第08章 电工理论基本知识.doc

P3 第一章 电工基础知识 本章介绍电工理论基本知识，这些知识是学习电气专业知识所必需的基础。主要内容包括：直流电路及基本物理量，磁场及电磁感应、正弦交流电路、三相正弦交流电路。 第一节 直流电路及基本物理量 一、直流电路 电路是由电气设备和电器元件按一定方式组成的，它为电流的流通提供了路径。根据电路中电流的性质不同，电路可分为直流电路和交流电路。电路中，电流的大小及方向都不随时间变化的电路，称为直流电路；电流的大小及方向随时间变化的电路，称为交流电路。 电路的种类很多，不论结构简单还是复杂，电路都包含以下三个基本组成部分。 1. 电源 电路中，供给电路能源的装置称为电源，如蓄电池、发电机等。电源可以将非电能转换成电能。 2. 负载 电路中，使用电能的设备或元器件称为负载，也叫负荷，如电灯泡、电炉等。负载可以将电能转换为光能、热能等其他形式的能量。 3. 中间环节 电路中连接电源和负载的部分称为中间环节，最简单的中间环节是开关和导线。导线也叫电线，是电源与负载之间的连接线，它把电流由电源引出来，通过负载再送回电源，构成电流的完整回路。图1-1就是一个简单电路的示意图。 电路由外电路和内电路两部分组成。 外电路：图1－1中，由电源引出端1经导线、负载、仪表等环节，至返回端2的电路叫外电路。 内电路：电源本身电流的通路为内电路。在图1－1中，指电源引出端1和2间，由发电机组成的电路。 电流在外电路被认为是从电源的正极流向负极，而在电源内部则相反，是由电源负极流向正极。在电源和外电路形成闭合回路后，电流才能产生。如果电路断开，如图12所示，导线1点和2点间断开了，电流就不能流通了，此时称电路为断路或开路状态。 二、电流 金属导体内的自由电子或电解液内的正负离子，通常都处在不规则的运动状态，因此在任一瞬间通过导体任一截面的电量能相互抵消，即导体内没有电流流过。 当导体内的自由电子受到电场力的作用后，电子就以一定方向移动。在这种情况下，导体的任何截面（在任一瞬间），将有一定的电量通过，也就是说导体内有电流流动。 1. 直流电流 如果通过导体横截面上电流的方向和大小不随时间变化而变化，这种电流叫稳恒电流，或叫直流电流，简称直流，用符号I表示，如图1-3所示。习惯上把正电荷运动的方向规定为电流的实际方向，即在导体中，电流的实际方向与电子移动的方向是相反的，如图1－4所示。  2. 电流强度 衡量电流大小、强弱的物理量称为电流强度，简称电流。直流电流在单位时间内通过导体模截面的电量是恒定不变的，则电流强度为 式中 I——电流强度，A； Q一一电量，C； t——时间，s。 电流的单位为安培，用符号A表示。在测量微小电流时，取1A的1／1000为单位，称为毫安（mA）；或取1A的1／1000000为单位，称为微安（μA）。式（1-1）中电量的单位为库仑（C）；时间的单位为秒（s）。 3. 电流密度 流过导体单位截面积的电流叫电流密度，用符号J表示，电流密度的单位是安／毫米2（A／mm2）。所取的截面积应与导体中电流方向相垂直，导体截面积的单位为毫米2（mm2）。 假定电流在导体截面积上分布是均匀的，则 （1－2） 式中 J——电流密度，A／mm2； I——导体中的电流，A； S——与导体中电流相垂直的横截面积，mm2。 【例1-1】在横截面积为2.5mm2的导线中，流过的电流为10A，求电流密度。 解：电流密度为 三、电阻与电导 1. 电阻 在金属导体中，自由电子在电场力作用下做定向运动时，与晶格中的离子发生碰撞，使自由电子运动受到阻力，即导体对电流有一定的阻力。导体对电流呈现的阻碍作用称为叫电阻，用参数R表示，电阻符号如图1－5所示。电阻的单位是欧姆（Ω），较大的电阻单位有千欧（kΩ）、兆欧（MΩ）。它们之间的换算关系为1kΩ＝103Ω；1MΩ＝106Ω。 同一物质对电流的阻力，主要决定于导体的长度和横截面积。截面积相同时，则导体越长，电阻越大；长度相同时，则截面积越大，电阻越小。所以电阻与导线长度L成正比，而与导线截面积S成反比。用公式表示为 （1-3） 式中 ρ一一电阻率（或电阻系数），Ω·m。 各种导电材料的电阻率产是不同的，常用的材料中，电阻率最小的是银，其次是铜和铝。 2. 电导 电阻的倒数称为电导，导体的电阻越大，电导越小。电导是表示材料导电能力的参数，用符号G表示。电阻的单位为欧姆时，电导的单位是（1／Ω），称为西门子，用符号S表示。即 （1-4） 【例1-2】如有一导线的电阻是100Ω，求该导线的电导。 解：该导线的电导为 【例1-3】在某设备中，需绕一个2Ω的电阻，现采用长度为2