1、电工技术基础电工技术基础前前 言言 本书适用于机械、汽车、建筑、水利、纺织、农业等专业的电工技术本书适用于机械、汽车、建筑、水利、纺织、农业等专业的电工技术知识学习。全书共知识学习。全书共8个模块，内容包括直流电路、交流电路、变压器、个模块，内容包括直流电路、交流电路、变压器、交流电动机、直流电动机、继电一接触器控制、安全用电和电气设备。交流电动机、直流电动机、继电一接触器控制、安全用电和电气设备。每一个模块还配有思考题与习题。每一个模块还配有思考题与习题。本书内容在教学中针对不同的专业可做不同的处理。全部内容可本书内容在教学中针对不同的专业可做不同的处理。全部内容可5668学时内完成。各模块
2、教学学时大致分配如下学时内完成。各模块教学学时大致分配如下:模块一为直流电路，需模块一为直流电路，需10学时学时;模块二为交流电路，由于该模块包含单相交流电、三相交流电、模块二为交流电路，由于该模块包含单相交流电、三相交流电、电工仪表三方面的内容，需电工仪表三方面的内容，需12-16学时学时;模块三为变压器，需模块三为变压器，需4学时学时;模块模块四为交流异步电动机，需四为交流异步电动机，需6-8学时学时;模块五为直流电动机，需模块五为直流电动机，需4学时学时;模块模块六为继电一接触器控制，需六为继电一接触器控制，需12-16学时学时;模块七为安全用电，需模块七为安全用电，需2学时学时;模模块
3、八为电气设备，需块八为电气设备，需4-6学时。学时。下一页对于一些专业，模块八可作为选学内容。对于一些专业，模块八可作为选学内容。为适应高等职业教育的改革要求，突出学生实践技能和创新能力培为适应高等职业教育的改革要求，突出学生实践技能和创新能力培养，本书在编写时力求体现以下特点养，本书在编写时力求体现以下特点:(1)教材紧扣高等职业教育教材紧扣高等职业教育“强调应用，注重实践强调应用，注重实践”的指导思想，内的指导思想，内容具有较强的针对性和实用性。容具有较强的针对性和实用性。(2)以任务驱动的方式编写，以技能训练为主线，结合必要的理论知以任务驱动的方式编写，以技能训练为主线，结合必要的理论知
4、识，做到理论与实践的有机结合。识，做到理论与实践的有机结合。(3)本书要求在学中做，在做中学，通过理论与实践的结合，培养学本书要求在学中做，在做中学，通过理论与实践的结合，培养学生电工技术的基本技能。生电工技术的基本技能。由于时间仓促和编者学识有限，书中难免存在诸多错漏和不妥之处，由于时间仓促和编者学识有限，书中难免存在诸多错漏和不妥之处，敬请广大读者提出批评和改进意见。敬请广大读者提出批评和改进意见。前前 言言上一页总总 目目 录录模块一模块一 直流电路直流电路模块二模块二 交流电路交流电路模块三模块三 变变 压压 器器模块四模块四 交流异步电动机交流异步电动机模块五模块五 直流电动机直流电
5、动机下一页模块六模块六 继电一接触器控制继电一接触器控制模块七模块七 安全用电安全用电模块八模块八 电气设备及其布置电气设备及其布置总总 目目 录录上一页模块一模块一 直流电路直流电路课题一课题一 电路基本知识电路基本知识课题二课题二 电路基本定律电路基本定律课题三课题三 电路基本分析方法及应用电路基本分析方法及应用【知识点知识点】(1)掌握电路的组成和作用。掌握电路的组成和作用。(2)掌握电路的基本物理量，理解电流、电压的真实方向和参考方向。掌握电路的基本物理量，理解电流、电压的真实方向和参考方向。(3)理解实际电源与电源模型的关系。理解实际电源与电源模型的关系。(4)掌握电路的工作状态及特
6、点。掌握电路的工作状态及特点。【技能点技能点】(1)认识电路元件，会正确使用电路元器件连接直流电路。认识电路元件，会正确使用电路元器件连接直流电路。(2)会正确使用电压表、电流表测试直流电压和电流。会正确使用电压表、电流表测试直流电压和电流。(3)理解电器的额定参数的意义，会正确使用电器。理解电器的额定参数的意义，会正确使用电器。(4)防止短路事故。防止短路事故。课题一课题一 电路基本知电路基本知识识下一页 任务一任务一 直流电路的基本物理量的测量直流电路的基本物理量的测量 【任务导入任务导入】什么是电路什么是电路?首先来看看日常生活中最常见的两个电路例子，一个首先来看看日常生活中最常见的两个
7、电路例子，一个是手电筒电路，如是手电筒电路，如图图1-1所示，图所示，图1-1(a)、图图1-1(b)分别是手电筒分别是手电筒的结构不意图和原理电路图。手电筒电路中供给灯泡发光的电源是电的结构不意图和原理电路图。手电筒电路中供给灯泡发光的电源是电池，它是直流电源，所以这是一个直流电路。另一个电路例子是室内池，它是直流电源，所以这是一个直流电路。另一个电路例子是室内照明电路，如照明电路，如图图1-2所示，它是由交流电源供电的电路，称为交流电所示，它是由交流电源供电的电路，称为交流电路。模块一只介绍由直流电源组成的直流电路，交流电路将在模块二路。模块一只介绍由直流电源组成的直流电路，交流电路将在模
8、块二中介绍。中介绍。课题一课题一 电路基本知电路基本知识识下一页上一页下一页上一页课题一课题一 电路基本知电路基本知识识 手电筒电路虽是一个简单的直流电路，但是它具有组成电路的基本元手电筒电路虽是一个简单的直流电路，但是它具有组成电路的基本元索索电源、负载和连接电源与负载的中间环节，体现了电路的共有特电源、负载和连接电源与负载的中间环节，体现了电路的共有特性。性。【相关知识相关知识】一、电路的组成一、电路的组成 从前面所举的手电筒电路和室内照明电路可以看出，电路由三个从前面所举的手电筒电路和室内照明电路可以看出，电路由三个基本部分组成。基本部分组成。1.电源电源 如手电筒电路中的干电池，它是电
9、路中电能的来源，一般称为电如手电筒电路中的干电池，它是电路中电能的来源，一般称为电源。它是将其他形式的能量转换成为电能的装置。如电池将化学能转源。它是将其他形式的能量转换成为电能的装置。如电池将化学能转换成为电能、发电机将机械能转换成为电能，等等。换成为电能、发电机将机械能转换成为电能，等等。下一页上一页课题一课题一 电路基本知电路基本知识识 2.负载负载 用电设备被称为负载，它是将电能转换成其他形式能量的装置。例用电设备被称为负载，它是将电能转换成其他形式能量的装置。例如，手电筒中的灯泡就是负载，它将电能转换为光能。还有其他的用如，手电筒中的灯泡就是负载，它将电能转换为光能。还有其他的用电设
10、备，如电动机将电能转换为机械能，电热器将电能转换为热能，电设备，如电动机将电能转换为机械能，电热器将电能转换为热能，等等。在直流电路中，负载主要是电阻性负载，电阻的基本性质是对等等。在直流电路中，负载主要是电阻性负载，电阻的基本性质是对流过它的电流具有阻碍作用，阻碍作用的大小用电阻值来表不，电阻流过它的电流具有阻碍作用，阻碍作用的大小用电阻值来表不，电阻将其电能转换成为热能。将其电能转换成为热能。3.中间环节中间环节 中间环节主要是连接导线和控制电路通断的开关电器，它们将电源中间环节主要是连接导线和控制电路通断的开关电器，它们将电源及负载连接起来，构成电流通路。此外，中间环节还包括保障安全用及
11、负载连接起来，构成电流通路。此外，中间环节还包括保障安全用电的保护电器，如熔断器电的保护电器，如熔断器(俗称保险丝俗称保险丝)等。等。下一页上一页 电源、负载、中间环节是组成电路的电源、负载、中间环节是组成电路的“三要索三要索”。所以，电路就是由。所以，电路就是由电源、负载及中间环节等电器设备组成的总体，是电流流通的闭合路电源、负载及中间环节等电器设备组成的总体，是电流流通的闭合路径。径。二、电路符号与原理电路图二、电路符号与原理电路图 在实际电路中，电路元件是多种多样的。在分析、研究电路问题时，在实际电路中，电路元件是多种多样的。在分析、研究电路问题时，不可能把这些实际元件直接表不在电路中，
12、而是采用一些电路符号来不可能把这些实际元件直接表不在电路中，而是采用一些电路符号来表不。常见的理想电路元件符号如表不。常见的理想电路元件符号如图图1-3所示。所示。用电路符号表不实际电路元件和器件，用线条表不电流流经电路用电路符号表不实际电路元件和器件，用线条表不电流流经电路(导线导线)，所绘出的电路图称为原理电路图。手电筒的原理电路如，所绘出的电路图称为原理电路图。手电筒的原理电路如图图1-1(b)所示。所示。课题一课题一 电路基本知电路基本知识识 除了上面列举的两个电路外，还有其他功能的电路，各种电路的除了上面列举的两个电路外，还有其他功能的电路，各种电路的作用基本可归纳为两方面的功能。第
13、一，电能的传送、分配与转换。作用基本可归纳为两方面的功能。第一，电能的传送、分配与转换。例如，电厂的发电机产生电能例如，电厂的发电机产生电能(电流电流)，通过变压器、输电线等送到用，通过变压器、输电线等送到用电单位，并通过负载把电能转换成为其他形式的能量电单位，并通过负载把电能转换成为其他形式的能量(如机械能等如机械能等)。这就组成了一个十分复杂的供电系统这就组成了一个十分复杂的供电系统电路。在模块二中将会介绍的电路。在模块二中将会介绍的单相交流电路和三相交流电路就是这种功能电路的典型运用。第二，单相交流电路和三相交流电路就是这种功能电路的典型运用。第二，进行电信号产生、传输和处理等。例如，日
14、常生活中使用的扩音机、进行电信号产生、传输和处理等。例如，日常生活中使用的扩音机、电视机、手机以及生产和科研中使用的电子自动控制设备、测量仪表、电视机、手机以及生产和科研中使用的电子自动控制设备、测量仪表、计算机等电子电路。计算机等电子电路。下一页上一页课题一课题一 电路基本知电路基本知识识 在现代电路中，除了在现代电路中，除了“电路电路”的概念之外，现在还经常用到的概念之外，现在还经常用到“网网络络”概念，这两个概念既有一定的区别，有时又是通用的名词。通常概念，这两个概念既有一定的区别，有时又是通用的名词。通常“网络网络”的含义更具有普遍的适用性，特别是在讨论普遍规律及复杂的含义更具有普遍的
15、适用性，特别是在讨论普遍规律及复杂的电路问题时，常常把电路称作网络。而在讨论比较简单或者是某一的电路问题时，常常把电路称作网络。而在讨论比较简单或者是某一具体电路时，则比较多地使用具体电路时，则比较多地使用“电路电路”这个名词。所以，可以认为网这个名词。所以，可以认为网络是电路的泛称。如现代因特网、电话网络等。络是电路的泛称。如现代因特网、电话网络等。三、电路中的基本物理量三、电路中的基本物理量 从上面介绍的两个电路已经看到，电路的功能是进行电能的传输从上面介绍的两个电路已经看到，电路的功能是进行电能的传输和电能与其他形式能量之间的相互转换。为了分析计算电路的工作状和电能与其他形式能量之间的相
16、互转换。为了分析计算电路的工作状况和电路中能量相互转换的情况，必须用一些物理量来表不电路的状况和电路中能量相互转换的情况，必须用一些物理量来表不电路的状态及电路各部分之间能量转换的相互关系。态及电路各部分之间能量转换的相互关系。下一页上一页课题一课题一 电路基本知电路基本知识识电路中常用的物理量主要是电流、电压电路中常用的物理量主要是电流、电压(电位电位)、电动势、电功率、电、电动势、电功率、电功。在这里对这些物理量做简要的介绍。功。在这里对这些物理量做简要的介绍。1.电流电流 (1)“电流电流”的物理意义。第一，在电场的作用下，电荷有规则的的物理意义。第一，在电场的作用下，电荷有规则的运动就
17、形成了电流。第二，电流是具有大小和方向的物理量。运动就形成了电流。第二，电流是具有大小和方向的物理量。电流的大小用电流强度电流的大小用电流强度(I或或i)来表不。电流强度是指在单位时间内来表不。电流强度是指在单位时间内通过导体横截面的电荷量。如果电流是随时间变化的，假设在通过导体横截面的电荷量。如果电流是随时间变化的，假设在dt时间时间内通过导体横截面的电荷量为内通过导体横截面的电荷量为dq，则电流强度为，则电流强度为:所以说，电流强度就是流过导体横截面的电荷量对时间的变化率。所以说，电流强度就是流过导体横截面的电荷量对时间的变化率。如果电流的大小和方向都不随时间变化，则称为恒定电流或直流电流
18、，如果电流的大小和方向都不随时间变化，则称为恒定电流或直流电流，这时的电流强度规定用大写字母这时的电流强度规定用大写字母I来表示，则来表示，则下一页上一页课题一课题一 电路基本知电路基本知识识dtdqi 下一页上一页tqI (1-1-1)式中，式中，q是时间是时间t间隔内通过导体横截面的电荷量。电流强度一般简称间隔内通过导体横截面的电荷量。电流强度一般简称为电流。为电流。(2)电流的单位。电流这个物理量的单位是安培电流的单位。电流这个物理量的单位是安培(库仑库仑/秒秒)，简称，简称“安安”，常用大写字母，常用大写字母A来表示。根据不同的负载情况，电流大小的来表示。根据不同的负载情况，电流大小的
19、差别很大。动力用电动机的电流达到几十甚至上百安培，而电子电路差别很大。动力用电动机的电流达到几十甚至上百安培，而电子电路中的电流则常常只有百分之几，甚至千分之几安培。对于较小的电流中的电流则常常只有百分之几，甚至千分之几安培。对于较小的电流可以用毫安可以用毫安(mA)或微安或微安(pA)作单位，它们的关系是作单位，它们的关系是:1 A=103 mA=106 A课题一课题一 电路基本知电路基本知识识 (3)电流的真实方向和正方向。电荷的有规则移动形成了电流，而电流的真实方向和正方向。电荷的有规则移动形成了电流，而形成电流的电荷可能是正电荷形成电流的电荷可能是正电荷(如正离子如正离子)，也可能是负
20、电荷，也可能是负电荷(如电子如电子或负离子或负离子)。于是电流就有一个方向问题，在物理学中有关电流方向。于是电流就有一个方向问题，在物理学中有关电流方向规定是把正电荷运动的方向作为电流的方向。规定是把正电荷运动的方向作为电流的方向。图图1-4中所表示的手电中所表示的手电筒电路中电流的实际方向是电流从电源正极流出，经负载后流回电源筒电路中电流的实际方向是电流从电源正极流出，经负载后流回电源的负极，这是手电筒电路中电流的真实方向或称实际方向。的负极，这是手电筒电路中电流的真实方向或称实际方向。对于直流电路，在简单电路中，电流的真实方向能够很容易地通对于直流电路，在简单电路中，电流的真实方向能够很容
21、易地通过电源的电压极性确定下来，但是在比较复杂的电路中，一段电路里过电源的电压极性确定下来，但是在比较复杂的电路中，一段电路里电流的真实方向往往很难预先确定下来电流的真实方向往往很难预先确定下来;在交流电路中，电流的大小在交流电路中，电流的大小和方向都是随时间变化的和方向都是随时间变化的(这方面的内容将在模块二中介绍这方面的内容将在模块二中介绍)。下一页上一页课题一课题一 电路基本知电路基本知识识 这时，电流的方向又怎样表不呢这时，电流的方向又怎样表不呢?因此，由于分析和计算电路的需要，因此，由于分析和计算电路的需要，引入了电流参考方向的概念，参考方向又叫假定正方向，简称正方向。引入了电流参考
22、方向的概念，参考方向又叫假定正方向，简称正方向。所谓正方向，就是在一段电路里，在电流两种可能的真实方向中，所谓正方向，就是在一段电路里，在电流两种可能的真实方向中，入为地任意选择一个方向作为参考方向。当实际的电流方向与假定电入为地任意选择一个方向作为参考方向。当实际的电流方向与假定电流方向相同时，电流是正值流方向相同时，电流是正值;当实际的电流方向与假定电流方向相反时，当实际的电流方向与假定电流方向相反时，电流是负值。电流是负值。在在图图1-5中，实线箭头是设定的电流正方向，虚线箭头表不的是该中，实线箭头是设定的电流正方向，虚线箭头表不的是该段电路中电流的真实方向。其中段电路中电流的真实方向。
23、其中图图1-5(a)表表T的电流真实方向与正方的电流真实方向与正方向一致，在电路计算中向一致，在电路计算中1是正值是正值;图图1-5(b)表不电流正方向与真实方向表不电流正方向与真实方向相反的情况，电流相反的情况，电流1是负值。电流值的正负与正方向的选取有关。是负值。电流值的正负与正方向的选取有关。下一页上一页课题一课题一 电路基本知电路基本知识识 电流的正方向是分析计算电路时事先假定的电流方向，它可以是任电流的正方向是分析计算电路时事先假定的电流方向，它可以是任意设定的。当一个直流电路的元器件参数确定之后，电路中各部分电意设定的。当一个直流电路的元器件参数确定之后，电路中各部分电流的真实方向
24、也就全部确定了，它不受正方向的影响，正方向的改变，流的真实方向也就全部确定了，它不受正方向的影响，正方向的改变，只影响计算电流的正、负符号。在规定了正方向之后，电流是一个代只影响计算电流的正、负符号。在规定了正方向之后，电流是一个代数量，分析计算出电流的正、负只表明实际电流方向与假定方向的一数量，分析计算出电流的正、负只表明实际电流方向与假定方向的一种关系也就是说，某一个电流是正还是负，都是相对某一假定正方向种关系也就是说，某一个电流是正还是负，都是相对某一假定正方向来说的。今后在电路图中，所标注的电流方向一般都是假定正方向。来说的。今后在电路图中，所标注的电流方向一般都是假定正方向。在分析和
25、计算电路的电流时，首先假定电流的正方向，当计算出电流在分析和计算电路的电流时，首先假定电流的正方向，当计算出电流为正时，说明电流的真实方向与假定方向相同，若计算出电流为负，为正时，说明电流的真实方向与假定方向相同，若计算出电流为负，则说明电流的真实方向与假定方向相反，这样就确定出电路中电流的则说明电流的真实方向与假定方向相反，这样就确定出电路中电流的真实方向。真实方向。下一页上一页课题一课题一 电路基本知电路基本知识识 2.电压与电位电压与电位 (1)电压。电压是描写电场力做功本领大小的物理量。电荷在电场力电压。电压是描写电场力做功本领大小的物理量。电荷在电场力的作用下运动形成电流，电场力移动
26、电荷运动做功。为了描述电场力对的作用下运动形成电流，电场力移动电荷运动做功。为了描述电场力对电荷做功的本领，引入了电荷做功的本领，引入了“电压电压”这个物理量。这个物理量。在电场中，电场力把正电荷从在电场中，电场力把正电荷从A点移动到点移动到B点所做的功与被移动电荷点所做的功与被移动电荷电量的比值称为电量的比值称为A,B两点之间的电压两点之间的电压UAB，A、B两点的电压也叫两点的电压也叫A、B两点间的电位差，用两点间的电位差，用UA、UB表示电场中表示电场中A、B两点的电位，则两点的电位，则A,B两点两点的电压为的电压为UAB=UA-UB。电压的方向由高电位端指向低电位端。如图电压的方向由高
27、电位端指向低电位端。如图1-4中，电源使电流经过中，电源使电流经过电阻电阻R，在，在R两端产生电势两端产生电势(位位)降降U。不随时间变化的电压是直流电压，。不随时间变化的电压是直流电压，用大写字母用大写字母U来表来表T。下一页上一页课题一课题一 电路基本知电路基本知识识电压的单位是电压的单位是“伏特伏特”，常用字母，常用字母V来表不，较大的电压单位有千伏来表不，较大的电压单位有千伏(kV),1kV=1 000 V，较小的电压单位有毫伏，较小的电压单位有毫伏(mV)和微伏和微伏(V),1V=1 000 mV,l mV=1 000V。(2)电位。电位在物理学中也叫电势，它是表不电场中某一点能量性
28、电位。电位在物理学中也叫电势，它是表不电场中某一点能量性质的物理量，而且是相对于确定的参考点而言。质的物理量，而且是相对于确定的参考点而言。电场中某点八的电位在数值上等于电场力将单位正电荷自该点沿任意电场中某点八的电位在数值上等于电场力将单位正电荷自该点沿任意路径移动到参考点电场力所做的功。路径移动到参考点电场力所做的功。A点电位用点电位用UA表示。将电位与电压表示。将电位与电压的概念进行比较，可以看出，电场中某点的电位就是该点到参考点之间的概念进行比较，可以看出，电场中某点的电位就是该点到参考点之间的电压。电位的单位也是伏特，且规定参考点的电位为零，所以参考点的电压。电位的单位也是伏特，且规
29、定参考点的电位为零，所以参考点又叫零电位点。又叫零电位点。下一页上一页课题一课题一 电路基本知电路基本知识识 某点的电位与零电位点的选取有关。在物理学中，常选择无限远处或某点的电位与零电位点的选取有关。在物理学中，常选择无限远处或大地作为参考点。而在电工学中，如果所研究的电路里有接地点，通常大地作为参考点。而在电工学中，如果所研究的电路里有接地点，通常就选择接地点作为参考点，用就选择接地点作为参考点，用 符号表示。在电子电路中常取若干导线符号表示。在电子电路中常取若干导线的交汇点或者机壳作为电位的参考点，并标以的交汇点或者机壳作为电位的参考点，并标以符号表示。在一般的原符号表示。在一般的原理性
30、电路中，可选取多条导线汇集的公共点作为参考点。必须注意，在理性电路中，可选取多条导线汇集的公共点作为参考点。必须注意，在研究同一问题时，参考点原则上可以任意选取，但一经选定，就不能更研究同一问题时，参考点原则上可以任意选取，但一经选定，就不能更改了，相应的其余各点电位也就确定了。在一个电路中，参考点一旦选改了，相应的其余各点电位也就确定了。在一个电路中，参考点一旦选定，其余各点的电位就有唯一确定的数值。定，其余各点的电位就有唯一确定的数值。如如图图1-6所示一段电路中有所示一段电路中有A、B两点，在电源电动势的作用下，两点，在电源电动势的作用下，正电荷自正电荷自A移动到移动到B，电场力做正功，
31、表明这段电路是吸收电能的，电场力做正功，表明这段电路是吸收电能的，下一页上一页课题一课题一 电路基本知电路基本知识识而且，正电荷在而且，正电荷在A点时比在点时比在B点具有更高的做功能力，即点具有更高的做功能力，即A点是高电点是高电位点，位点，B点是低电位点。在图点是低电位点。在图1-6所示的电路中，选取所示的电路中，选取O点为参考电点为参考电位点，位点，UA=12 V,UB=8V，UAB=UA-UB=4V。(3)电压的正方向。在实际应用中，仅仅知道两点间的电压数值电压的正方向。在实际应用中，仅仅知道两点间的电压数值往往是不够的，还必须知道这两点中哪一点电位高，哪一点电位低。往往是不够的，还必须
32、知道这两点中哪一点电位高，哪一点电位低。例如，对于直流电动机来说，绕组两端的高、低电位不同，电动机的例如，对于直流电动机来说，绕组两端的高、低电位不同，电动机的转动方向可能是不同的。在实际应用中，要求知道电压的大小，还要转动方向可能是不同的。在实际应用中，要求知道电压的大小，还要知道电压的极性，即电压的方向。知道电压的极性，即电压的方向。图图1-6中包含了几个物理概念中包含了几个物理概念:电位电位(UA、UB)、电压、电压(UAB)、电、电压正方向压正方向(即参考方向，图中的箭头即参考方向，图中的箭头)和电压实际方向的概念。和电压实际方向的概念。下一页上一页课题一课题一 电路基本知电路基本知识
33、识 在电工学中规定，一段电路上，电压的实际方向是由高电位点指向在电工学中规定，一段电路上，电压的实际方向是由高电位点指向低电位点。也就是说，沿着电压的实际方向，电位是逐点降低的。正低电位点。也就是说，沿着电压的实际方向，电位是逐点降低的。正电荷沿着这个方向运动，将失去电能，并转换成为其他形式的能量。电荷沿着这个方向运动，将失去电能，并转换成为其他形式的能量。在分析和计算电路问题时，由于要分析电路在可能较复杂的情况在分析和计算电路问题时，由于要分析电路在可能较复杂的情况下，电路中各段电压的真实方向难以确定时，或者该段电压的极性是下，电路中各段电压的真实方向难以确定时，或者该段电压的极性是随时间不
34、断变化时，像规定电流的正方向一样，需要为电压规定一个随时间不断变化时，像规定电流的正方向一样，需要为电压规定一个正方向。一段电路上电压的正方向也是可以任意规定的。如正方向。一段电路上电压的正方向也是可以任意规定的。如图图1-4中，中，规定规定A点为高电位点，标以点为高电位点，标以“+”号，号，B点相对于八点是低电位点，标点相对于八点是低电位点，标以以“-”号，即假定这一段电路电压的正方向是从八点指向号，即假定这一段电路电压的正方向是从八点指向B点，并点，并用箭头的指向来表示。用箭头的指向来表示。下一页上一页课题一课题一 电路基本知电路基本知识识当电压的实际方向与事先假定的正方向一致时，电压为正
35、值当电压的实际方向与事先假定的正方向一致时，电压为正值;当电压的当电压的实际方向与事先假定的正方向相反时，电压为负值。这表明，在引入了实际方向与事先假定的正方向相反时，电压为负值。这表明，在引入了正方向之后，电压也是一个代数量。正方向之后，电压也是一个代数量。电压的正方向根据习惯，可以用三种方法表示电压的正方向根据习惯，可以用三种方法表示:用用“+”、“一一”符号表不，符号表不，“+”表不假定的高电位端，表不假定的高电位端，“-”表示表示假定的低电位端。假定的低电位端。用箭头的指向来表不，由假定的高电位端指向低电位端。用箭头的指向来表不，由假定的高电位端指向低电位端。用双下标字母表示电压。如在
36、图用双下标字母表示电压。如在图1-6中，假定中，假定AB段电压的正方向是段电压的正方向是从从A指向指向B，则给电压符号，则给电压符号U加双下标加双下标AB，即用，即用UAB表示：第一个下标表示：第一个下标字母字母A表示假定的高电位点，第二个下标字母表不假定的低电位点。表示假定的高电位点，第二个下标字母表不假定的低电位点。下一页上一页课题一课题一 电路基本知电路基本知识识 这三种方法所代表的意义是相同的，可以相互通用，实际使用时可这三种方法所代表的意义是相同的，可以相互通用，实际使用时可以任选一种。以任选一种。同样以同样以图图1-6所示电路为例，将电压正方向改为所示电路为例，将电压正方向改为图图
37、1-7所示所示,UA=12V,UB=8 V,UBA=-4 V，式中的，式中的“-”号说明假定电压正方向号说明假定电压正方向与电压实际方向相反。与电压实际方向相反。通过以上的分析可知，如同规定电流的正方向一样，电压的正方通过以上的分析可知，如同规定电流的正方向一样，电压的正方向也是在分析与计算电路问题时人为引入的。对于某一段电路来说，向也是在分析与计算电路问题时人为引入的。对于某一段电路来说，借助于规定的正方向及电压的正、负值，就能确定出电路中电压的实借助于规定的正方向及电压的正、负值，就能确定出电路中电压的实际方向。际方向。电压的正方向原则上可以任意选取。电压的正方向原则上可以任意选取。下一页
38、上一页课题一课题一 电路基本知电路基本知识识 对于电位与电压这两个概念，既要看到它们之间的区别，又应看对于电位与电压这两个概念，既要看到它们之间的区别，又应看到两者在本质上是相同的。电路中某点的电位就是该点到参考点之间到两者在本质上是相同的。电路中某点的电位就是该点到参考点之间的电压。电路中两点之间的电压就是这两点的电位之差。例如，在的电压。电路中两点之间的电压就是这两点的电位之差。例如，在图图1-7中选取电源负极中选取电源负极O点作为参考点，则点作为参考点，则A、B两点的电位分别是两点的电位分别是UA、UB，A，B两点之间的电压两点之间的电压UBA=UB-UA=-4 V。因此，电压又叫电。因
39、此，电压又叫电位差。位差。将将图图1-7所示的电路改成所示的电路改成图图1-8所示的电路，参考点选取在所示的电路，参考点选取在B点，点，UAB=4 V，UOB=-8 V,UOA=UAB-UOB=12 V。可见，电压。可见，电压(电位电位差差)与参考点的选取是无关的。与参考点的选取是无关的。下一页上一页课题一课题一 电路基本知电路基本知识识下一页上一页课题一课题一 电路基本知电路基本知识识 在电路分析计算中，虽然电流正方向和电压正方向都可以任意选在电路分析计算中，虽然电流正方向和电压正方向都可以任意选取，但在实际应用中一般只设定其中一个取，但在实际应用中一般只设定其中一个(电流正方向或电压正方电
40、流正方向或电压正方向向)，另一个也就相应确定了，另一个也就相应确定了(在电流正方向与电压正方向选取一致在电流正方向与电压正方向选取一致的情况下，即关联正方向的情况下，即关联正方向)。在同一段电路中，电流的正方向与电压。在同一段电路中，电流的正方向与电压的正方向一致，即表示电流从高电位点流向低电位点。在这种正方向的正方向一致，即表示电流从高电位点流向低电位点。在这种正方向表示情况下，欧姆定律为表示情况下，欧姆定律为U=IR，可避免由于电流和电压正方向任，可避免由于电流和电压正方向任意选取带来的符号问题。意选取带来的符号问题。3.电动势电动势 Q)电动势的概念。电动势是表电动势的概念。电动势是表T
41、电源做功能力的物理量。在电源做功能力的物理量。在图图1-1(a)手电筒电路所表不的一个完整电路中，在电源以外的部分电路，手电筒电路所表不的一个完整电路中，在电源以外的部分电路，正电荷总是从电源的正极流出，最后流回电源负极。正电荷总是从电源的正极流出，最后流回电源负极。也就是电流从高电位点流向低电位点，这是电场力推动正电荷做功的也就是电流从高电位点流向低电位点，这是电场力推动正电荷做功的结果。为了在电路里保持持续的电流，在电源内部就必须使正电荷从结果。为了在电路里保持持续的电流，在电源内部就必须使正电荷从电源负极经过电源内部，移动到电源正极。在电源内部具有某种非电电源负极经过电源内部，移动到电源
42、正极。在电源内部具有某种非电场力，这些非电场力能够把正电荷自电源负极移动到正极。如电池内场力，这些非电场力能够把正电荷自电源负极移动到正极。如电池内部因化学作用而产生的化学力、发电机内部因电磁感应作用而产生的部因化学作用而产生的化学力、发电机内部因电磁感应作用而产生的电磁力等都是非电场力。在这个过程中，电源把其他形式的能量转换电磁力等都是非电场力。在这个过程中，电源把其他形式的能量转换成为电能。为了表征电源内部非电场力对正电荷做功的能力，也就是成为电能。为了表征电源内部非电场力对正电荷做功的能力，也就是电源将其他形式能量转换成为电能的本领，引入了电源将其他形式能量转换成为电能的本领，引入了“电
43、动势电动势”的概的概念。电动势在电路中常用字母符号念。电动势在电路中常用字母符号E(或或e)来表示。来表示。电动势在数值上等于非电场力把单位正电荷从负极经电源内部运电动势在数值上等于非电场力把单位正电荷从负极经电源内部运动到正极时所做的功。动到正极时所做的功。下一页上一页课题一课题一 电路基本知电路基本知识识下一页上一页根据这个定义，电动势的单位也是伏特。根据这个定义，电动势的单位也是伏特。(2)电动势的正方向。因为电动势的作用是使正电荷从低电位点电动势的正方向。因为电动势的作用是使正电荷从低电位点移动到高电位点，使正电荷的电位能增加，所以规定电动势的真实方移动到高电位点，使正电荷的电位能增加
44、，所以规定电动势的真实方向是经电源内部指向电位升高的方向，这与电源端电压的真实方向相向是经电源内部指向电位升高的方向，这与电源端电压的真实方向相反。反。图图1-9是直流电压源的表是直流电压源的表T符号，其正、负极分别用符号，其正、负极分别用+、-标出，标出，其电动势的真实方向从负极指向正极。其电动势的真实方向从负极指向正极。在分析与计算电路的过程中，也可以为电动势规定一个正方向。在分析与计算电路的过程中，也可以为电动势规定一个正方向。如如图图1-10所示电源电动势的正、负极性和数值大小所示电源电动势的正、负极性和数值大小12 V在图中已在图中已标出。在标出。在图图1-10(a)中取电动势正方向
45、与真实方向相同，则中取电动势正方向与真实方向相同，则E=12 V;在在图图1-10(b)中，电动势的实际方向与假定的正方向相反，则中，电动势的实际方向与假定的正方向相反，则E=-12 V。课题一课题一 电路基本知电路基本知识识下一页上一页可见，在规定的正方向之下，电动势也是一个代数量，通常仅在图中标可见，在规定的正方向之下，电动势也是一个代数量，通常仅在图中标出电动势的正、负极。出电动势的正、负极。如果将一个完整的电路分为电源电动势和外电路两部分，电动势的两如果将一个完整的电路分为电源电动势和外电路两部分，电动势的两端电压，就是外电路负载的负载电压。端电压，就是外电路负载的负载电压。在电路分析
46、计算中，常将电源等效为电压源和电流源，电路符号如在电路分析计算中，常将电源等效为电压源和电流源，电路符号如图图1-11所示。所示。4.电功率与电功电功率与电功 使用电路的目的就是进行电能与其他形式能量之间的转换，所以在使用电路的目的就是进行电能与其他形式能量之间的转换，所以在电路的分析与计算中还经常用到电功率和电功两个物理量。电路的分析与计算中还经常用到电功率和电功两个物理量。(1)电功率。电功率。课题一课题一 电路基本知电路基本知识识下一页上一页课题一课题一 电路基本知电路基本知识识RURIIUtWPABAB22/在在图图1-12中，正电荷中，正电荷q从电路中从电路中A点经负载点经负载R移到
47、移到B点，根据电压的点，根据电压的定义很容易得到电场力所做的功定义很容易得到电场力所做的功W=UABq。因为。因为q=I t,所以也可所以也可以写作以写作W=UABq=UABIt。单位时间内电场力所做的功就是电功率，用单位时间内电场力所做的功就是电功率，用P表示，则表示，则 (1-1-2)在国际单位制中在国际单位制中.电压的单位是伏特电压的单位是伏特.电流的单位是安培电流的单位是安培.则功率的单则功率的单位是瓦特位是瓦特.简称瓦简称瓦(W)。1 W功率等于每秒消耗功率等于每秒消耗(或产生或产生)1J的功。的功。功率的单位除了瓦之外功率的单位除了瓦之外.还有千瓦还有千瓦(kW)或毫瓦或毫瓦(mW
48、)作单位作单位.关系是关系是 1 kW=1 000 W=103 W 1 mW=0.001 W=10-3 W (2)电功。一段时间电功。一段时间/内电路所消耗内电路所消耗(或产生或产生)的电功的电功(电能电能).用用W表示表示下一页上一页课题一课题一 电路基本知电路基本知识识 W=Pt (1-1-3)工程上工程上.电功的单位经常不是用物理学中的焦耳电功的单位经常不是用物理学中的焦耳.而用瓦特而用瓦特小时或小时或千瓦特千瓦特小时小时(千瓦千瓦小时小时)来表示。通常所说的千瓦来表示。通常所说的千瓦小时可以这样理小时可以这样理解解:就是其额定功率是就是其额定功率是1 kW的电器的电器(如如1 kW的电
49、炉的电炉)在额定状态下在额定状态下工作工作1h所消耗的电能。所消耗的电能。(3)电功率的正和负。对于一段只包含电阻元件的电路来说电功率的正和负。对于一段只包含电阻元件的电路来说.它总它总是吸收电功率的是吸收电功率的.这可以从电阻的功率公式看出这可以从电阻的功率公式看出:P=I2R。不管电流。不管电流是正值还是负值是正值还是负值.尸总是正值。但是当用功率的一般适用公式尸总是正值。但是当用功率的一般适用公式P=UI来计算这段电阻电路的功率时来计算这段电阻电路的功率时.却可能得到正值却可能得到正值.也可能得到负值如果也可能得到负值如果在在U,I关联正方向的情况下关联正方向的情况下.计算出的功率计算出
50、的功率P是负值是负值.则表明该段电路则表明该段电路输出输出(产生产生)电功率。电功率。下一页上一页这是因为这是因为P为负为负.表明表明U,I是相反符号的是相反符号的.电流电流(正电荷正电荷)从低电位点流向从低电位点流向高电位点高电位点.这需要有非电场力来克服电场力做功。这一段电路里应该包这需要有非电场力来克服电场力做功。这一段电路里应该包含有电源含有电源.它将其他形式的能量转换成为电能它将其他形式的能量转换成为电能.从电源两端看电源内部从电源两端看电源内部功率为负值功率为负值.电源输出了电功率电源输出了电功率.而电源的外部电路功率为正值而电源的外部电路功率为正值.吸收了吸收了电功率。电功率。【
