【文章內容簡介】 電阻率較小，是應用極為廣泛的導電材料。以前，由于我國鋁的礦藏量豐富，價格低廉，常用鋁線作輸電線。由于銅線有更好的電氣特性，如強度高、電阻率小，現(xiàn)在銅制線材被更廣泛應用。電動機、變壓器的繞組一般都用銅材。表 1—1 幾種常用材料在 20℃時的電阻率材料名稱 電阻率( m)?銀 810?銅 鋁 8?鎢 10鐵 7?康銅 .. . . ..學習參考錳銅 710?鋁鉻鐵電阻絲 6六、電功、電功率 電流通過用電器時，用電器就將電能轉換成其他形式的能，如熱能、光能和機械能等。我們把電能轉換成其他形式的能叫做電流做功，簡稱電功，用字母 W 表示。電流通過用電器所做的功與用電器的端電壓、流過的電流、所用的時間和電阻有以下的關系： 2WUItRt?????如果公式(1—3)中，電壓單位為伏，電流單位為安，電阻單位為歐，時間單位為秒，則電功單位就是焦耳，簡稱焦，用字母 J 表示。電流在單位時間內通過用電器所做的功稱為電功率，用字母 P 表示。其數(shù)學表達式為： 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，簡稱瓦，用字母 W 表示。在實際工作中，常用的電功率單位還有千瓦(kW)、毫瓦(mW)等。它們之間的關系為：1kW= W3101W= mW從公式1—5中可以得出如下結論：1．當用電器的電阻一定時，電功率與電流平方或電壓平方成正比。若通過用電器的電流是原來電流的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．當流過用電器的電流一定時，電功率與電阻值成正比。對于串聯(lián)電阻電路，流經各個電阻的電流是相同的，則串聯(lián)電阻的總功率與各個電阻的電阻值的和成正比。.. . . ..學習參考3．當加在用電器兩端的電壓一定時，電功率與電阻值成反比。對于并聯(lián)電阻電路，各個電阻兩端電壓相等，則各個電阻的電功率與各電阻的阻值成反比。在實際工作中，電功的單位常用千瓦小時(kWh)，也叫“度”。1千瓦小時是1度，它表示功率為1千瓦的用電器1小時所消耗的電能，即：1kWh=1kW1h= J610例題 1 一臺 42 英寸(1 英寸= 厘米)等離子電視機的功率約為 300W，平均每天開機 3 小時，若每度電費為人民幣 元，問一年(以 365 天計算)要交納多少電費?解：電視機的功率P=300 W= kW電視機一年開機的時間t=3365=1 095 h電視機一年消耗的電能W=Pt=1 095= kWh=想一想：現(xiàn)在的電氣在不工作時經常是通電的，(待機狀態(tài))，此時的功耗很低，一般不超過10 W(計算時可以估算為5 W)，假定家中有空調、電視機、DVD播放器、家庭影院功放、計算機主機、計算機顯示器，如果這些電氣長期處在待機狀態(tài)，它們一年要消耗多少電費?有沒有其他問題? 七、電流的熱效應電流通過導體使導體發(fā)熱的現(xiàn)象叫做電流的熱效應。電流的熱效應是電流通過導體時電能轉換成熱能的效應。 電流通過導體產生的熱量，用焦耳一楞次定律表示如下： 2QIRt?式中 ——熱量，單位焦耳(J)； Q——通過導體的電流，單位安培(A)； I——導體電阻，一單位歐姆( )； R?——導體通過電流的時間，單位秒(S)t焦耳一楞次定律的物理意義是：電流通過導體所產生的熱量，與電流強度的平方、導體的電阻及通電時間成正比。 在生產和生活中，應用電流熱效應制作各種電氣。如白熾燈、電烙鐵、電烤箱、熔斷器等在工廠中最為常見；電吹風、電褥子等常用于家庭中。但是電流的熱效應也有其不利的一面，如電流的熱效應能使電路中不需要發(fā)熱的地方(如導線)發(fā)熱，導致絕緣材料老化，甚至燒毀設備，導致火災，是一種不容忽視的潛在禍因。例題 2 已知當一臺電烤箱的電阻絲流過 5 A 電流時，每分鐘可放出 J 的熱610.. . . ..學習參考量，求這臺電烤箱的電功率及電阻絲工作時的電阻值。解： 根據公式(1—4)，電烤箱的電功率為： ??電阻絲工作時電阻值為： 2085RI??167。1—2 電 路一、電路的組成和作用 電流所流過的路徑稱為電路。它是由電源、負載、開關和連接導線等 4 個基本部分組成的，如圖 1—3 所示。電源是把非電能轉換成電能并向外提供電能的裝置。常見的電源有干電池、蓄電池和發(fā)電機等。負載是電路中用電器的總稱，它將電能轉換成其他形式的能。如電燈把電能轉換成光能；電烙鐵把電能轉換成熱能；電動機把電能轉換成機械能。開關屬于控制電器，用于控制電路的接通或斷開。連接導線將電源和負載連接起來，擔負著電能的傳輸和分配的任務。電路電流方向是由電源正極經負載流到電源負極，在電源內部，電流由負極流向正極，形成一個閉合通路。二、電路圖在設計、安裝或維修各種實際電路時，經常要畫出表示電路連接情況的圖。如果是畫如圖 1—3 所示的實物連接圖，雖然直觀，但很麻煩。所以很少畫實物圖，而是畫電路圖。所謂電路圖就是用國家統(tǒng)一規(guī)定的符號，來表示電路連接情況的圖。表 1—2 是幾種常用的電工符號。圖 1—4 是圖 1—3 的電路圖。.. . . ..學習參考表 1—2 幾種常用的電工符號名稱 符號 名稱 符號電池 電流表導線 電壓表開關 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、開路、短路。 通路是指電路處處接通。通路也稱為閉合電路，簡稱閉路。只有在通路的情況下，電路才有正常的工作電流開路是電路中某處斷開，沒有形成通路的電路。開路也稱為斷路，此時電路中沒有電流；短路是指電源或負載兩端被導線連接在一起，分別稱為電源短路或負載短路。電源短路時電源提供的電流要比通路時提供的電流大很多倍，通常是有害的，也是非常危險的，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的外電路，如圖 1—5 所示。實驗證明，二段電阻電路歐姆定律的內容是，流過導體的電流強度與這段導體兩端的電壓成正比；與這殷導體的電阻成反比。其數(shù)學表達式為：.. . . ..學習參考UIR?式中 ——導體中的電流，(A)； I——導體兩端的電壓，(V)；U——導體的電阻，( )。R?在公式（1—7)中，已知其中兩個量，就可以求出第三個未知量；公式(1—7)又可寫成另外兩種形式： 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 一臺直流電動機勵磁繞組在 220V 電壓作用下，通過繞組的電流為 ，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，電路包括電源內部電路和電源外部電路，電源內部電路簡稱內電路，電源外部電路簡稱外電路。在全電路中，電源電動勢 E、電源內電阻 r、外電路電阻 R和電路電流 I之商的關系為： IRr??式中 ——電路中的電流，(A)； I——電源電動勢，(V)； E——外電路電阻，( )； R?——內電路電阻，( )。 r公式(1—10)是全電路歐姆定律。定律說明電路中的電流強度與電源電動勢( )成正比，E與整個電路的電阻（ ）成反比。r?將公式(1—10)變換后得到： EIRrUI??式中 ——外電路電壓； U.. . . ..學習參考——內電路電壓。Ir外電路電壓是指電路接通時電源兩端的電壓，又叫做路端電壓，簡稱端電壓。這樣，公式(1—11)的含義又可敘述為：電源電動勢在數(shù)值上等于閉合回路的各部分電壓之和。根據全電路歐姆定律研究全電路處于三種狀態(tài)時，全電路中電壓與電流的關系是： 1．當全電路處于通路狀態(tài)時，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。電源內阻越大，外電路電壓減小得越多。在直流負載時需要恒定電壓供電，所以總是希望電源內阻越小越好。2. 當全電路處于斷路狀態(tài)時，相當于外電路電阻值趨于無窮大，此時電路電流為零，開路內電路電阻電壓為零，外電路電壓等于電源電動勢。3．當全電路處于短路狀態(tài)時，外電路電阻值趨近于零，此時電路電流叫短路電流。由于電源內阻很小，所以短路電流很大。短路時外電路電壓為零，內電路電阻電壓等于電源電動勢。全電路處于三種狀態(tài)時，電路中電壓與電流的關系見表1—3。 表 1—3 電路中電壓與電流的關系電路狀態(tài) 負載電阻 電路電流 外電路電壓通路 =常數(shù)REIRr??UEIr??開路 ??0短路 0 Ir0通常電源電動勢和內阻在短時間內基本不變，且電源內阻又非常小，所以可近似認為電源的端電壓等于電源電動勢。今后不特別指出電源內阻時，就表示其阻值很小忽略不計。但對于電池來說，其內阻隨電池使用時間延長而增大。如果電池內阻增大到一定值時，電池的電動勢就不能使負載正常工作了。如舊電池開路時兩端的電壓并不低，但裝在收音機里，卻不能使收音機發(fā)聲，這是由于電池內阻增大所致。例題 4 如圖 1 一 6 所示的電路。電源電動勢 =24 V，電源內阻 =4 ，負載電阻Er?=20 。求電路中的電流，電源的端電壓，負載電壓和電源內阻電壓。R?解：根據公式(1—10)，電路中的電流：.. . . ..學習參考241A0EIRr???由公式(1 一 11)，電路中電源的端電壓： 24=VUI??根據公式(1—8)，電路中的負載電壓： 10IR?根據公式(1 一 8)，電路中電源內阻的電壓： 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，將幾個電阻的首尾依次相連所構成的一個沒有分支的電路，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： 1．串聯(lián)電路中流過各個電阻的電流都相等，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根據歐姆定律得出， ， ，…， 可以得出：1UI2IUI?.. . . ..學習參考…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。這個理論是電阻串聯(lián)電路中最重要的結論，用途極其廣泛。比如，用串聯(lián)電阻的辦法來擴大電壓表的量程：在如圖 1—7a 所示的，電路中，將 代人公式(1—14）式中12R??122UR??????這兩個公式可以直接計算出每個電阻從總電壓中分得的電壓值，習慣上就把這兩個式子叫做分壓公式。電阻串聯(lián)的應用極為廣泛。例如： (1)用幾個電阻串聯(lián)來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。.. . . ..學習參考(3)當負載的額定電壓(標準工作電壓值)低于電源電壓時，采用電阻與負載串聯(lián)的方法，使電源的部分電壓分配到串聯(lián)電阻上，以滿足負載正確的使用電壓值。例如，一個指示燈額定電壓 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)的方法來限制調節(jié)電路中的電流。在電工測量中普遍用串聯(lián)電阻法來擴大電壓表的量程。二、電阻的并聯(lián)電路 將兩個或兩個以上的電阻兩端分別接在電路中相同的兩個節(jié)點之間，這種連