位是歐[姆]，符號(hào)為Ω； R0——電源內(nèi)阻，單位是歐[姆]，符號(hào)為Ω； I——閉合電路中的電流，單位是安[培]，符號(hào)為A。,,閉合電路歐姆定律說明：閉合電路中的電流與電源電動(dòng)勢成正比，與電路的總電阻（內(nèi)電路電阻與外電路電阻之和）成反比。,42,§1-8 電能和電功率,一、電能 電能是指在一定的時(shí)間內(nèi)電路元件或設(shè)備吸收或發(fā)出的電能量，

26、用符號(hào)W表示，其國際單位制為焦耳(J)，電能的計(jì)算公式為,式中U—加在導(dǎo)體兩端的電壓，單位是伏[特]，符號(hào) 為V；I—導(dǎo)體中的電流，單位是安[培]，符號(hào)為A；t—通電時(shí)間，單位是秒，符號(hào)為s； W——電能，單位是焦[耳]，符號(hào)為J。,43,一、電能,上式表明，電流在一段電路上所做的功，與這段電路兩端的電壓、電路中的電流和通電時(shí)間成正比。,對(duì)于純電阻電路，歐姆定律成立，電能也

27、可由下式計(jì)算。,44,二、電功率,電流在單位時(shí)間內(nèi)所做的功叫做電功率。它是描述電流做功快慢的物理量。 電功率的計(jì)算公式為,式中W——電流所做的功（即電能），單位是焦[耳]，符 號(hào)為J；t ——完成這些功所用的時(shí)間，單位是秒，符號(hào)為s；P——電功率，單位是瓦[特]，符號(hào)為W.,45,二、電功率,在直流情況下，且電流與電壓為關(guān)聯(lián)參考方向是，電功率有如下表示形式：,如果電

28、流、電壓為非關(guān)聯(lián)參考方向，式1-13前面應(yīng)加“-”。 在這個(gè)規(guī)定下，P＞0說明電路元件在消耗（吸收）電能；反之P＜0則為發(fā)出（供出）電能。,46,二、電功率,對(duì)于線性電阻元件而言，電功率公式還可以寫成,在一個(gè)閉合回路中，根據(jù)能量守恒和轉(zhuǎn)化定律，電源電動(dòng)勢發(fā)出的功率，等于負(fù)載電阻和電源內(nèi)阻消耗的功率。即,三、電路中的功率平衡,47,§1-9 電源的最大輸出功率,一、最大輸出功率定理