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1. 直流电路
电路
电路的定(dìng)义: 就是电(diàn)流通(tōng)过的途径
电路的组成: 电路由电源、负载、导线、开关(guān)组(zǔ)成(chéng)
内电路: 负(fù)载(zǎi)、导(dǎo)线、开关
外电路(lù): 电源内(nèi)部的一段电(diàn)路
负载: 所有电器
电源: 能将其它(tā)形式(shì)的能量转换(huàn)成电(diàn)能的(de)设备
基本(běn)物理量
1.2.1 电(diàn)流
1.2.1.1 电流的形成: 导体中的自由电子在电场(chǎng)力的作用下作有规则的定
向(xiàng)运动就(jiù)形成电(diàn)流.
1.2.1.2 电(diàn)流具备的条件: 一是有电位差,二是电路一定要闭(bì)合.
1.2.1.3 电流强度: 电(diàn)流的大小用(yòng)电(diàn)流强度来表(biǎo)示(shì),基数(shù)值(zhí)等于单(dān)位时间内
通过导体(tǐ)截面的(de)电荷量,计算公式为(wéi)
其中Q为电荷量(库仑); t为时间(秒(miǎo)/s); I为电流强(qiáng)度
1.2.1.4 电流(liú)强度的单位是 “安”,用字母 “A”表示.常用(yòng)单位(wèi)有: 千安(ān)(KA)、安(A)、毫安(mA) 、微安(uA)
1KA = 103A 1A = 103mA 1mA = 103uA
1.2.1.5 直流电(diàn)流(liú)(恒定电(diàn)流)的大(dà)小和(hé)方向不随时间的(de)变化而变化,用大(dà)写字母 “I”表示,简称直(zhí)流电.
1.2.2 电压
1.2.2.1 电压的形成(chéng): 物体带电后具有一定的电位,在电路中(zhōng)任意两(liǎng)点之间的
电位差,称为该两点的电压.
1.2.2.2 电压的方(fāng)向: 一是(shì)高电位指向低电位; 二(èr)是电位随参(cān)考点不同而改
变.
1.2.2.3 电压(yā)的单(dān)位(wèi)是(shì) “伏特”,用字母(mǔ) “U”表示.常用单位有: 千(qiān)伏(KV) 、
伏(V)、毫伏(fú)(mV) 、微伏(uV)
1KV = 103V 1V = 103 mV 1mV = 103 uV
1.2.3 电动势
1.2.3.1 电动势的定义: 一个(gè)电源能够(gòu)使电流持续不断沿电路流(liú)动,就是因为
它能使电路两(liǎng)端维(wéi)持(chí)一定的
电位(wèi)差.这种电路两(liǎng)端(duān)产(chǎn)生和维持(chí)电位差(chà)的能力就叫电源电(diàn)动势.
1.2.3.2 电动势(shì)的单位是 “伏”,用字母(mǔ) “E”表示.计算公式为
(该公(gōng)式表明(míng)电源将其它形式的能转化成电能的能(néng)力)其(qí)中(zhōng)A为外(wài)力
所作的(de)功,Q为电荷量,E为电动势.
1.2.3.3 电源(yuán)内电动势的方向: 由低电位移向高电位(wèi)
1.2.4 电阻(zǔ)
1.2.4.1 电阻(zǔ)的定义: 自由电子在物体中移动受到(dào)其它电子的阻碍,对于这种
导电所表现的能力就叫(jiào)电阻(zǔ).
1.2.4.2 电阻的单位是(shì) “欧姆”,用字母 “R”表示.
1.2.4.3 电阻的计算方式为:
其中l为导体长度,s为截面积,ρ为材料电阻率
铜ρ=0.017铝ρ=0.028
欧姆(mǔ)定律
1.3.1 欧(ōu)姆定(dìng)律是表示电压(yā)、电流(liú)、电阻三者关系的基本定律.
1.3.2 部分电(diàn)路欧姆定律: 电路中通过电阻的电流,与电阻两端所(suǒ)加(jiā)的电压
成正比,与电阻成反比,称为部分欧姆定律.计算公式为(wéi)
U = IR
1.3.3 全(quán)电路欧姆定律: 在(zài)闭合电路(lù)中(包括电源),电路中的电流与(yǔ)电源的电(diàn)动(dòng)势成正比,与电路中负载电阻及电源内(nèi)阻之和成反比,称全电路欧姆定律.计算公式(shì)为(wéi)
其(qí)中R为外电阻(zǔ),r0为内电阻,E为电动(dòng)势
电路的连接(串连、并(bìng)连、混连)
1.4.1 串联电(diàn)路
1.4.1.1 电(diàn)阻串联将电阻首尾依(yī)次(cì)相连,但电流只有一条通路的连接方法.
1.4.1.2 电(diàn)路串联(lián)的特点为(wéi)电流与(yǔ)总电流相等(děng),即I = I1 = I2 = I3…
总电压等(děng)于各电阻上电压(yā)之和,即 U = U1 + U2 + U3…
总电阻(zǔ)等于负载(zǎi)电(diàn)阻之和,即 R = R1 + R2 + R3…
各电阻上电压降之(zhī)比等于(yú)其(qí)电阻比,即 , , …
1.4.1.3 电(diàn)源串联: 将前一个电源(yuán)的负极和后一(yī)个(gè)电源的(de)正极依次连接起来.
特点: 可(kě)以获得(dé)较大的电压与电源(yuán).计算(suàn)公式为
E = E1 + E2 + E3 +…+ En
r0 = r01 + r02 + r03 +…+ r0n
1.4.2 并联电路
1.4.2.1 电阻的并联: 将电路(lù)中若干个电阻(zǔ)并(bìng)列(liè)连接起来的(de)接法,称为电(diàn)阻并联(lián).
1.4.2.2 并联电路的特点: 各电阻两端的电压均相等,即(jí)U1 = U2 = U3 = … = Un; 电路的总(zǒng)电流等于电路中各支路电流之总和,即I = I1 + I2 + I3 + … + In; 电路总电阻R的倒数等于各支路(lù)电阻(zǔ)倒数之和,即 .并(bìng)联负载愈多,总电阻愈小,供应(yīng)电流愈大,负荷愈重.
1.4.2.3 通过各支路的电流与各自(zì)电阻成反比,即
1.4.2.4 电源的并联(lián):把所有电(diàn)源的正极连接起(qǐ)来作为电(diàn)源的正极(jí),把所有电源(yuán)的负极连接起来作为(wéi)电源的负极,然后接到电路中,称(chēng)为(wéi)电源(yuán)并联.
1.4.2.5 并(bìng)联电源的条件(jiàn):一(yī)是电(diàn)源的电势相等;二是每个电源的内电阻相同.
1.4.2.6 并联电源的特(tè)点(diǎn):能获得较大的电流,即外电(diàn)路的电流等于流过各电源的电(diàn)流之和(hé).
1.4.3 混联(lián)电路(lù)
1.4.3.1 定义: 电(diàn)路中即有元件(jiàn)的串(chuàn)联(lián)又有元(yuán)件的并联(lián)称为混联电路(lù)
1.4.3.2 混联电路的计算: 先(xiān)求(qiú)出各元(yuán)件串联和并联的电阻值,再计算电路的点电(diàn)阻值;由电路总(zǒng)电(diàn)阻值(zhí)和(hé)电路的端电(diàn)压,根据欧姆定律计算出电路的总电流;根据元件串联的分压关系和元件并联的分流关系,逐步推算出各部(bù)分的(de)电流和(hé)电(diàn)压.
电(diàn)功(gōng)和电功(gōng)率
电功(gōng)
电(diàn)流所作的功叫做电功,用符号 “A”表示.电功的大小与电(diàn)路中的(de)电(diàn)流(liú)、电压及通电(diàn)时(shí)间成正比,计(jì)算公式为 A = UIT =I2RT
电功(gōng)及(jí)电能量的单位名称是焦耳,用符号 “J”表示;也称千瓦/时,用(yòng)符号 “KWH”表示. 1KWH=3.6MJ
电功率
电流在单位时间内所作的功叫电(diàn)功(gōng)率,用符号 “P”表示.计算公式为
电功率单位名称为(wéi) “瓦”或 “千(qiān)瓦(wǎ)”,用符号(hào) “W”或 “KW”表示;也(yě)可(kě)称 “马力.
1马(mǎ)力=736W 1KW = 1.36马力(lì)
电流的(de)热效应、短路
电流(liú)的(de)热效应
定义: 电流通过(guò)导体时,由于(yú)自由电子的碰撞,电能不断的转变为热能(néng).这种电流通过导(dǎo)体时会发生热(rè)的现(xiàn)象,称为电流的(de)热效(xiào)应.
电与热的(de)转化(huà)关系其(qí)计算公式为
其中Q为导体产生的热量,W为消耗的电能.
短路(lù)
定义(yì): 电源通向负载的两根导线,不以过负载而相(xiàng)互直接接通.该现象称之为短路.
短路分析: 电阻(zǔ)(R) 变小(xiǎo),电流(I)加大(dà),用公式表示(shì)为
短路的危害: 温度升高,烧毁设备,发生火灾;产生很大的动(dòng)力(lì),烧(shāo)毁电(diàn)源,电网破裂.
保护措施: 安(ān)装自动开关;安装熔(róng)断(duàn)器.
2. 交流电(diàn)路;
单相交(jiāo)流电(diàn)路(lù)
定义: 所谓交流电即指其电动势、电压及电流的大小和方向都随时间按一定(dìng)规律作周(zhōu)期性的变化,又叫正磁交流电.
单相交流(liú)电的产生: 线圈在磁场中运动旋(xuán)转(zhuǎn),旋转方(fāng)向切割磁力线,产生感应电动势.
单相(xiàng)交流发电机: 只有一个线圈在磁(cí)场中(zhōng)运动旋转,电路(lù)里只能产生一个交变电动势,叫单相交流发电机(jī).由单相(xiàng)交流(liú)发电机发出的电简称(chēng)为单相交流电.
交流电(diàn)与直流电的比较: 输送方便、使用安全,价格便(biàn)宜。
交流电的基本(běn)物理量
瞬时(shí)值与最大值
电动势、电流、电压(yā)每瞬时的值称为瞬时值.符号(hào)分别是: 电动势 “E”,电压 “U”,电流 “I”.
瞬(shùn)时值中(zhōng)最大值(zhí),叫做交流电动(dòng)最(zuì)大值.也叫振幅.符号分别是: Em, Im, Um.
周期、频(pín)率和角(jiǎo)频率
周期(qī): 交流电每交变一次(或(huò)一周(zhōu))所需时(shí)间(jiān).用符号 “T”表(biǎo)示(shì);单位为 “秒”,用字母 “s”表示; T = 0.02s
I
0 t T = 0.02s(China 中国)
频率(lǜ): 交流(liú)电每秒交变的次数或周期叫(jiào)做频率.用(yòng)符(fú)号 “f”表示(shì),单位是Hz.
50Hz(China 中国)
角频(pín)率: 单(dān)位时间内的变化角度,用 “rad/s”(每秒的角度)表示(shì),单位为 ”ω”.
相位、初相位、相位差
相位(wèi):两个正(zhèng)弦电动势的最大值是(shì)不是在同一时间出(chū)现就叫相(xiàng)位,也(yě)可称相角.
初相位:不同的(de)相位对应不同的瞬时值,也叫初相角.
相位差(chà):在任(rèn)一瞬时,两个同频率正弦交流电的相(xiàng)位之差叫相位差.
有效值:正弦交流电的大小和方(fāng)向随时在(zài)变.用与热效应相等的直流电(diàn)流值来(lái)表示交流电(diàn)流的大小.这个值(zhí)就叫(jiào)做交流(liú)电的有效值.
纯(chún)电阻电路:负载的电路,其电感和电容略去不(bú)计称为纯(chún)电阻电(diàn)路.
纯电感电(diàn)路:由(yóu)电(diàn)感组成的电路称为纯电感电路.
纯电容电路:将电容器接在交流电源上组成的电路并略去电路中的(de)一切电阻和电感.这种电路称为纯电(diàn)容电路.
三相交流电路
三相(xiàng)交流电(diàn)的定义:在磁场里有三个(gè)互成角度的线圈同时转(zhuǎn)动,电路里就产生三个交变电动势.这样的发电机叫三(sān)相交流(liú)发电机,发出的电(diàn)叫三相(xiàng)交(jiāo)流(liú)电.每一单相称为一相.
三相交流(liú)电的(de)特(tè)点
转速相同,电动(dòng)势相同(tóng);
线圈形状、匝数均相同,电动势(shì)的最大值(有效值)相等;
三个电动势之间互存(cún)相(xiàng)位差;eA、eB、eC为三相对称电动势.计(jì)算公式为:
eA = EmSinnt
eB = EmSin(wt-1200)
eC = EmSin(wt-2400)
电源的连接(在实际连接中(zhōng))
星形连(lián)接 "Y"
A A 相电压:每个(gè)线圈两端的(de)电压.相电
压为220V
UA 0 线电(diàn)压:两(liǎng)条相(xiàng)线(xiàn)之间(jiān)的电压.线(xiàn)电
压(yā)为(wéi)380V
B 相电压(yā)与线(xiàn)电压的关系如下:
C UB B U线(xiàn) = 相;U相 = 220V;
U线 = 380V
UC C 相电流:流过每一相线(xiàn)圈的电流(liú).
用I相表(biǎo)示
(三相四(sì)线输(shū)出) 线电流:流过端成的电流.用I线(xiàn)表
示.
相电流等于线电(diàn)流.
三角(jiǎo)形连接 "Δ"
A B I线 = 相;U线 = U相
C
(三线三相输(shū)出)
示例:有一三相(xiàng)发电机,其每相(xiàng)电动势为127V,分别求出三相绕(rào)组(zǔ)作星形连接(jiē)和三(sān)角形连接(jiē)时的(de)线电压(yā)和(hé)相(xiàng)电(diàn)压
解:作星形(xíng)连(lián)接时,UY相 = 127V, UY线 = 相 = 127V x
作三角形连接时,U = 127V
三相电(diàn)路(lù)的功率计算
单相有功功率:P = IU (纯电阻电路(lù))
功率因数:衡(héng)量电器设备效率高低的一个(gè)系数.用Cosø表示.
对于纯电(diàn)阻电路,Cosø = 1
对于非纯电阻电路,Cosø < 1
单相有(yǒu)功功率的计算公式为(将公式一般化(huà)) P = IUCosø
三(sān)相有功功率(lǜ):不(bú)论 “Y”或(huò)"Δ"接(jiē)法,总的功(gōng)率等于各相功率(lǜ)之(zhī)和
三相总功率计算公式为 P = IAUACosø + IBUBCosø + ICUCCos = 3
对于“Y”接法, 因U线 = I线 =I相(xiàng),则P =3 x I相 x = I线U线Cosø
对(duì)于(yú)“Δ”接法,因因(yīn)I线 = U线 =U相,则P =3 x U线 x = I线(xiàn)U线Cosø
示(shì)例一:某单相电焊机,用钳表测出电流为(wéi)7.5A,用万能表测(cè)出电压为380V,设有(yǒu)功系数(shù)为0.5,求有功功率.
解:根据公式P = IUCosø,已知I= 7.5A,U = 380V,
Cosø= 0.5
则 P = IUCosø = 7.5 x 380 x 0.5 = 1425W
示(shì)例二(èr):某单相电焊机,额定耗电量(liàng)为2.5KW,额定电(diàn)压为380V, Cosø为0.6,求额定电(diàn)流.
解:根据公式P = IUCosø,
则I= ≈11.0A
3. 电磁和电磁感应(yīng);
磁(cí)的基本知识
任一磁铁均有两个磁极,即N极(jí)(北(běi)极)和S极(南极).同性磁极相斥,异性磁极相吸.
磁场: 受到磁性影响的区域,显示出(chū)穿越(yuè)区域的电荷或置于该区域中的磁极会受到机械(xiè)力的作用;也可称(chēng)磁铁能吸(xī)铁(tiě)的空间,称为磁场.
磁材料: 硬磁材料—永久磁铁;软磁材料—电机和电磁(cí)铁的铁芯.
电流的磁(cí)效应
定义: 载流导体周围存在着磁场,即电流产(chǎn)生磁(cí)场(电(diàn)能生磁)称电流的磁效应.
磁效应的作用: 能(néng)够容易的控制磁场的产生和消失(shī),电动机和测量磁电式仪(yí)表的工作(zuò)原理就是磁效应的作(zuò)用.
通电导线(或线圈)周围磁场(磁力(lì)线(xiàn))的方向判别(bié),可用右手定则来判(pàn)断:
通(tōng)电直导线磁场方向的判断方法: 用右(yòu)手握住导(dǎo)线,大(dà)拇指(zhǐ)指向电流方向,则(zé)其余四指所指(zhǐ)的方向就是磁场的方向.
线圈磁(cí)场方向的判(pàn)断方法: 将右手大拇指伸直,其(qí)余四指沿着(zhe)电流方向(xiàng)围绕线圈(quān),则大拇(mǔ)指所指的方向(xiàng)就是磁场方向.
通电导线在磁场中受力的方向,用(yòng)电动机左手定则(zé)确定: 伸出左(zuǒ)手使掌心迎着磁(cí)力(lì)线,即磁力线透直穿(chuān)过掌心,伸直的四指与导线中的电流方向一致(zhì),则与四指成直(zhí)角的大拇(mǔ)指所(suǒ)指方向就是导线(xiàn)受力的方向.
电磁感应
感应电动势的产生: 当(dāng)导体与磁线之间有相对切割运动时,这个导体就有(yǒu)电(diàn)动势产生.
磁场的磁通(tōng)变化(huà)时,回路中就有电势产生,以上现(xiàn)象称为电磁感应现象(xiàng).由电磁感应现象(xiàng)产生(shēng)的电动势叫感(gǎn)应电(diàn)动势.由感应电动势产(chǎn)生的电流(liú)叫感应电流.
自感: 由于线圈(或回(huí)路)本身电流的变化而引起线圈(回路)内产生电磁感应的(de)现象(xiàng),叫自感现象.由自感现象而产生(shēng)的感应电动势叫做自感电(diàn)动势.
互感: 在同一导体内设有两组线圈,电流(liú)通(tōng)过一组线圈时(shí),线圈内产生
磁(cí)通并穿越线圈,而(ér)另(lìng)一组(zǔ)则能产生感应电(diàn)动(dòng)势.这种现象叫做互感
