电工技术基础刘志平课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,电工基础,（第,2,版）,主编：刘志平、苏永昌,电工基础,第一章 电路基础知识,第二章 直流电路,第三章 电容器,第四章 磁与电磁感应,第五章 正弦交流电路,第六章 三相交流电路和电动机,第七章*,变压器,第八章*瞬态过程,绪论,自从,19,世纪以电力发明及其广泛应用为标志的第二次科技革命以来，人类生活进入了电气时代。,小至生活照明，大到现代化大工业生产,电能在现代工业、农业、科学技术以及国民经济等各个领域有着广泛的应用。,电能的广泛应用与其特点息息相关,。,绪论,电能的应用,一是进行能量的传输、分配和转换；,二是进行信息的传递、处理和运算。,绪论,二、电能的优越性,1,便于转换；,2,便于输送和分配；,3,便于控制。,三、电能的缺点,1.,不便于存储。,绪论,四、如何学好本门课程,1,抓住概念、理解记忆、加强实践、掌握理论。,2,勤于思考、认真解题、灵活运用、多做练习。,3,重视实验、巩固知识。,第一章 电路基本知识,第一节 库仑定律,第二节 电场和电场强度,第三节 电流,本章讲述电子学基本物理量，介绍库仑定律、欧姆定律及电路基本工作状态。本章是全书的理论基础。,第四节 电压和电位,第六节 电阻和电阻定律,第七节 电路和欧姆定律,第八节 电能和电功率,第九节 电源的最大输出功率,第五节 电源和电动势,1-1,库仑定律,电荷：,自然界中存在两种电荷，即正电荷和负电荷。,电荷间相互作用：,同性相斥，异性相吸。,电荷量的单位：,库,仑,，用字母,C,表示。,库仑定律,在真空中两个电荷间作用力跟它们的电量的乘积成正比，跟它们间的距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上。静止电荷之间的这种作用力就叫做静电力或库仑力。,库仑定律 的公式表示,式中,q,1,，,q,2,点电荷电荷量，单位是,C,；,r,两点电荷间的举例，单位是,m,；,k,静电恒量，,k,910,9,m,2,/C,2,;,F,静电力，单位是,N.,例题,1,两个点电荷电荷量,q1,410,6C,，,q2,1.210,6C,，在真空中的距离,r,0.4m,求两个点电荷间作用力的大小及方向。,解：,作用力的,方向,在两个点电荷的连线上。因为是,同种电荷,，所以作用力为斥力。,应用库仑定律求解,注意事项：,库仑定律只适用于计算两个点电荷间的相互作用力，非点电荷间的相互作用力，库仑定律不适用。,应用库仑定律求点电荷间相互作用力时，不用把表示正、负电荷的“”、“”符号带入公式中，计算过程中可用绝对值计算，其结果可根据电荷的正、负确定作用力为引力或斥力以及作用力的方向。,1-2,电场和电场强度,一、电场：,存在于电荷周围空间，对电荷有作用力的特殊物质，叫做电场。,电场的两个重要特性：,1,、,位于电场中的任何带电体，都受到电场力的作用。,2,、,位于带电体在电场中受到电场力的作用而移动时，电场力对电场做功，这说明电场具有能量。,二、电场强度,定义：,检验电荷在电场中某一点所受电场力,F,与检验 电荷的电荷量,q,的比值叫做该点的,电场强度,，简称场强，用符号,E,表示。,电场强度的计算公式,式中：,F,检验电荷所受电场力，单位为牛,顿,，符号,为,N,；,q,检验电荷的电荷量，单位是库,仑,，符号为,C,；,E,电场强度，单位是伏,特,每米，符号为,V/m,。,注意：,（,1,）电场强度单位：,N,C,（,2,）大小：电场中某点的场强在数值上等于单位电荷在该点受到的电场力。,（,3,）方向：规定电场中某点场强的方向为正电荷在该点受到的电场力的方向。,如图,1,2,，计算,A,点的场强。,由此可知,，,E,A,与,F,A,方向相同，,E,A,的大小之和,Q,、,r,A,有关，与检验电荷电荷量,q,无关。,三、电力线,电力线图示法描述电场：,在电场中画出一系列从正电荷出发到负电荷终止的曲线，使曲线上每一点的切线方向都和该点的电场强度方向一致，这些曲线叫做,电力线,。,几种常见电力线如图,1-3,（教材）所示。,1-3,电流,一、电流,电荷的定向运动形成电流。,电流方向：,规定为正电荷流动的方向,(,或负电荷流动的反方,向,),电流大小：,等于在单位时间内通过导体横截面的电量，称为,电流强度,(,简称,电流,),，用符号,I,或,i,(,t,),表示，讨论,一般电流时可用符号,i,。,式中，,t,为通过电荷量,q,所用的时间，时间的国际单位制为秒,(,s,),，,电量,q,的国际单位制为库仑,(,C,),。,电流,I,的国际单位制为安培,(,A,),。,常用的电流单位还有毫安（,mA,）,、微安（,A,）,、千安（,kA,）,等，它们与安培的换算关系为,1,mA,=10,-3,A,；,1,A=10,-6,A,；,1 kA=10,3,A,电流强度的计算,规定：,正电荷定向运动的方向为电流方向。,电流的方向,参考方向,:,为计算方便，通常在无法确定电流方向时，,先假定一个电流方向，叫做参考方向。,注意,:,电流的计算结果为,“,+”,电流真实方向与参考方向,一致,；,“,”,电流真实方向与参考方向,相反,。,电流强度是一个标量，电流方向只表明电荷的定向运动方向。,按照电流的大小、方向变化与时间的关系，电流可以分为以下三类：（如图,1-4,教材）所示；,1,、电流的大小和方向都不随时间变化，这样的电流叫,直流电流,或,稳恒电流,，如图,1-4a,所示；,2,、如果电流的大小随时间变化，但方向不随时间变化的电流叫,脉动电流,，如图,1-4b,所示；,3,、如果电流的大小和方向都时间变化，这样的电流叫,交流电流,，如图,1-4c,所示。,电流的方向分类,1-4,电压和电位,一、电压,A,B,两点间的电压,U,AB,在数值上等于电场力把电荷由,A,移动到,B,所做的功,W,与被移动电荷电荷量,q,的比值，可用下式表示：,电压的国际单位制为伏特,(,V,),，,常用的单位还有毫伏,(,mV,),、,微伏,(,V,),、,千伏,(,kV,),等，它们与,V,的换算关系为,1,mV=10,3,V,；,1,V=10,6,V,；,1 kV=10,3,V,。,1-4,电压和电位,二、电位,正电荷在电路中某点所具有的能量与电荷所带电量的比叫做,该点的电位,。,注意：,讨论电位问题时，首先要选定参考点（假定该点电位为零）。,其它点的电位等于该点与参考点间的电压。比参考点高的电位为,正,，反之为,负,。,可见，电路中各点的电位是相对的，与参考点的选择有关。,电压方向的确定,电位的国际单位制为伏特,(,V,),，与电压相同。,1,mV=10,3,V,；,1,V=10,6,V,；,1 kV=10,3,V,。,规定,电压的方向,有高电位指向低电位，即电位降低的方向。电压的方向可以用高电位指向低电位的箭头表示，也可以用高电位表“,+”,，低电位标“,-”,来表示。,在电路中,a,，,b,两点间的电压等于,a,，,b,两点间的电位之差。即,两点间的电压也叫两点间电位差。,电压参考方向的选择,与电流相似，在电路计算时，事先无法确定电压的真实方向，常事先选定参考方向，用“,+,、,-”,标在电路图中。,如果计算结果电压为,正值,，那么电压的这个真实方向与参考方向一致；如果计算结果电压为,负值,，那么电压的真实方向和参考方向相反。,1-5,电源和电动势,一、电源,定义：,电源是把其它形式的能转换成电能的装,置。,种类：,干电池或蓄电池把化学能转换成电能；,光电池把太阳的光能转化成电能；发,电机把机械能转化成个电能等等。,二、电源电动势,在电源内部，电源力把正电荷从低电位点（负极板）移动到高电位点（正极板）反抗电场力所做的功与被移动电荷的电荷量之比，叫做电源的电动势。用公式表示为：,式中,W,电源力移动正电荷所做的功，单位为焦,耳,，,符号为,J,；,Q,电源力移动的电荷量，单位是库,仑,，符号为,C,；,E,电源电动势，单位是伏,特,，符号为,V,。,电源电动势的方向,规定：,由电源的负极（低电位点）指向正极（高电位电）。,在电源内部的电路中，电源力移动正电荷形成电流，电流的方向是从负极指向正极；,在电源外部电路中，电场力移动正电荷形成电流，电流方向是从电源正极流向电源负极。,1-6,电阻和电阻定律,一、电阻,定义：,表示物质对带电粒子定向运动存在阻碍,作用的物理量。,经常用的电阻单位还有千欧,(,k,),、,兆欧,(,M,),1 k,=10,3,；,1 M,=10,6,一、电阻,在一般条件下，任何物质都存在分子热运动，所以,任何物体都有电阻,。当有电流流过时，都要消耗一定的能量。,几种常见电阻的外形。,本质：,导体中的自由电子在电场力的作用下定向运动。作定向运动的自由电子，要与在平衡位置附近不断振动的原子核发生碰撞，阻碍了自由电子的定向运动。这种阻碍作用使自由电子定向运动的平均速度降低，自由电子的一部分动能转换成分子热能。,二、电阻定律,经实验证明，在温度不变时，一定材料制成的导体的,电阻跟它的长度成正比，跟它的截面积成反比,。这个实验规律叫做电阻定律。,均匀导体的电阻可用公式表示为,式中,电阻率，其值由导体材料的性质决定，单位是欧,姆,米，符号为,m,，可查表,1-1,（教材）；,L,导体的长度，单位是米，符号为,m,；,S,导体的截面积，单位是平方米，符号为,；,R,导体的电阻，单位是欧,姆,，符号为,。,三、电阻与温度的关系,电阻随温度的变化关系可表示为,式中,R1,导体在温度,t1,时的电阻；,R2,导体在温度,t2,时的电阻；,导体的温度系数，单位为,1/,一般说来，随着温度升高，金属导体电阻电阻增加，某些半导体电阻减少。这都是分子热运动强度随温度升高有所变化的缘故。,1-7,电路和欧姆定律,一、电路,在日常生活中，我们会广泛接触到各种电路。手电筒就是一中非常简单的电路。,电路：,由电源、负载、连接导线、控制和保护装置四部分,组成。,2,电路的基本组成,电路的基本组成包括以下四个部分：,(,1,),电源,(,供能元件,),：,为电路提供电能的设备和器件,(,如电池、发电机等,),。,图,1-20,模拟手电筒电路,图,1-20,模拟手电筒电路,(,2,),负载,(,耗能元件,):,使用,(,消耗,),电能的设备和器件,(,如灯泡等用电器,),。,控制电路工作状态的器件或设备,(,如开关等,),。,将电器设备和元器件按一定方式连接起来,(,如各种铜、铝电缆线等,),。,(,4,),控制器件：,(3),连接导线：,电路图部分常用符号,二、欧姆定律部分电路欧姆定律,在电阻一定时，导体中的电流跟这段导体两端的电压成正比，在电压不变的情况下，导体中的电流跟导体的电阻成反比。把以上实验结果综合起来得出结论，即欧姆定律。,电阻,R,上的电压参考方向与电流参考方向是一致时（称为关联参考方向,）,，部分电路欧姆定律可用公式表述为,部分电路欧姆定律,注意：,（,1,）当,U,、,I,见为,非关联,参考方向（,U,、,I,参考方向相反）时，欧姆定律应写成 ，式中,“,-”,号切不可漏掉；,（,2,）电阻值不随电压、电流变化而变化的电阻叫做,线性电阻,，由线性电阻组成的电路叫线性电路。阻值随电压、电流的变化而改变的电阻，叫,非线性电阻,，含有非线性电阻的电路叫非线性电路。,二、欧姆定律全电路欧姆定律,全电路是一个由电源和负载组成的闭合电路，如图,1-22,所示。对全电路进行分析研究时，必须考虑电源的内阻。如图,R,为负载的电阻、,E,为电源电动势、,r,为电源的内阻。,关联方向下，全电路欧姆定律可用公式表述为,全电路欧姆定律,式中：,E,电源电动势，单位是伏,特,，符号为,V,；,R,负载电阻，单位是欧,姆,，符号为,；,R,0,电源内阻，单位是欧,姆,，符号为,；,I,闭合电路中的电流，单位是安,培,，符号为,A,。,闭合电路欧姆定律,说明,：闭合电路中的电流与电源电动势成正比，与电路的总电阻（内电路电阻与外电路电阻之和）成反比。,1-8,电