【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 電阻率較小，是應(yīng)用極為廣泛的導(dǎo)電材料。以前，由于我國(guó)鋁的礦藏量豐富，價(jià)格低廉，常用鋁線(xiàn)作輸電線(xiàn)。由于銅線(xiàn)有更好的電氣特性，如強(qiáng)度高、電阻率小，現(xiàn)在銅制線(xiàn)材被更廣泛應(yīng)用。電動(dòng)機(jī)、變壓器的繞組一般都用銅材。表 1—1 幾種常用材料在 20℃時(shí)的電阻率材料名稱(chēng) 電阻率( m)?銀 810?銅 鋁 8?鎢 10鐵 7?康銅 .. . . ..學(xué)習(xí)參考錳銅 710?鋁鉻鐵電阻絲 6六、電功、電功率 電流通過(guò)用電器時(shí)，用電器就將電能轉(zhuǎn)換成其他形式的能，如熱能、光能和機(jī)械能等。我們把電能轉(zhuǎn)換成其他形式的能叫做電流做功，簡(jiǎn)稱(chēng)電功，用字母 W 表示。電流通過(guò)用電器所做的功與用電器的端電壓、流過(guò)的電流、所用的時(shí)間和電阻有以下的關(guān)系： 2WUItRt?????如果公式(1—3)中，電壓?jiǎn)挝粸榉娏鲉挝粸榘?，電阻單位為歐，時(shí)間單位為秒，則電功單位就是焦耳，簡(jiǎn)稱(chēng)焦，用字母 J 表示。電流在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)用電器所做的功稱(chēng)為電功率，用字母 P 表示。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為： WPt?將公式(1—3)代入公式 1—4 后得到： 22URPI?????若在公式(1—4)中，電功單位為焦耳，時(shí)間單位為秒，則電功率的單位就是焦耳/秒。焦耳/秒又叫瓦特，簡(jiǎn)稱(chēng)瓦，用字母 W 表示。在實(shí)際工作中，常用的電功率單位還有千瓦(kW)、毫瓦(mW)等。它們之間的關(guān)系為：1kW= W3101W= mW從公式1—5中可以得出如下結(jié)論：1．當(dāng)用電器的電阻一定時(shí)，電功率與電流平方或電壓平方成正比。若通過(guò)用電器的電流是原來(lái)電流的2倍，則電功率就是原功率的4倍；若加在用電器兩端電壓是原電壓的2倍,則電功率就是原功率的4倍。2．當(dāng)流過(guò)用電器的電流一定時(shí)，電功率與電阻值成正比。對(duì)于串聯(lián)電阻電路，流經(jīng)各個(gè)電阻的電流是相同的，則串聯(lián)電阻的總功率與各個(gè)電阻的電阻值的和成正比。.. . . ..學(xué)習(xí)參考3．當(dāng)加在用電器兩端的電壓一定時(shí)，電功率與電阻值成反比。對(duì)于并聯(lián)電阻電路，各個(gè)電阻兩端電壓相等，則各個(gè)電阻的電功率與各電阻的阻值成反比。在實(shí)際工作中，電功的單位常用千瓦小時(shí)(kWh)，也叫“度”。1千瓦小時(shí)是1度，它表示功率為1千瓦的用電器1小時(shí)所消耗的電能，即：1kWh=1kW1h= J610例題 1 一臺(tái) 42 英寸(1 英寸= 厘米)等離子電視機(jī)的功率約為 300W，平均每天開(kāi)機(jī) 3 小時(shí)，若每度電費(fèi)為人民幣 元，問(wèn)一年(以 365 天計(jì)算)要交納多少電費(fèi)?解：電視機(jī)的功率P=300 W= kW電視機(jī)一年開(kāi)機(jī)的時(shí)間t=3365=1 095 h電視機(jī)一年消耗的電能W=Pt=1 095= kWh=想一想：現(xiàn)在的電氣在不工作時(shí)經(jīng)常是通電的，(待機(jī)狀態(tài))，此時(shí)的功耗很低，一般不超過(guò)10 W(計(jì)算時(shí)可以估算為5 W)，假定家中有空調(diào)、電視機(jī)、DVD播放器、家庭影院功放、計(jì)算機(jī)主機(jī)、計(jì)算機(jī)顯示器，如果這些電氣長(zhǎng)期處在待機(jī)狀態(tài)，它們一年要消耗多少電費(fèi)?有沒(méi)有其他問(wèn)題? 七、電流的熱效應(yīng)電流通過(guò)導(dǎo)體使導(dǎo)體發(fā)熱的現(xiàn)象叫做電流的熱效應(yīng)。電流的熱效應(yīng)是電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)電能轉(zhuǎn)換成熱能的效應(yīng)。 電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量，用焦耳一楞次定律表示如下： 2QIRt?式中 ——熱量，單位焦耳(J)； Q——通過(guò)導(dǎo)體的電流，單位安培(A)； I——導(dǎo)體電阻，一單位歐姆( )； R?——導(dǎo)體通過(guò)電流的時(shí)間，單位秒(S)t焦耳一楞次定律的物理意義是：電流通過(guò)導(dǎo)體所產(chǎn)生的熱量，與電流強(qiáng)度的平方、導(dǎo)體的電阻及通電時(shí)間成正比。 在生產(chǎn)和生活中，應(yīng)用電流熱效應(yīng)制作各種電氣。如白熾燈、電烙鐵、電烤箱、熔斷器等在工廠(chǎng)中最為常見(jiàn)；電吹風(fēng)、電褥子等常用于家庭中。但是電流的熱效應(yīng)也有其不利的一面，如電流的熱效應(yīng)能使電路中不需要發(fā)熱的地方(如導(dǎo)線(xiàn))發(fā)熱，導(dǎo)致絕緣材料老化，甚至燒毀設(shè)備，導(dǎo)致火災(zāi)，是一種不容忽視的潛在禍因。例題 2 已知當(dāng)一臺(tái)電烤箱的電阻絲流過(guò) 5 A 電流時(shí)，每分鐘可放出 J 的熱610.. . . ..學(xué)習(xí)參考量，求這臺(tái)電烤箱的電功率及電阻絲工作時(shí)的電阻值。解： 根據(jù)公式(1—4)，電烤箱的電功率為： ??電阻絲工作時(shí)電阻值為： 2085RI??167。1—2 電 路一、電路的組成和作用 電流所流過(guò)的路徑稱(chēng)為電路。它是由電源、負(fù)載、開(kāi)關(guān)和連接導(dǎo)線(xiàn)等 4 個(gè)基本部分組成的，如圖 1—3 所示。電源是把非電能轉(zhuǎn)換成電能并向外提供電能的裝置。常見(jiàn)的電源有干電池、蓄電池和發(fā)電機(jī)等。負(fù)載是電路中用電器的總稱(chēng)，它將電能轉(zhuǎn)換成其他形式的能。如電燈把電能轉(zhuǎn)換成光能；電烙鐵把電能轉(zhuǎn)換成熱能；電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。開(kāi)關(guān)屬于控制電器，用于控制電路的接通或斷開(kāi)。連接導(dǎo)線(xiàn)將電源和負(fù)載連接起來(lái)，擔(dān)負(fù)著電能的傳輸和分配的任務(wù)。電路電流方向是由電源正極經(jīng)負(fù)載流到電源負(fù)極，在電源內(nèi)部，電流由負(fù)極流向正極，形成一個(gè)閉合通路。二、電路圖在設(shè)計(jì)、安裝或維修各種實(shí)際電路時(shí)，經(jīng)常要畫(huà)出表示電路連接情況的圖。如果是畫(huà)如圖 1—3 所示的實(shí)物連接圖，雖然直觀(guān)，但很麻煩。所以很少畫(huà)實(shí)物圖，而是畫(huà)電路圖。所謂電路圖就是用國(guó)家統(tǒng)一規(guī)定的符號(hào)，來(lái)表示電路連接情況的圖。表 1—2 是幾種常用的電工符號(hào)。圖 1—4 是圖 1—3 的電路圖。.. . . ..學(xué)習(xí)參考表 1—2 幾種常用的電工符號(hào)名稱(chēng) 符號(hào) 名稱(chēng) 符號(hào)電池 電流表導(dǎo)線(xiàn) 電壓表開(kāi)關(guān) 熔斷器電阻 電容照明燈 接地三、電路的三種狀態(tài) 電路有三種狀態(tài)：即通路、開(kāi)路、短路。 通路是指電路處處接通。通路也稱(chēng)為閉合電路，簡(jiǎn)稱(chēng)閉路。只有在通路的情況下，電路才有正常的工作電流開(kāi)路是電路中某處斷開(kāi)，沒(méi)有形成通路的電路。開(kāi)路也稱(chēng)為斷路，此時(shí)電路中沒(méi)有電流；短路是指電源或負(fù)載兩端被導(dǎo)線(xiàn)連接在一起，分別稱(chēng)為電源短路或負(fù)載短路。電源短路時(shí)電源提供的電流要比通路時(shí)提供的電流大很多倍，通常是有害的，也是非常危險(xiǎn)的，所以一般不允許電源短路。 167。1—3 歐姆定律一、一段電阻電路的歐姆定律所謂一段電阻電路是指不包括電源在內(nèi)的外電路，如圖 1—5 所示。實(shí)驗(yàn)證明，二段電阻電路歐姆定律的內(nèi)容是，流過(guò)導(dǎo)體的電流強(qiáng)度與這段導(dǎo)體兩端的電壓成正比；與這殷導(dǎo)體的電阻成反比。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：.. . . ..學(xué)習(xí)參考UIR?式中 ——導(dǎo)體中的電流，(A)； I——導(dǎo)體兩端的電壓，(V)；U——導(dǎo)體的電阻，( )。R?在公式（1—7)中，已知其中兩個(gè)量，就可以求出第三個(gè)未知量；公式(1—7)又可寫(xiě)成另外兩種形式： 1. 已知電流、電阻，求電壓： UIR?2. 已知電壓、電流，求電阻： I例題 3 一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組在 220V 電壓作用下，通過(guò)繞組的電流為 ，求繞組的電阻。解：已知電壓 U=220 V，電流 I= A，由公式(1—9)得：2051..47URI??二、全電路歐姆定律全電路是指含有電源的閉合電路。全電路是由各段電路連接成的閉合電路。如圖 1—6所示，電路包括電源內(nèi)部電路和電源外部電路，電源內(nèi)部電路簡(jiǎn)稱(chēng)內(nèi)電路，電源外部電路簡(jiǎn)稱(chēng)外電路。在全電路中，電源電動(dòng)勢(shì) E、電源內(nèi)電阻 r、外電路電阻 R和電路電流 I之商的關(guān)系為： IRr??式中 ——電路中的電流，(A)； I——電源電動(dòng)勢(shì)，(V)； E——外電路電阻，( )； R?——內(nèi)電路電阻，( )。 r公式(1—10)是全電路歐姆定律。定律說(shuō)明電路中的電流強(qiáng)度與電源電動(dòng)勢(shì)( )成正比，E與整個(gè)電路的電阻（ ）成反比。r?將公式(1—10)變換后得到： EIRrUI??式中 ——外電路電壓； U.. . . ..學(xué)習(xí)參考——內(nèi)電路電壓。Ir外電路電壓是指電路接通時(shí)電源兩端的電壓，又叫做路端電壓，簡(jiǎn)稱(chēng)端電壓。這樣，公式(1—11)的含義又可敘述為：電源電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于閉合回路的各部分電壓之和。根據(jù)全電路歐姆定律研究全電路處于三種狀態(tài)時(shí)，全電路中電壓與電流的關(guān)系是： 1．當(dāng)全電路處于通路狀態(tài)時(shí)，由公式(1—11)可以得出端電壓為： UEIr??由公式可知，隨著電流的增大，外電路電壓也隨之減小。電源內(nèi)阻越大，外電路電壓減小得越多。在直流負(fù)載時(shí)需要恒定電壓供電，所以總是希望電源內(nèi)阻越小越好。2. 當(dāng)全電路處于斷路狀態(tài)時(shí)，相當(dāng)于外電路電阻值趨于無(wú)窮大，此時(shí)電路電流為零，開(kāi)路內(nèi)電路電阻電壓為零，外電路電壓等于電源電動(dòng)勢(shì)。3．當(dāng)全電路處于短路狀態(tài)時(shí)，外電路電阻值趨近于零，此時(shí)電路電流叫短路電流。由于電源內(nèi)阻很小，所以短路電流很大。短路時(shí)外電路電壓為零，內(nèi)電路電阻電壓等于電源電動(dòng)勢(shì)。全電路處于三種狀態(tài)時(shí)，電路中電壓與電流的關(guān)系見(jiàn)表1—3。 表 1—3 電路中電壓與電流的關(guān)系電路狀態(tài) 負(fù)載電阻 電路電流 外電路電壓通路 =常數(shù)REIRr??UEIr??開(kāi)路 ??0短路 0 Ir0通常電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻在短時(shí)間內(nèi)基本不變，且電源內(nèi)阻又非常小，所以可近似認(rèn)為電源的端電壓等于電源電動(dòng)勢(shì)。今后不特別指出電源內(nèi)阻時(shí)，就表示其阻值很小忽略不計(jì)。但對(duì)于電池來(lái)說(shuō)，其內(nèi)阻隨電池使用時(shí)間延長(zhǎng)而增大。如果電池內(nèi)阻增大到一定值時(shí)，電池的電動(dòng)勢(shì)就不能使負(fù)載正常工作了。如舊電池開(kāi)路時(shí)兩端的電壓并不低，但裝在收音機(jī)里，卻不能使收音機(jī)發(fā)聲，這是由于電池內(nèi)阻增大所致。例題 4 如圖 1 一 6 所示的電路。電源電動(dòng)勢(shì) =24 V，電源內(nèi)阻 =4 ，負(fù)載電阻Er?=20 。求電路中的電流，電源的端電壓，負(fù)載電壓和電源內(nèi)阻電壓。R?解：根據(jù)公式(1—10)，電路中的電流：.. . . ..學(xué)習(xí)參考241A0EIRr???由公式(1 一 11)，電路中電源的端電壓： 24=VUI??根據(jù)公式(1—8)，電路中的負(fù)載電壓： 10IR?根據(jù)公式(1 一 8)，電路中電源內(nèi)阻的電壓： 4VrUI?167。1—4 電阻的串聯(lián)、并聯(lián)電路一、電阻的串聯(lián)電路在一段電路上，將幾個(gè)電阻的首尾依次相連所構(gòu)成的一個(gè)沒(méi)有分支的電路，叫做電阻的串聯(lián)電路。如圖 1—7a 所示是電阻的串聯(lián)電路。圖 1—7b 是圖 1—7a 的等效電路。電阻的串聯(lián)電路有以下特點(diǎn)： 1．串聯(lián)電路中流過(guò)各個(gè)電阻的電流都相等，即： …123II?nI?2．串聯(lián)電路兩端的總電壓等于各個(gè)電阻兩端的電壓之和，即： …12U??n3．串聯(lián)電路的總電阻(即等效電阻)等于各串聯(lián)的電阻之和，即：…12R??nR根據(jù)歐姆定律得出， ， ，…， 可以得出：1UI2IUI?.. . . ..學(xué)習(xí)參考…12UR?或者 12此公式表明，在串聯(lián)電路中，龜阻的阻值越大，這個(gè)電阻所分配到的電壓越大；反之，電壓越小，即電阻上的電壓分配與電阻的阻值成正比。這個(gè)理論是電阻串聯(lián)電路中最重要的結(jié)論，用途極其廣泛。比如，用串聯(lián)電阻的辦法來(lái)擴(kuò)大電壓表的量程：在如圖 1—7a 所示的，電路中，將 代人公式(1—14）式中12R??122UR??????這兩個(gè)公式可以直接計(jì)算出每個(gè)電阻從總電壓中分得的電壓值，習(xí)慣上就把這兩個(gè)式子叫做分壓公式。電阻串聯(lián)的應(yīng)用極為廣泛。例如： (1)用幾個(gè)電阻串聯(lián)來(lái)獲得阻值較大的電阻。(2)用串聯(lián)電阻組成分壓器，使用同一電源獲得幾種不同的電壓。如圖 1—8 所示，由R１～R4 組成串聯(lián)電路，使用同一電源，輸出 4 種不同數(shù)值的電壓。.. . . ..學(xué)習(xí)參考(3)當(dāng)負(fù)載的額定電壓(標(biāo)準(zhǔn)工作電壓值)低于電源電壓時(shí)，采用電阻與負(fù)載串聯(lián)的方法，使電源的部分電壓分配到串聯(lián)電阻上，以滿(mǎn)足負(fù)載正確的使用電壓值。例如，一個(gè)指示燈額定電壓 6 V，電阻 6 ，若將它接在 12 V 電源上，必須串聯(lián)一個(gè)阻值為 6 的電阻，指??示燈才能正常工作。(4)用電阻串聯(lián)的方法來(lái)限制調(diào)節(jié)電路中的電流。在電工測(cè)量中普遍用串聯(lián)電阻法來(lái)擴(kuò)大電壓表的量程。二、電阻的并聯(lián)電路 將兩個(gè)或兩個(gè)以上的電阻兩端分別接在電路中相同的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間，這種連