中职《电工基础》电路中的基本物理量

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,第一章,电路基础,电路中的基本物理量,3,掌握电压和电位的定义及其在实际中的应用。熟悉电压和电位的测量方法。,学习目标,1,掌握电流的形成、电流大小和方向的规定。熟悉电流的测量方法。,2,掌握电流密度的定义及其在实际中的应用。,4,掌握电动势的定义及其在电路中的作用。,5,掌握电阻的定义，了解导体的电阻与哪些因素有关。,6,了解电阻在实际中的作用。掌握电阻的识别方法和测量方法。,上面标有“,AC 380V,，,DC 220V,，,5A,”字样，这些字样表示什么含义呢？,电路中的基本物理量,电流,电荷有规则的定向运动。电流是一种客观存在的物理现象。,1,电流的方向,一、电流和电流密度,电路中的基本物理量,规定：,以正电荷运动方向为正。,电流为正值（,I,0,），表明电流的实际方向与假设的参考方向相同；,电流为负值（,I,0,），表明电流的实际方向与假设的参考方向相反。,电路中的基本物理量,在下图所示电路中，电流的参考方向如图所示，已知图,a,中,I,1,2A,，图,b,中,I,2,4A,，请指出电流的实际方向。,【,练一练,】,图,a,中，,I,为正值，表明电流实际方向与假设的参考方向相同。,图,b,中，,I,为负值，表明电流实际方向与假设的参考方向相反。,电路中的基本物理量,电流的分类,稳恒直流电,脉动直流电,非正弦交流电,交流电（,AC,）,直流电（,DC,）,正弦交流电,电路中的基本物理量,电流的大小,在单位时间内通过导体横截面电荷量的多少。,电流,I,的单位是安培（,A,）。除安培外，常用的电流单位还有千安（,kA,）、毫安（,mA,）和微安（,A,）。,2.,电流的大小,实际中要测量电流的大小，通常用电流表或万用表的电流挡。,电路中的基本物理量,A,mm,2,3,电流密度,电流密度大,电流密度小,电流密度,流过导体单位横截面积上的电流。,电路中的基本物理量,实际生活中，人们往往是根据导体电流密度的大小来选择合适的导线截面积，从而使导线的电流密度在允许的范围内，以保证用电的安全。导线允许的电流密度与导线的材料和横截面积的大小有关。,【,知识拓展,】,电路中的基本物理量,某单位需安装一台立式空调，已知其额定电流为,15,A,，问应选择多粗的铜导线？（取铜导线的允许电流密度为,6,A,mm,2,）,例,1,1,解：,电路中的基本物理量,（,1,）电路中必有电源的存在。,（,2,）电路一定要构成闭合回路。,4,产生电流的条件,水路 电路,电路中的基本物理量,电场力把单位正电荷从电场中的一点移动到另一点所做的功，叫做这两点之间的电压，用符号,U,表示。,二、电压与电位,1,电压,电压单位：伏（,V,）,电压方向有正负,电场力作功,电路中的基本物理量,电压的测量：,实际中要测量电压的大小，通常用电压表或万用表的电压挡。,电路中的基本物理量,我国广泛使用的民用电的电压是,380V,和,220V,，美国、欧洲、日本等国使用的电压是,110V,。,安全电压的额定值分为,42V,、,36V,、,24V,、,12V,和,6V,五个等级。,42V,用于有危险场所适用的手持电动工具；,36V,适用于一般场所和潮湿场所；,24V,适用于工作面积狭窄且操作者易大面积接触带电体的场所；,12V,和,6V,适用于人体需要长期触及器具上带电体的场所。,【,知识拓展,】,电路中的基本物理量,2,电位,如果任选电路中一点,o,为参考点，那么电路中,a,点的电位,U,a,就等于电场力将单位正电荷从,a,点移到参考点,o,所做的功，即,参考点的电位等于零，所以，参考点又叫零电位点。,电路中的基本物理量,实际中，如果在电路中任选一个参考点并令它的电位为零，则电路中某一点的电位就应等于该点到参考点之间的电压。可见，电位实质上也是电压，只不过是对参考点之间的电压。所以，电位的单位也是伏特（,V,）。电位是一个相对量。,电路中的基本物理量,理论上参考点可以任意选取。而实际电力电路中通常都选大地为参考点，即零电位点，用符号,“,”,表示；实际电子线路中通常以多条支路汇合的公共点或者金属底板、机壳等作为参考点，用符号,“,”,表示。,规定,：,高于参考点的电位为正值，低于参考点的电位为负值。,电路中的基本物理量,电位差,电路中任意两点间的电位之差，也就是电压，所以电压也叫做电位差。即,U,ab,U,a,U,b,等电位点,如果电路中的两点电位相同，这两点之间就不会有电流通过，则这两点叫做等电位点。,电路中的基本物理量,高压带电作业,【,知识拓展,】,电路中的基本物理量,高压线路的等电位作业是人体与带电体处于同电位状态的直接作业，此时虽然线路的电压很高，但由于线路之间不构成电流的通路，故对人身还是安全的。,它的优点是能够完成许多细致、复杂的检修工作，取得理想的工作效果和效率；缺点是人体必须占据带电设备固有净空，应用范围因而受到限制。,电路中的基本物理量,电位与电位差的异同点：,（,1,）电位是某点对参考点的电压，电位差是某两点间的电压。因此，电位相同的各点间的电位差为零，电流也为零。,（,2,）两者单位相同，都是伏特（,V,）。,（,3,）电位是相对量，随参考点的改变而改变；而电位差的绝对值不随参考点的改变而改变，所以电压是绝对量。,电路中的基本物理量,实际中当电路的元件数目较多时，把所有两点间的电压都表示出来是很烦琐的，如果采用电位表示就会变得简单而清晰。,电压表示法和电位表示法,要,表示所有两点间的电压，采用电压表示法需要,6,个电压量，采用电位表示法需要,3,个电压量,电路中的基本物理量,利用电位表示法画成的晶体管放大电路,通过测量电路中各点的电位来计算电压非常方便,电路中的基本物理量,如图所示为用电位法表示的晶体三极管放大电路，已知,U,c,+10.5,V,，,U,b,+,0.6,V,，选公共点,e,点为参考点，即,U,e,0,V,，求电压,U,be,、,U,ce,和,U,cb,的大小。,例,1,2,电路中的基本物理量,三、电动势,电动势的定义是：在电源内部，外力将单位正电荷,Q,从电源的负极移到电源正极所作的功,W,，用字母,E,表示,，即,电动势是衡量电源将非电能转换成电能的本领的物理量。,电路中的基本物理量,电动势的作用是把正电荷从低电位搬到高电位。,在实际电路中，它主要起提供电能的作用。,电动势的单位和电压一样，也是伏特。,电动势的方向规定为：在电源内部，由负极指向正极，即由低电位指向高电位。,要测量电源电动势的大小，通常也采用电压表或万用表的电压挡。,电路中的基本物理量,电动势与电压的方向不同。电动势的方向是在电源内部由低电位指向高电位，即电位升的方向；电压方向是由高电位指向低电位，即电位降的方向。,电动势和电压的区别：,电动势仅存在于电源内部，而电压不仅存在于电源外部，也存在于电源内部。,电动势和电压的物理意义不同。电动势用来衡量电源力做功本领的大小，电压用来衡量电场力做功本领的大小。,电路中的基本物理量,现在你能说出行程开关上面标注的,“,AC 380V,，,DC,220V,，,5,A,”,的含义了吗？,AC 380V,，,DC 220V,，,5A,电路中的基本物理量,四、电阻与电阻定律,电阻的单位为欧姆，用符号,表示。,常用的电阻单位还有千欧（,k,）和兆欧（,M,）。,1,千欧（,k,）,1000,欧（,）,1,兆欧（,M,）,1000,千欧（,k,）,即导体对电流的阻碍作用，用字母,R,或,r,表示。,1.,电阻,电路中的基本物理量,l,导体长度，,m,；,S,导体横截面积，,m,2,；,导体的电阻率，与导体材料有关的物理量。,2,.,电阻定律,在温度一定时，导体的电阻与导体长度成正比，与导体横截面积成反比，还与导体的材料有关，这一规律称为,电阻定律,。,电路中的基本物理量,电阻率,表示长度为,1,m,，横截面积为,1,m,2,的某种导体所具有的电阻值，即,电阻率的单位为,m,。,电阻率小的材料导电能力强，电阻率大的材料导电能力弱。,电路中的基本物理量,几种常用材料的电阻率,材料,电阻率（,m,）,材料,电阻率（,m,）,银,1.610,8,铁,1.010,7,铜,1.710,8,锰铜,4.410,7,铝,2.910,8,康铜,5.010,7,钨,5.310,8,橡胶,1.010,16,导 体,10,8,10,6,m,导电性能 绝缘体,10,6,10,16,m,半导体 电阻率介于上述两者之间,电路中的基本物理量,电阻的倒数称为电导，用字母,G,表示。,电导的单位是西门子（,S,），,1 S,1,。,电导,G,用来表示导体的导电能力，,G,越大表示材料的导电能力越强，,G,越小表示材料的导电能力越弱。,电路中的基本物理量,通常情况下，金属的电阻随温度的升高而增大。,半导体和电解液的电阻通常是随着温度的升高而减小,。,锰铜和康铜的电阻一般不随温度变化，常用来制造标准电阻。,3.,电阻与温度的关系,电路中的基本物理量,变压器的超温报警,通过预埋在变压器低压绕组中的热敏测温电阻采集绕组或铁心温度信号。当变压器绕组温度因过载或短路等原因继续上升，达到,155 ,时，即发出绕组超温报警信号；若温度继续上升达到,170 ,，变压器就会自动跳闸，起到自动保护作用。,【,知识拓展,】,电路中的基本物理量,在温度一定的条件下，通过电阻的电流随电压而变化的关系曲线，称为电阻的伏安特性曲线。,4.,电阻的伏安特性曲线,电路中的基本物理量,线性电阻,电阻值是一个常数，不随外加电压变化而改变。常见的电阻大多数都是线性电阻。,非线性电阻,电阻值不是一个常数，随外加电压变化而改变。电子技术中常见的二极管和三极管都属于非线性电阻元件。,电路中的基本物理量,左,图所示为,3,个电阻的伏安特性曲线，试分析哪一个电阻的阻值最大？并找出比较电阻大小的规律。,【,练一练,】,要测量电阻的大小，可使用欧姆表或万用表的欧姆挡。,电路中的基本物理量,5.,电阻及其在电路中的作用,（,1,）常见电阻器,碳膜电阻器,绕线电阻器,金属膜电阻器,常见的,固定电阻器,有以下几种：,电路中的基本物理量,微调电阻,是一种调节阻值范围很小的可变电阻。,微调电阻,可变电阻,是一种常见的可调电子元件，常用于需要调节电阻大小的场合，通过调节电阻的大小达到调节电位的目的，故又称,电位器,。,常见电位器,电路中的基本物理量,1,）限流作用：在电压一定的情况下，电阻越大，流过的电流越小。,（,2,）电阻在电路中的作用,2,）分压作用：电流,I,通过电阻,R,时，一定会产生一个电压降,U,。,电阻的限流和分压作用,电路中的基本物理量,把元件的主要参数直接印制在元件的表面，主要用于功率比较大的电阻器。,1,）直标法,【,例,】,在,6.8 ,的电阻上标有“,6.8,”或“,6R8,”，在,6.8k,的电阻上标有“,6.8k,”或“,6k8,”的字样。,（,3,）电阻器常用标注方法,电路中的基本物理量,目前，小功率的电阻器普遍使用色环法。,2,）色环法,一般用背景颜色区别电阻器的种类：,浅色,（淡绿色、淡蓝色、浅棕色）表示碳膜电阻器。,红色,表示金属或金属氧化膜电阻器。,深绿色,表示线绕电阻器。,电路中的基本物理量,普通电阻器,用,4,个色环表示其阻值和允许偏差。第一、第二环表示有效数字，第三环表示倍率（乘数），与前,3,环距离较大的第四环表示精度。,电路中的基本物理量,精密电阻器,通常采用,5,个色环。第一、二、三环表示有效数字，第四环表示倍率，与前四环距离较大的第五环表示精度。,电路中的基本物理量,一只标有棕、黑、绿、棕、棕,5,个色环的电阻器，其阻值和允许偏差各为多少？,电路中的基本物理量,1,电荷有规则的定向运动称为电流。为统一起见，规定以正电荷运动方向为电流的正方向。,2,根据电流随时间的变化情况，电流可以分为直流电流和交流电流两大类，直流电流又可细分为稳恒直流电流和脉动直流电流两类。,3,电流的大小定义为：在单位时间内通过导体横截面电荷量的多少。,课堂小结,电路中的基本物理量,4,当电流在导体的截面上均匀分布时，该电流与导体横截面积的比值，称为电流密度。,5,电路中产生电流的条件是：,（,1,）电路中必有电源的存在；,（,2,）电路一定要构成闭合回路。,6,电压是衡量电场作功本领大小的物理量。,电路中的基本物理量,7,电位和电压的异同点是：,（,1,）电位是某点对参考点的电压，电位差是某两点间的电压；,（,2,）电位是相对量，随参考点的改变而改变；而电位差的绝对值不随参考点的改变而改变，所以电压是绝对量。,8,电动势是衡量电源将非电能转换成电能本领的物理量。,电路中的基本物理量,9,电阻定律的内容是：在温度一定时，导体的电阻与导体长度成正比，与导体横截面积成反比，还与导体的材料有关。,10,在温度一定的条件下，通过电阻的电流随电压而变化的关系曲线，称为电阻的伏安特性曲线。,电路中的基本物理量,