《电工技术基础与技能》模块二

真空的磁导率是一个常数，用µ0表示，即 µ0=4π×10-7H/m 为了将便其于它对物各质种的物磁质导的率导μ与磁μ性0比能较进，行其比比较值，叫以做真相空对中磁磁导导率率，µ0用为μ基r表准示，，
即
相对磁导率是没有单位的量。根据μr的大小，可将物质分为三类： 1）顺磁物质 顺磁物质的磁导率μr略大于1，如空气、氧、锡、铝、铅等。 2）反磁物质 反磁质物。质的磁导率μr小于1，如氢、铜、石墨、银和锌等物质都是反磁物
同匝数的线圈进行实验，发现感应电流的大小是不相同的。实验结果 表明，线圈中的感应电动势的大小与下列因素有关：
磁场强度是矢量，它的方向与该点磁感应强度的方向相同。
3．几种常见载流导体的磁场强度
1）载流长直导线
在载流长直导线产生的磁场中，有一点P，它与导线的距离为r，如下图
所示。实验证明该点磁场强度的大小与导线中的电流成正比，与r成
反比，即
H I
2 r
2）载流螺旋管
可以将密绕载流螺旋管内部磁场近似地看成匀强磁场。如果螺线管的
2）通电螺线管的磁场方向 如果将通电直导线绕成螺线管，那么通电螺线管的磁场方向仍然可以 用右手螺旋定则来判断。判断方法是：右手握住螺线管并把拇指伸开， 弯曲的四指表示电流的方向，则拇指所指的方向就是通电螺线管的磁场 北极（N）的方向。
3．磁感应强度和磁通
1）磁感应强度 载流导线通电后，受到磁场力的作用而运动。可用数学表达式表示为
3）铁磁物质 铁磁物质的磁导率μr远大于1，如铁、钢、铸铁、镍和钴等。
2．磁场强度
磁感应强度B与物质的磁导率有关系，计算比较复杂。为了使运算简便， 引入一个新的辅助计算量——磁场强度，用字母H表示。磁场中某点 的磁场强度等于该点的磁感应强度与介质磁导率μ的比值，即
HB
式中 B─—磁场中某点的磁感应强度，单位是特[斯拉]，符号为T； μ─—磁场中介质的磁导率，单位是亨[利]每米，符号为H/m； H─—磁场中该点的磁场强度，单位是安[培]每米，符号为A/m。
电磁感应现象中，闭合回路中有感应电流产生，这个回路必定有感应 电动势存在。由电磁感应产生的电动势叫做感应电动势。
不管电路是否闭合，只要有电磁感应现象发生，就会产生感应电动势， 而感应电流只有当回路闭合时才有，开路时则没有。可见，感应电动 势比感应电流更能反映电磁现象的本质。
2．电磁感应定律
在电磁感应实验中，使用不同强度的磁铁，改变磁铁的运动速度，用不
2．电流的磁效应
电流可以产生磁场，永久磁铁的磁场是由分子电流产生的。通电导体的 周围存在着磁场，这种现象叫做电流的磁效应。磁场的方向决定于电 流方向，可以用右手螺旋定则来判断。
1）通电长直导线的磁场方向 通电长直导线的磁场方向可以用下面的方法判断：右手握住导线并把拇
指伸开，用拇指指向电流方向，那么四指环绕的方向就是磁场方向 （磁感线方向），如下图所示。
CQ U
重点提示：习惯上，将电容器简称为电容，所以符号C具有双重意义， 它既代表电容器元件，也代表电容器的参数电容量。
2.1.2平行板电容器
设平行板的面积为S，两平行板间的距离为d，两板间电介质的介电常数 为ε。理论和实验证明，平行板电容器的电容量与极板面积S及电介质 的介电常数ε成正比，与两极板间的距离成反比。其数学表达式为
2.2.2电容器的种类
电容器的种类很多，其分类方法也很多。按其电容量是否可变，通常分 为固定电容器和可变电容器，可变电容器中还包括半可变（微调）电 容器。按电介质可分为有机介质电容器、无机介质电容器、电解电容 器和空气介质电容器等。按制造材料可以分为瓷介电容器、涤纶电容 器、电解电容器、钽电容器、云母电容器等。按用途可分为旁路电容 器、滤波电容器、调谐电容器、耦合电容器等。
2.3电容器的连接
2.3.1电容器的串联 当单独一个电容器的耐压不能满足电路要求，而它的容量又足够大时，
可将几个电容器串联起来，再接到电路中使用。这种将两个或两个以 上的电容器，连接成一个无分支电路的连接方式叫做电容器的串联.
电容串联的特点： 电容器串联时，总电容的倒数是各个电容器电容的倒数之和。 在电容器串联电路中，各个电容器两端的电压大小和其自身的电容成反比。
从能量转化的角度看，电容器的充、放电过程，实质上是电容器与外部 能量的交换过程。在此过程中，电容器本身不消耗能量，所以说，电 容器是一种储能元件。
通过进一步的理论分析，可得到电容器中电场能
WC
1 CU 2 2
式中 C─—电容器的电容，单位是法[拉]，符号为F；
U─—电容器两极板间的电压，单位是伏[特]，符号为V；
3．电容器的精度 1）电容器的精度等级 电容器的精度通常分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级。无极性电容器的精
度通常为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级，电解电容器的精度多为Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级。 2）精度等级与允许误差的关系 电容器的精度等级与允许误差的对应关系为：Ⅰ级允许误差为±5%，Ⅱ
级允许误差为±10%，Ⅲ级允许误差为±20%，Ⅳ级表示允许误差范 围是+20%～-10%，Ⅴ级表示允许误差范围是+50%～-20%，Ⅵ级表示 允许误差范围是+50%～-30%。
匝数为N，长度为L，通电电流为I。理论和实验证明，其内部磁场强度
为
H NI
L
通电螺线管磁场强度的方向，可应用右手螺旋定则来判断。
2.6电磁感应
我们通过实验来了解电磁感应现象。
利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应现象，用电磁感应的方法产生的 电流叫做感应电流。
因此，可以得出重要结论：闭合回路中的一部分导体在磁场中作切割磁 感线运动时，回路中有感应电流。
如果磁场中各点的磁感应强度B的大小和方向完全相同，那么这种磁场叫 做匀强磁场。在匀强磁场中，磁感线是平行、等距的一系列直线，如 下图所示。
2）磁通
磁感应强度B和与其垂直的某一截面积S的乘积，叫做通过该面积的磁通。
在匀强磁场中，磁感应强度B是一个常数，磁通的计算公式为
Φ=BS
式中 B─—匀强磁场的磁感应强度，单位是特[斯拉]，符号位T；
C S
d
应当指出的是，并不是只有电容器才有电容，实际上任何两个相互绝 缘的导体之间都存在着电容。例如，两根输电线之间，输电线与大地 之间都存在着电容；三极管三个电极之间也存在着电容（也称分布电 容）。因其电容量很小，有时可以忽略不计，但在高频电路中其作用 能明显显现出来。此外，尽管电容器和电容量均简称为电容，但要注 意电容器是储存电荷的设备，而电容量是衡量电容器在一定外加电压 作用下储存电荷能力大小的物理量，两者意义不同，不可混淆。
F=BIL
对于一个给定的磁场中的某一确定点，B是一个常数，叫做磁感应强度。
磁感应强度既反映了某点磁场的强弱，又反映了该点磁场的方向，磁感 应强度是矢量。磁场中某点磁感线的切线方向就是该点磁感应强度的 方向。对于某一确定磁场中的某固定点，磁感应强度的大小和方向是 确定的。对于磁场中的不同点，磁感应强度的大小和方向未必完全相 同。因此，可以用磁感应强度描述磁场中各点的性质。
应用楞次定律判定感应电流方向的步骤是：首先明确原来磁场的方向以 及穿过闭合电路的磁通是增加还是减少，然后根据楞次定律确定感应 电流的磁场方向，最后用右手螺旋定则来确定感应电流的方向。
用楞次定律和右手定则都可以判定感应电流的方向，两种方法得出的结 论完全一致。
2.6.2电磁感应定律 1．感应电动势 如果闭合回路中有持续的电流，那么该回路中必定有电动势。因此，在
磁体。磁铁是具有磁性的物体，它分为天然磁铁和人造磁铁两类。常 见的人造磁铁有条形磁铁、马蹄形磁铁和针形磁铁等，如下图所示。
为了准确的分析描述磁场，在条形磁铁的周围放置小磁针，根据小磁针的指向并 利用磁感线来形象的描绘磁场，即在磁场中画出一系列曲线，曲线上任意一点的 切线方向就是该点的磁场方向（小磁针在该点时，北极所指的方向）。 磁感线有以下特性： 1）磁场的强弱可用磁感线的疏密表示，磁感线密的地方磁场强；疏的地方磁场 弱。 2）在磁铁外部，磁感线从N极到S极；在磁铁内部，磁感线从S极到N极。磁感线 是闭合曲线。 3）磁感线不相交。
模块二 电容器和电感器
2.1电容器与电容 在电子技术中，电容器常用于滤波、耦合、移相、选频等；在电力 系统中，电容器可用来提高电力系统的功率因数。电容器是储存电 荷的器件，是最基本、最常用的电子元件之一。 常用的电容器如下图所示。
2.1.1电容器和电容 1．电容器
两个相隔很近的导体中间用绝缘物质隔开就构成了电容器（简称电容）， 用符号C表示。组成电容器的两个导体叫做极板，中间的绝缘物质叫做电 容器介质。 电容器最基本的特性是能够储存电荷，即电容器是储能元件。 2．电容 如果电容器两极间的电压为U时，电容器任一极板所带电容量是Q，那么Q 与U的比值就叫做电容器的电容量（简称电容），用字母C表示，即
2.电容器的放电过程 实验分析：电容器两极板间的电压最初等于电源电动势E，放电时，回路
中有电流。随着两极板上的正、负电荷不断中和，两极板间的电压随 之下降，电路中的电流随之减小。电容器两极板的正、负电荷完全中 和，两极板的电压为零，电路中电流为零，放电过程结束。
2.4.2电容器中的电场能
实验中可看出，电容器放电时，指示灯会亮一下，经过一小段时间才暗 下来。可见，充了电的电容器中存储了能量，通过指示灯转换成光能 释放出来。
2.3.2电容器的并联
当单独一个电容器的电容量不能满足电路的要求，而它的耐压满足电路 要求时，可将几个电容器并联起来，再接到电路中使用。把几只电容 器接到同一对节点之间的连接方式叫做电容器的并联。
电容器并联的特点： 电容器并联时，总电容等于各个电容器电容之和。即
C=C1+C2+C3
重点提示：电容器并联电路中，每只电容器直接承受着同样的外加电压。因此 每只电容器的耐压均应大于外加电压。否则，一只电容器被击穿，整个并联电容 器组就被短路，会对电路造成危害。
WC─—电容器中的电场能，单位是焦[耳]，符号为J。
重点提示：由于电容器或电容设备在切断电源后仍保持一定的电压，所 以注意不能触摸它们，而应该先把这些电容设备短接放电。
2.5磁场及其基本物理量
2.5.1磁感应强度和磁通 1．磁体与磁感线 某些物体具有吸引铁、镍、钴等的性质叫做磁性。具有磁性的物体叫做
S─—与B垂直的某一截面面积，单位是平方米，符号位m2；
Φ─—通过该面积的磁通，单位是韦[伯]，符号位Wb。
上式还可以写成
B S
可见，在匀强磁场中，磁感应强度就是与磁场垂直的单位面积上的磁通。 所以，磁感应强度又叫做磁通密度（简称磁密）。
2.5.2磁场强度 1．磁导率
通电螺线管的周围存在着磁场，若在磁场中放置某种物质（例如将软铁 插入线圈），磁场的强弱会受到影响。物质导磁性能的强弱用磁导率 µ表示。µ的单位是亨[利]每米，符号为H/m。不同物质的磁导率µ不同。 在相同条件下，µ值越大，磁感应强度B越大，磁场越强；µ越小，磁 感应强度B越小，磁场越弱。
2.4电容器中的电场能
2.4.1电容器的充电和放电 1.电容器的充电过程
实验分析：在直流电压作用下，自由电子从电容器的正极板经导线、电 源内部移动到负极板上去，形成了充电电流。开始充电时，充电电流 较大。随着电容器正极板上自由电子的流失，其电位逐渐升高，与电 源正极间的电压逐渐减小，电流也就随之越来越小。当电容器正极板 与电源正极的电位相等时电源电动势。
2.2电容器的参数与种类
2.2.1电容器的参数 电容器的主要参数有额定电压、标称电容量、允许误差和精度等。
1．额定工作电压
电容器的额定工作电压是指使电容器能够长时间地稳定可靠工作，并且 保证电介质性能良好时所承受的直流电压数值或最大交流电压的有效 值。
2．标称电容量和允许误差 电容器上所标明的电容量的值叫做标称电容量（俗称容量、电容量）。
1．右手定则 导线作切割磁感线运动时产生的感应电流的方向，可以用右手定则来判
定,如下图所示。伸出右手，让拇指和四指在同一平面内并且拇指和其 余四指垂直，让磁感线从掌心穿入，拇指指向导线运动方向，四指所 指的方向为感应电流的方向。
2．楞次定律
可以用楞次定律判断感应电流的方向。
楞次定律指出：感应电流的方向，总是使感应电流的磁场阻碍引起感应 电流的磁通量的变化。