【正文】 工作，叫做接通電路，即合閘．當(dāng)開關(guān)斷開時，電路中沒有電流通過，負(fù)載停止工作，叫做斷開電路 ﹙ 開路 ﹚ ，即分閘。 l . 1 . 2 基本物理量 ( l ）電流 導(dǎo)體中的自由電子在電場力的作用下，作有規(guī)則定向運(yùn)動，就形成了電流 。習(xí)慣上規(guī)定正電荷移動的方向為電流的方向 。因此在金屬導(dǎo)體中，電流的方向是和自由電子的實際移動方向相反的 。 ( 2 ）電流強(qiáng)度 電流的大小用電流強(qiáng)度（簡稱電流） 來表示，其數(shù)值等于單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體截面的電荷量，通常用符號 I 表示，即 I =Q /t ( 1 一 1 ) 式中 I ― 電流強(qiáng)度， A 。 Q ― 通過導(dǎo)體截面的電荷量， C ； t ― 通過電荷 量 Q 所用的時間， S。 電流強(qiáng)度的單位可用千安（ kA ）、安（ A ）、毫安（ mA ）表示， 即 1kA=10179。A 1A = 10179。 mA lmA =10179。u A ， 直流電流的大小和方向都不隨時間變化，用大寫字母 I 表示。 電流的 大小用電流表來測 量 ，測 量 時將電流表串聯(lián)在被測的電路中 。 ( 3 ）電位、電壓 電場中某點的電位，在數(shù)值上等于單位正電荷沿任意路徑從該點移至無限遠(yuǎn)處的過程中電場力所做的功。其單位為伏特，簡稱伏（ v ）。 在電場中電位等于零的點叫做參考點，凡電位高于零電位的點，電位為正，凡電位低于零電位的點，其電位為負(fù)．通常往往以大地作為參考 點。 電場中兩點之間的電位差，稱為電壓，其表達(dá)式為 U=A/Q ( l 一 2 ) 式中 A 一一電場力所作的功， J。 Q ― 電荷量， C 。 Ｕ ― 兩點之間的電位差，即電壓， V 。電壓的單位可用千伏（ kV ）、伏（ V ）、毫伏（ mV ）表示 １ kV = 10179。V 。 1V = 10179。mV 。 電場中各點的電位，隨著參考點的改變而不同，但是無論參考點如何改變，任意二點電位差是不變的， 電壓的正方向是從高電位點指向低電位點。 ( 4 ）電動勢 在電場中，將單位正電荷由低電位移向高電位時外力所作的功稱為電動勢，其表達(dá)式 為 E=A/Q ( 1 一 3 ) XXXX 能源有限責(zé)任公司 XXXX ENERGY CO., LTD. 4 式中 A ― 外力所作的功， J 。Q ― 電荷量， C 。E ― 電動勢， V 。 電動勢的正方向規(guī)定為由低電位指向高電位，即電位升高的方向。 電動勢和電壓可用電壓表來測量，測量時，將電壓表并接在被測的電路中。 在電場力的作用下，電流在導(dǎo)體中流動時，所受到的阻力，稱為電阻，用“ R ”或 r ”表示。電阻常用的單位為：兆歐（ MΩ ）、千歐（ k Ω ）、歐（ Ω ），即 1MΩ =106 Ω , 1kΩ =10179。Ω 。 1Ω =10179。mΩ。 當(dāng)導(dǎo)體兩端的電壓是 1V，導(dǎo)體中的電 流是 1A 時，這段導(dǎo)體的電阻為 1Ω 。即： 1Ω =1V /1A 實驗證明，在一定的溫度下，截面積均勻、材料相同的一段金屬導(dǎo)體電阻的大小，與其長度成正比，與其截面積成反比，并與其材料有關(guān)，這種關(guān)系稱為電阻定律，可用公式表示為 Ｒ＝ρ L/Ｓ ( 1 一 4 ) 式中 R ― 導(dǎo)體的電阻， Ω 。 L ― 導(dǎo)體長度， m。 S ― 導(dǎo)體截面積 mm2 。ρ ― 電阻率， Ω m ，也可用 Ω m / mm178。 導(dǎo)體的電阻率是指在溫度為 20 ℃ 時，長 lm 、截面為 l mm178。的導(dǎo)體的電阻值。 導(dǎo)體的電阻還與導(dǎo)體的溫度有關(guān)。一般金屬材料的電阻是隨溫度的升高而增加，但電解液導(dǎo)體是隨溫度的升高而降低?？紤]溫度影響時的電阻，應(yīng)為 R 2= Rl [ 1 + a ( t 2 一 tl ）」 （ l 一 5 ) 式中 a ― 導(dǎo)體材料的電阻溫度系數(shù)，即溫度每增加 1 ℃ 時，導(dǎo)體電阻的變化值與原電阻值的比值， R1 ― 溫度為 t1 時的電阻值； R2 ― 溫度升高到 t2 ：時的導(dǎo)體的電阻， Ω 。 常用材料的電阻率和電阻溫度系數(shù)可從有關(guān)手冊表格中查取 。 能很好傳導(dǎo) 電流的物體叫導(dǎo)體，基本不能傳導(dǎo)電流的物體叫絕緣體；導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)叫做半導(dǎo)體。 導(dǎo)體和絕緣體是相對的。若外界條件促使絕緣體內(nèi)部自由電荷增加（如灰塵、水分、溫度等），就會使絕緣體向?qū)w方向轉(zhuǎn)化，失去絕緣體的作用，這種現(xiàn)象就是平常所說的絕緣劣化。 導(dǎo)體的電阻可用歐姆表來測量，絕緣體的絕緣電阻可用絕緣搖表（兆歐表）來測量。 1 1 3 歐姆定律 歐姆定律是表示電壓（或電勢）、電流和電阻三者關(guān)系的基本定律。 如圖 1 一 3 （ a）所示為部分電路，實驗證明，通過電阻的電流，與電阻兩端所加的電壓 成正比、與電阻成反比，稱部分電路的歐姆定律 ， 即 I=U/R ( 1 一 6 ) 將上式移項得 U=IR R=U/I 電源、負(fù)載、連接導(dǎo)線和開關(guān) ，稱全電路。在這樣的閉合電路中，電路中的電流與電源的電動勢成正比，與電路中負(fù)載電阻及電源內(nèi)阻之和成反比，稱全電路歐姆定律，即 I = E / (R ＋ r0) ( l 一 7 ) 式中 E ― 電源電動勢， V 。 R ,r0 ― 分別為負(fù)載電阻和電源的內(nèi)阻， Ω 。 I ― 電路中流過的電流， A 。 如果要考慮連接導(dǎo)線的電阻時，則總電阻中還要加上導(dǎo)線的電阻值。 XXXX 能源有限責(zé)任公司 XXXX ENERGY CO., LTD. 5 1． 1． 4 電路的連接 電路的連接，有串聯(lián)和并聯(lián)及混聯(lián)三種形式。 ( 1 ）串聯(lián)電路 1 ）電阻的串聯(lián) :凡是將電阻首尾依次相連，使電流只有一條通路（的部分電路的接法叫做電阻的串聯(lián)。 在電阻串聯(lián)電路中，具有下列特點： 串聯(lián)電路中各電阻流過的電流都相等，即 I= I 1 = I 2 = I3 ； 總電壓等于各電阻上電壓降之和，即 U = U1 + U2+ U3 ,故串聯(lián)電路能把電壓分成所需大小的 幾 部分，起到分壓作用 ； 總電阻 R 為各個負(fù)載電阻之和，即 R = R1+ R 2 ＋ R 3； 各電阻上電壓降之比等 與 其電阻比 ，即 U1 / U2= R1/ R 2 2 ）電源的串聯(lián) 將前一個電源的負(fù)極和后一個電源的正極依次連接起來，即為電源的串聯(lián)．電源這樣連接可以獲得較大的電源電壓。 串聯(lián)電源的總電勢為 E = E1+ E 2 + E3 總內(nèi)阻為 r0= r01 + r02 + r03 串聯(lián)電源發(fā)出的總電流為 I = (E 1 + E2 + E3＋ ? ＋ En )/R +( r01 + r02 + r03+ r0n ) ( 2 ）并聯(lián)電路 1 ）電阻的并聯(lián)將電路中若千個電阻并排連接起來的接法，稱為電阻的并聯(lián)。 電阻的并聯(lián)電路其有以下特點： 各電阻兩端的電壓均相等，即 U = U 1=U 2=U 3 電路的總電流等于電路中各支路電流之總和，即 I = I 1 + I 2 + I 3?？善鸬椒至髯饔?。 電路的總電阻 R 的倒數(shù)等于各個支路電阻倒數(shù)之和 1/R=1/R1+1/ R2+1/ R3，并聯(lián) 負(fù)載愈 多，電路的總電阻愈小，電 源 供給的電流愈大，即負(fù)荷愈重 。 通過各支路的電流與各自電阻成反比， I 1 / I 2= R 2/ R1 。 2）電 源 的并聯(lián) 把所有電 源 正極連接在一起．作為電源的正極，把所有電源的負(fù)極也連接在一起，作為電源的負(fù)極，然后接到電路中，稱為電源的并聯(lián)。用蓄電池作電源時，其并聯(lián)必須具備兩個條件：一是每個電源的電勢必須相等，二是每個電源的內(nèi)電阻必須相同．這時，總電動勢仍等于一個電源的電動勢，而流過外電路的電流等于流過各電源的電流總和。故在需要較大輸出電流時，常采用電源的并聯(lián)。 ( 3 ）混聯(lián)電路 電路中既有元件的串聯(lián)又有元件的并聯(lián)，則稱混聯(lián)電路．也叫復(fù)聯(lián)電路．對于混聯(lián)電路的計算，要根據(jù)電路的具體情況應(yīng)用有關(guān)串聯(lián)和并聯(lián)的特點 來進(jìn)行。一般步驟為． ① 求出各元件串聯(lián)和并聯(lián)的等效電阻值，再計算電路的總電阻值； ② 由電路總電阻值和電路的端電壓，根據(jù)歐姆定律計算出電路的總電流， ③ 根據(jù)元件串聯(lián)的分壓關(guān)系和元件并聯(lián)的分流關(guān)系，逐步推算 XXXX 能源有限責(zé)任公司 XXXX ENERGY CO., LTD. 6 出各部分的電壓和電流。 1 1 5 基爾霍夫定律 ( l）基爾霍夫 電流 定律 在任一瞬時，流向某一節(jié)點的電流之和應(yīng)該等于由該節(jié)點流出的電流之和?！?I=0 就是在任一瞬時，一個節(jié)點上電流的代數(shù)和恒等于零。 (2）基爾霍夫 電壓 定律 在任一瞬時，沿任一回路循行方向 (順時針方向或逆時鐘方向 )，回路中各段電壓的代數(shù) 和恒等于零?！?U=0 或∑ E=∑ (RI) 此為基爾霍夫電壓定律在電阻電路中的另一種表達(dá)式，就是在任一循行方向上，回路中電動勢的代數(shù)和等于電阻上電壓降的代數(shù)和。在這里，凡是電動勢的參考方向與所選回路循行方向相反者，取正號，一致者取負(fù)號。凡是電流的參考方向與 回路循行方向相反者，則該電流在電阻上所產(chǎn)生的電壓降取正號，一致者取負(fù)號。 列方程時，不論是應(yīng)用基爾霍夫定律或歐姆定律，首先都要在電路圖上標(biāo)出電流、電壓或電動勢的參考方向。 1 1 6 電功和電功率 ( l）電功 —— 電流所作的功叫做電功，用符號 A 表示 。 電功的大小與電路中的電流、電壓以及通電時間成正比，用公式表示為 A = Ult= I178。Rt ( J ) 式中 U ― 電路兩端的電壓， V 。 I ― 電路電流， A , R ― 電路的電阻，t― 通電時間， s 。電功及電能 量 的單位名稱是焦〔 耳 〕 ，單位符號為 J ，另一單位名稱是千瓦 時，單位符號為 kwh ．它們之間的關(guān)系是 1 千瓦 時 = 3 . 6 兆焦（ 1 kwh = 3 . 6MJ ）。 ( 2 ）電功率電流在單位時間內(nèi)所作的功叫做電功率，用字母 P 表示。用公式表示為 P = A/ t= U I= I178。R =Ｕ178。 /R( W) ( l 一 12 ) 式中 A ― 電功， J ； t― 作功的時間， ； U ― 電壓， V； I ― 電流， A ； R ― 電阻， Ω。 電功率的單位名稱為瓦〔 特］，單位符號為 w ，功率較大時，用“千瓦”或“兆瓦”作單位，寫作“ kw ”、“ Mw ．生產(chǎn)中過去還用馬力作功率單位，但該單位以后將被廢除。單位 w 和馬力之間的換算關(guān)系為 1 馬力～ 736W 。 1kw =1 . 36 馬力 1 1 6 電流的熱效應(yīng)、短路 ( 1 ）電流的熱效應(yīng)電流通過導(dǎo)體時，由于自由電子的碰撞，電能就不斷地轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽@種電流通過導(dǎo)體會產(chǎn)生熱的現(xiàn)象，稱為電流的熱效應(yīng)。電與熱的轉(zhuǎn)化關(guān)系可由下式表示 Q ＝ I178。Rt＝ W ( 1 一 13 ) 式中 I ― 導(dǎo)體中通過的電流， A 。 R ― 導(dǎo)體的電阻，口； t ― 電流通過導(dǎo)體的時間， ｓ ； W ― 消耗的電能， J 。 Q ― 導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量， J 。 ( 2 ）短路 如果電源通向負(fù)載的兩根導(dǎo)線不經(jīng)過負(fù)載而相互直接接通，就發(fā)生了電源被短路的情況。這時電路中的 電流可能增大到遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過導(dǎo)線所允許的電流限度。 XXXX 能源有限責(zé)任公司 XXXX ENERGY CO., LTD. 7 短路會造成電氣設(shè)備的過熱，甚至燒毀電氣設(shè)備，引起火災(zāi)，同時，短路電流還會產(chǎn)生很大的電動力，造成電氣設(shè)備損壞。嚴(yán)重的短路事故甚至還會破壞系統(tǒng)穩(wěn)定．所以對運(yùn)行中的電氣設(shè)備應(yīng)采取一定的保護(hù)措施，例如安裝自動開關(guān)、熔斷器等，當(dāng)發(fā)生短路故障時，這些裝置可將短路點及時切除，以限制短路造成的破壞。 第二節(jié) 電磁和電磁感應(yīng) 磁的基本知識 磁鐵具有吸鐵的性質(zhì)，稱為磁性。 任一磁鐵均有兩個磁極：即 N 極（北極）和 S 極（南極），磁鐵端部磁性最強(qiáng)，越近中央磁性越弱。同性磁極相斥 ，異性磁極相吸．磁鐵能吸鐵的空間，稱為磁場。為了形象化，常用磁力線來描繪磁場的分布。磁力線在磁鐵外部是由 N 極到 S 極，在磁鐵內(nèi)部由 S 極到 N 極。磁力線是互不相交的連續(xù)不斷的回線，磁場強(qiáng)的地方磁力線較密，磁場弱的地方磁力線較疏。 將不帶磁性的物質(zhì)使其具有磁性的過程叫磁化。物質(zhì)能顯示磁性的原因，是由于磁性分子得到有規(guī)則的排列，易磁化的材料稱為鐵磁性材料。鐵磁性材料又有兩種；一是，一經(jīng)磁化則磁性不易消失（稱為剩磁）的物質(zhì)，叫硬磁材料，用來制作永久磁鐵，二是，剩磁極弱的物質(zhì)，叫軟磁材料，用來制作電機(jī)和電 磁鐵的鐵芯。 1 2 2 電流的磁效應(yīng)、磁場對通電導(dǎo)體的作用 載流導(dǎo)體周圍存在著磁場，即電流產(chǎn)生磁場（電能生磁）稱電流的磁效應(yīng)。 電流的磁效應(yīng)，使我們能夠容易地控制磁場的產(chǎn)生和消失，這在生產(chǎn)實踐中有著重要意義。 通電導(dǎo)線（或線圈）周圍磁場（磁力線）的方向，可用右手 螺旋 定則來判斷： １． 通電直導(dǎo)線磁場方向的判斷方法。用右手握住導(dǎo)線，大拇指指向電流的方向，則其余四指所指的方向就是磁場的方向。 ２． 線圈磁場方向的判斷方法。將右手的大拇指伸直，其余四指沿著電流方向圍繞線圈，則大拇指所指的方向就是線圈內(nèi)部的磁 場方向 。 ３． 實驗證明：通電導(dǎo)線在磁場中會受到力的作用，這力叫做電磁力或電動力。電動機(jī)和測量電流電壓用的磁電式儀表，就是應(yīng)用這個原理制成的． 通電導(dǎo)體在磁場中受力方向的判斷 ， 以應(yīng)用電動機(jī)左手定則來確定 。 伸出左手使掌心迎著磁力線，即磁力線垂直穿過掌心，伸直的四指與導(dǎo)線中的電流方向一致，則與四指成直角的大拇指所指的方向就是導(dǎo)線受力的方向。 電動力的大小與磁場的強(qiáng)弱、電流的大小和方向、通電導(dǎo)線的有效長度有關(guān)．通電的導(dǎo)線越長，電流越大，磁場越強(qiáng)，則導(dǎo)線受到的電動力就越大．電流與磁場的方向垂直時作用力最大，平行時作用 力為零。一般情況下，磁場對電流作用的電動力可用下式計算 F＝ IBLsina ( l 一 14 ) 式中 F 一一導(dǎo)體在磁場中所受到的電磁力， N； I ― 通過導(dǎo)體的電流， A； B ― 磁感應(yīng)強(qiáng)度， T 。 L― 導(dǎo)線的有效長度， m 。 a ― 載流導(dǎo)體與磁場方向