第一节基本概念。
一, 电场和电场强度:
电场---带电体周围存在着一种特殊物质。其相互作用力叫电场力。
单位正电荷(1库)在电场中某点所受到的电场力称为该点的电场强度。电场强度是矢量e= f/q。
二,电流、电压、电位、电源、电动势。
1, 电流即电荷有规律的定向移动,规定正电荷的运动方向为电流的方向,每秒种通过导体某一截面的电荷量(电量)的多少叫电流强度(电流)i=q / t。q---库仑,t---秒,i---安培。
2,电压---电场力将单位正电荷从a点移至b点所做的功,即为两点的电位差,也叫电压。aab=f lab电场中a,b两点的电压的大小等于电场力将单位正电荷从a点移到b点所做的功,uab=aab/q0=f lab/q0单位为伏特(v)。
3,电位和电位差电路任选一点作参考点(或叫零电位点),则电路中某一点到参考点的电压就叫这一点的电位。两点间的电位之差等于两点的电压。参考点是任意的,电位随参考点变化而变化。
一般把参考点叫零电位点。两点间电位之差(电压)与参考点无关。方向从高点位指向低电位。
4,电源和电动势 :非静电力将单位正电荷从电源负极移到正极所做的功称为电源的电动势,简称电势用e表示,单位伏特。电动势是衡量电源做功能力的,方向从负极指向正极。
5,电路电路由电源、负荷(负载)、连接导线和开关组成。
电源---将其它形式的能量转换为电能,而供给负荷的设备。
负载---转换或消耗电能的设备。
通路---电源通向负载的两根导线无断开时。断路---电源通向负载的两根导线断开时。短路---电源通向负载的两根导线不经过负载而互相接通时。
6,电阻和电导 r=ρl/s r电阻与导电系数(又称电解率) ρ成正比;与导体截面积s成反比;与导体长度l成正比。与所加电压无关。电导---电阻的倒数。单位西门子(s)。
7,电功率和电能电功率---电场力在单位时间所做的功。p=a/t a---电场力(电源)移动电荷做的功,单位:焦(j) t---电场力(电源)移动电荷所用的时间,单位:
秒(s)。 p---电功率,单位:焦/秒、瓦,1瓦=焦/秒。
电能(电功)是一段时间电场力(电源)做的功,用w表示,单位:千瓦小时---度。w=at
第二节直流电路的分析计算。
一、欧姆定律
欧姆定律---在电阻电路中,电流的大小与电阻两端的电压成正比,与电阻值成反比。i=u/r
二、基尔霍夫第一定律(节点电流定律)
支路---没有分支的电路,只有一个电流。节点---三条或三条以上支路的交汇点。
基尔霍夫第一定律(节点电流定律)--流入节点的电流等于流出节点的电流。流入为正,流出为负,在电路任一节点上流过节点的电流的代数和恒等于零。∑i=0
三、基尔霍夫第二定律(回路电压定律)
回路---电路中任何一个闭合回路。
基尔霍夫第二定律(回路电压定律)--从回路中任何一点出发,沿回路循行一周,电位升的和等于电位降的和。回路中电动势(电位升)的代数和等于电阻上电压降(电位降)的代数和。∑e=∑ir
四、电阻的连接。
1,电阻的串联:几个电阻首尾相连,流过同一个电流。
串联电路中,等效电阻等于个串联电阻之和。r=r1+r2+··rn
串联电阻上分得电压的大小,决定于这个电阻与总电阻的比值。
u1=(r1/r1+r2)· uu2=(r2/r1+r2)· u
串联电阻可以达到:分压,限流,降低电位。
2,电阻的并联: 几个电阻的两端分别接到两个节点上,每个电阻承受同一个电压值。
并联电路中,等效电阻的倒数等于各并联电阻的倒数之和。1/r=1/r+1/r2
并联电路中,支路电流与支路电阻成反比。i1/i2=r2/r1 i1/=(r2/r1+r2)·i
串联分压,并联分流。
五、 功率和电能的计算。
1,电源的功率和负载的功率 :
非静电力移动电荷所做的功。因a1=qe, 所以 p1=a1/t=q/t·e。p1=e*i 电源的功率的等于电源的电动势和电流的乘积。
电场力移动电荷所做的功。因a2=qu,所以 p2=a2/t=q/t·u。 p2=u*i 负载功率等于负载两端的电压和通过负载的电流的乘积。
据欧姆定律:u=ir 负载功率变换为:p2=u*i=i2*r=u2/r
2,直流电路中的功率计算。
计算电阻上的功率用p=i2*r 或p=u2/r 较方便。(1)可以算出单独负载的功率,然后相加为总功率。(2)也可先求出总电阻,总电压,总电流然后计算总功率 。
例题:一台直流发电机经输电线向负载供电,直流发电机额定功率pn=5kw,e=240v,内阻r0=0.67ω,输电线电阻 2rl=0.
58ω,负载端电压220v,最大功率为4.5kw。
求发电机产生的功率,负载消耗的功率,发电机内阻和线路电阻损耗的功率。
解:发电机产生的功率为ei。
发电机内阻损耗的功率为i2ro(变成热能)。
输电线电阻损耗的功率为2i2rl(变成热能)。
负载消耗的功率i2rl(转换为光能,热能或机械能)。(负载端电压220v,最大功率为4.5kw;负载的电阻是不变的,负载上的电流和电压要由整个电路决定。)
负载消耗的功率i2rl(转换为光能,热能或机械能)。
1)负载电阻 rl=u2/p=2202/4.5*1000=10.75ω
2)电路中电流 i=e/ (r0+2rl+rl)=240/(0.67+0.58+10.75)=20a
3)功率。发电机产生的功率为:ei=240*20=4800w
输电线损耗的功率为:2i2rl=202*2rl=202*0.58=232w
发电机内阻损耗的功率为:i2ro=202*0.67=268w
负载消耗的功率:i2rl=202*10.75=4300w
验证功率平衡:各电阻消耗的功率总和=2i2rl+i2ro+i2rl=232w+268w+4300w=4800w
发电机产生的功率为:ei=240*20=4800w
发电机(电源 )发出的功率等于负载(总电阻)消耗的功率。
另一种方法:
若先算总电阻:r总=r0+2rl+ rl=0.67+0.58+10.75=12ω
各电阻消耗的功率总和=i2*r总=20*20*12=4800w
3,电能的计算。
电能是指一段时间内电场(或电源)力所做的功,即w=pt,单位千瓦时(kwh),1千瓦时是指功率为1千瓦的电源(负载)在一小时内所输出(或消耗)的电能,可用电表测量。
4,效率。=w/wεw---有用能量,wε--总能量。wε=w+△w △w---损耗的能量。
因w=pt ,效率又可变为:η=p t/pεt=p/pε 即效率又可用功率表示,效率总是小于1的。
六、复杂电路的分析计算。
复杂电路即不能用电阻串,并联方法简化为无分支电路的电路。
1,支路电流法:列出的电流方程比节点少一个,电压方程比回路少一个。
2,电源等效法:一个电动势与一个电阻串联,可看成一个电压源;一个恒定电流与一个电阻并联,可看成一个电流源。二者可互换。
3,叠加原理:在一个电路中如有两个以上电源共同作用时,可先算出每个电源单独作用时在各支路中引起的电流(而把其他电压源短路,电流源开路,保留内阻。)然后叠加起来,就得到原支路的支路电流。
注意:叠加原理只适用于线性电路, 只能用于电压电流计算,不能用于功率计算。
4,等效电源定理:
等效电源定理是诺顿定理和戴维南定理的总称。当一个电路中只要求一条支路的电流,电压或功率时,使用此定理十分方便。
戴维南定理:求出相对于被求支路的一个等效电动势和一个等效内阻。
诺顿定理:将求出的一个等效电动势和一个等效内阻,转换为电流源的方法。
第三节电容器。
两块金属导体中间,由不导电的绝缘材料膈开,就形成一个电容器。
1,电容器的电容量:电容器接直流电源,两极板上带有数量相等,符号相反的电荷,加在两极板上的电压越高,储存的电荷越多。极板上的电荷量与加在极板上的电压成正比,q/uc=c c---电容器的电容。
单位:法拉(f)
2,电容器中的电流和电场能:
1)电容在充电和放电过程中有电流,大小与电容的端电压的变化率成正比。ic=c· △uc/△t。隔直---直流不能通过电容器。
2)电容器极板上储存了电荷即储存了电场能。wc=1/2·c·u2c。
3)电容器物理性质:储存电场能,端电压不能突变,对直流相当于断路。
3,电容器的串联:串联增压。
当一个电容器的耐压不够时,需将几个电容器串联起来使用。串联电容器电容的总倒数等于各个电容器电容的倒数之和。
特点:各电容极板上的电荷相等。
4,电容器的并联:并联增容。
当一个电容器的电容量不够时,需并联使用。并联电容器总电容量等于各个电容器电容之和。
特点:各电容器上端电压相同。
5,衡量电容器的标准。
衡量电容器的标准有:电容量,耐压---电容器所能承受的最高电压。
第四节电磁与电感。
一、磁场。1,磁铁的磁场:
磁铁的周围存在着磁场,一般用磁力线来描述。磁力线是闭合的曲线,在磁场外部从n极到s极,在磁场内部从s极到n极,不中断,不相交。
2,通电导体周围的磁场:
通电导体周围有磁场,方向用右手螺旋定则判断:伸开右手,四指握住导体,拇指指向电流方向,四指所指的方向为磁力线方向。
3,载流线圈所产生的磁场:
通电线圈周围有磁场,方向用线圈右手定则判断:伸开右手,让四指握住线圈且指向线圈中电流方向,拇指所指的方向为磁力线方向(n极)。
4,磁场对载流导体的作用力:
带电流的导体周围有磁场,当把带电导体放到磁场中后会受到力的作用。磁场对载流导体作用力的方向与电流的方向有关,方向判断用电动机左手定则:平伸左手,拇指与四指垂直,让磁力线垂直穿过手心,四指指电流方向,拇指所指的方向是载流导体的受力方向。
两个平行带电体之间也有相互作用力,流过电流相同两导体之间有吸引力,流过的电流不同两导体之间有排斥力。
f=bli b---磁感应强度,单位韦/米2 ; l---导线垂直磁场长度,单位米,i---导线中的电流。f---导线所受电磁力,单位牛。
磁感应强度b和垂直于磁场方向的面积s的乘积,叫通过这块面积的磁通,用符号 φ 表示。
电工基础第二章
参 一 1 电源负载 2 由a端流至b端 3 230v 1100w 4 60v 5 串 12k 6 7 60w 40w 8 250v 0.75f 9 开路 10 大多 11 软磁材料矩磁材料 12 斥吸 13 磁感应强度感应电动势 14 零 10n 15 90 a b 16 电容 10f 0w 17...
电工第二章教案
2磁场及电磁感应。课题 2.1磁场。教学目标 了解磁场的基本知识,掌握磁感应强度的计算方法,学习使用安培定则,掌握左手定则及应用。教学重点 1 磁感应强度的计算。2 安培定则的使用。3 左手定则。教学难点 1 安培定律。2 左手定则及应用。教学过程 一 复习 1 初中物理课中学习过的磁场的有关知识。...
电工基础第二章
第二章直流电路 一 填空题。1.电阻串联可获得阻值的电阻,可限制和调节电路中的 可构成 还可扩大电表测量的量程。2.有两个电阻r1和r2已知r1 r2 1 2,若他们在电路中串联,则两电阻上的电压比u1 u2 两电阻中的电流之比i1 i2 他们消耗的功率比p1 p2 3.电阻并联可获得阻值的电阻,还...