电工理论基本知识

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1、P3第一章电工基础知识本章介绍电工理论基本知识，这些知识是学习电气专业知识所必需的基础。主要内容包括：直流电路及基本物理量，磁场及电磁感应、正弦交流电路、三相正弦交流电路。第一节直流电路及基本物理量一、直流电路电路是由电气设备和电器元件按一定方式组成的，它为电流的流通提供了路径。根据电路中电流的性质不同，电路可分为直流电路和交流电路。电路中，电流的大小及方向都不随时间变化的电路，称为直流电路；电流的大小及方向随时间变化的电路，称为交流电路。电路的种类很多，不论结构简单还是复杂，电路都包含以下三个基本组成部分。1.电源电路中，供给电

2、路能源的装置称为电源，如蓄电池、发电机等。电源可以将非电能转换成电能。2.负载电路中，使用电能的设备或元器件称为负载，也叫负荷，如电灯泡、电炉等。负载可以将电能转换为光能、热能等其他形式的能量。3.中间环节电路中连接电源和负载的部分称为中间环节，最简单的中间环节是开关和导线。导线也叫电线，是电源与负载之间的连接线，它把电流由电源引出来，通过负载再送回电源，构成电流的完整回路。图1-1就是一个简单电路的示意图。电路由外电路和内电路两部分组成。外电路：图1－1中，由电源引出端1经导线、负载、仪表等环节，至返回端2的电路叫外电路。内电路

3、：电源本身电流的通路为内电路。在图1－1中，指电源引出端1和2间，由发电机组成的电路。电流在外电路被认为是从电源的正极流向负极，而在电源内部则相反，是由电源负极流向正极。在电源和外电路形成闭合回路后，电流才能产生。如果电路断开，如图12所示，导线1点和2点间断开了，电流就不能流通了，此时称电路为断路或开路状态。二、电流金属导体内的自由电子或电解液内的正负离子，通常都处在不规则的运动状态，因此在任一瞬间通过导体任一截面的电量能相互抵消，即导体内没有电流流过。当导体内的自由电子受到电场力的作用后，电子就以一定方向移动。在这种情况下，导

4、体的任何截面（在任一瞬间），将有一定的电量通过，也就是说导体内有电流流动。1.直流电流如果通过导体横截面上电流的方向和大小不随时间变化而变化，这种电流叫稳恒电流，或叫直流电流，简称直流，用符号I表示，如图1-3所示。习惯上把正电荷运动的方向规定为电流的实际方向，即在导体中，电流的实际方向与电子移动的方向是相反的，如图1－4所示。2.电流强度衡量电流大小、强弱的物理量称为电流强度，简称电流。直流电流在单位时间内通过导体模截面的电量是恒定不变的，则电流强度为式中I——电流强度，A；Q一一电量，C；t——时间，s。电流的单位为安培，用符

5、号A表示。在测量微小电流时，取1A的1／1000为单位，称为毫安（mA）；或取1A的1／1000000为单位，称为微安（μA）。式（1-1）中电量的单位为库仑（C）；时间的单位为秒（s）。3.电流密度流过导体单位截面积的电流叫电流密度，用符号J表示，电流密度的单位是安／毫米2（A／mm2）。所取的截面积应与导体中电流方向相垂直，导体截面积的单位为毫米2（mm2）。假定电流在导体截面积上分布是均匀的，则（1－2）式中J——电流密度，A／mm2；I——导体中的电流，A；S——与导体中电流相垂直的横截面积，mm2。【例1-1】在横截面积

6、为2.5mm2的导线中，流过的电流为10A，求电流密度。解：电流密度为三、电阻与电导1.电阻在金属导体中，自由电子在电场力作用下做定向运动时，与晶格中的离子发生碰撞，使自由电子运动受到阻力，即导体对电流有一定的阻力。导体对电流呈现的阻碍作用称为叫电阻，用参数R表示，电阻符号如图1－5所示。电阻的单位是欧姆（Ω），较大的电阻单位有千欧（kΩ）、兆欧（MΩ）。它们之间的换算关系为1kΩ＝103Ω；1MΩ＝106Ω。同一物质对电流的阻力，主要决定于导体的长度和横截面积。截面积相同时，则导体越长，电阻越大；长度相同时，则截面积越大，电阻越

7、小。所以电阻与导线长度L成正比，而与导线截面积S成反比。用公式表示为（1-3）式中ρ一一电阻率（或电阻系数），Ω·m。各种导电材料的电阻率产是不同的，常用的材料中，电阻率最小的是银，其次是铜和铝。2.电导电阻的倒数称为电导，导体的电阻越大，电导越小。电导是表示材料导电能力的参数，用符号G表示。电阻的单位为欧姆时，电导的单位是（1／Ω），称为西门子，用符号S表示。即（1-4）【例1-2】如有一导线的电阻是100Ω，求该导线的电导。解：该导线的电导为【例1-3】在某设备中，需绕一个2Ω的电阻，现采用长度为20m的铜线绕制，已知铜线的电

8、阻率为0.42Ω·m，试计算所用铜线的横截面积。解：铜线的横截面积为3.电阻与温度的关系导体的电阻随温度而变化，变化的原因有两个：一是当导体的温度升高时，导体内自由电子在定向运动过程中与晶格点阵的碰撞次数增多，而平均速度降低，即电阻增大而电流减小，