第一章 电工基础知识

(四）电压和电位的异同
相同点： A 单位相同 B 都表示电场中某两点所具有能量的基本性质 不同点： A 电压值说明 (a,b两点) ab两点电场能量差值大小 a能量比b点大 电场在a点能量大小
电位值说明 (就a点而言) 正电荷一定由a点向参考点 移动 B 参考点的改变只影响电位值,不影响电压值
电源工作原理图
导体两端 的电压 导体中 电流
+
U
I
R
U I= R
导体的 电阻
-
第二章
直流电路
第一节 欧姆定律
例题: 有一只电阻器。R=100欧姆。它的最大允许电流
是4安培。问该电阻器所承受的最大电压是多少伏？
[解] 根据欧姆定律，得
U IR 4 100 400V
答：最大允许电压不能超过400伏。 定律公式变形：
2、电流的方向 电流的方向习惯上规定为正电荷定向移动的方向。 在金属导体中，电流的方向与自由电子定向移动的相 反。 电流的参考方向 在电路分析中，电流的实际方向不易判定或随时 间改变时，可给电流假定一个参考方向，也称正方向。 在计算中： 如果电流为正值，则实际方向与参考方向相同； 如果电流为负值，则实际方向与参考方向相反。
四、电阻与电导
（一）电阻
引子：导体在电场的作用下，自由电子的定向移 动受到两方面的阻力 A：热运动的阻碍 B：晶体点阵上原子实的阻碍 1、定义：表征导体对电流阻力大小的物理量， 称为电阻。 2、单位、符号：电阻用“R”表示，单位“欧姆” 用 （千欧和兆欧也是电阻的常用单位） ”表示 1千欧（KΩ）=103 欧（Ω） 1兆欧（ＭΩ）=10６欧（Ω）
定义：电流流经的闭合路径。 1、电路的组成
（1）电源：供给电能的设备，其主要作用是向电路提供 电能（如电池、发电机等）
（2） 负载：电路中各种用电设备总称。主要作用是将电 能转变成其他形式的能量。（灯泡、电炉） （3）连接导线：连接负载和电源的导电体，起着传输和分 配电能的作用 （4）控制和保护装置：用于控制电路的通断，以保证电 路安全而可靠地工作，使其自动完成某些特定的功能。（开关、 保险丝）
R0 很小，I 很大，电源和导线将被烧毁。
二、伏安特性曲线
实验的方法测得，表示两端的电压与流过电流的 关系，以电压为横坐标，电流为纵坐标。
电阻伏安特性 1、线性电阻：电阻的特性是一条经过原点的直线， 具有该特性的电阻称为线性电阻。 2、非线性电阻：电阻的特性是一条曲线，具有该 特性的电阻称为线性电阻。
（三）电压
1、定义：电场中不同两点间的电位的差值叫这 两点间的电压。用字母“U”表示。 推导：
Uab = Ua-Ub =
电压的单位：
Wa/q-Wb/q = Wab/q
电压的单位同电位的单位一样为“伏特” 用字母 “V”表示。
2、电压在电路中的标注方法
电路
I
U
电路 电位标注法
I
U
有向线段标注法 a Uab b
第二节
欧姆定律
一、欧姆定律
二、伏安特性曲线
第二章
直流电路
第一节 欧姆定律
欧 姆 定 律
第二章
直流电路
第一节 欧姆定律
一、欧姆定律
欧姆定律是表示电路中电压、电流、电阻三个基本 物理量之间关系的定律。 （一）部分电路的欧姆定律 导体中电流I 的大小与加在导体两 端的电压U成正比，而与导体的电阻成 反比。
特点：电解液中的正负离子参与导电，在导电过 程中伴有显著的化学变化和物质迁移。
2、绝缘体 不能导电的物体。如玻璃、胶水、陶 瓷、云母、橡胶等。 3、半导体 导电能力介于导体和绝缘体之间的物 质。半导体具有光敏、热敏和掺杂特性，主要材料有 硅、锗等。 用途：半导体常用来制作二极管、三极管和集成 电路。
Fg
q
F
U
三、电源与电动势
（一）电源 1、定义：电源是产生电能的设备，它的作用 是产生和维持电路两端电位差。 2、分类：电压源、电流源。（常用电源） 3、原理：电源的内部存在一种非电场力，它可 以将正电荷逆电场方向由电位低端移向电位高端， 以消耗其它能量转化为电场能量。
（二）电动势
1、定义：表征电源产生（转换）电场能力大 小的物理量称为电源的电动势。
（二）电阻定律
根据实际测定，一段给定的横截面积均匀的导体材 料，在一定温度下，它的电阻R与导体长度l成正比， 与横截面积S成反比，并与导体材料的性质有关， ρ /S 即 R= l
式中 ρ是表示材料性质的物理量，称为电阻率。 它是长度为1米，横截面积为1平方米的一段导体所具 有的电阻值。单位为Ω m
Ua= （Wa-Wo）/q = Wa/q = Wao/q
（Wao为电场力将正电荷由a点移动至参考点，电场力 对电荷所做的功）
参考点：参考点是可以任意选择的，在实际电 路中，一般选为接地的机壳为参考点。 当某点电位大于零时，表示该电位大于参考点 电位；当某点电位小于零时，表示该点电位低于参 考点电位。 在电路分析中，用电流的方向来判定电路中各 点电位的高低。 电位的单位：伏特，用字母“V”表示 1伏特=1焦耳/1库仑 1千伏（KV）=10３伏（V） 1伏（V）=10３毫伏（mV） 1毫伏（mV）=10３微伏（μV）
2、非线性电阻：电阻的特性是一条经过原点的 曲线，具有该特性的电阻称为线性电阻。
I
I
U
O 线性电阻
O 非线性电阻
U
第二章
直流电路
第一节 欧姆定律
例题:
如图所示，已知负载电阻R=10欧姆，在电路开路情 况下测得A、B两端电压为UK=132伏，在电路接通情况下， 测得电路中的电流I=11安，问电源的内阻R0和通路情况 下的电源两端电压U为多少？
第一章
第一节
第二节 第三节 第四节 第五节
电工基础知识
电路及基本物理量
欧姆定律 电池的串联、并联和混联 电功与电功率及电流的热效应 电容器
第二章
直流电路
第一节 欧姆定律
第一节 电路及基本物理量
一、电路与电路图 二、电流、电压及其参考方向 三、电动势 四、电阻与电导
一、电路与电路图 （一）电路的组成及种类
2、大小： 电源的电动势在数值上规定为：非电场力将单位正 电荷由电源的低电位端（负极）移到高电位端（正极）， 非电场力所做的功。用“E”或“e”表示，单位“伏特”
E=Ag/q
(Ag为非电场力做功q为正电荷所带电量）
3、电动势的方向和一般表示法 电动势的方向：(同电压的方向相反)规定为非电 场力移动正电荷的方向,即 电位升高的方向。 电压源的一般表示法：
UAB V
U I R
U R I
电阻两端电压与电流的比值等于一个常数，即电阻 的阻值。
第二章
直流电路
第一节 欧姆定律
U I R
U IR
A
I
电流流过电阻时，会有能量 损失，在电阻上会产生电压降， 电压降的大小等于电流和电阻的 乘积。 （二）全电路欧姆定律 1、 定律内容：
UAB
B
电阻上的电压降
R
全电路中的电流强度与电源的电动势成正比，与 整个电路（内电路+外电路）的电阻成反比。
（三）电导
电阻的导数叫做电导，用符号Ｇ表示，即 1 Ｇ＝ R 单位：西门子，简称西，用字母Ｓ表示。
导体的电阻越小，电导就越大，表明导体的导电性能 越好。 电阻和电导是导体同一性质的不同表示方法
（四）物质的分类
根据物质导电能力的强弱，自然界的物质分为导体、 半导体和绝缘体。 1、导体 具有良好的传导电流的物质。主要用来 输送和传递电流。 （1）第一类导体 金属和碳都属于第一类导体， 如银、铜、铝、铁、碳、石墨等。 特点：自由电子导电，在传导电流的过程中，没有 化学变化和物质迁移。 （2）第二类导体 电解液属于第二类导体。
电路
I
注脚标注法
3、电压的测量 用来测量电压的电表称为电压表。 直流电压表：接线柱有正负之分 电压表
交流电压表：接线柱无正负之分
无论直流还是交流，都须并联在电路中。
4、电压表的表示符号
直流电压表 （DC）
V
mV
μV
交流电压表 （AC）
V
mV
μV
5、电压的参考方向 电压是标量，其只能表示电位的高低。电压 的方向规定为从高电位（正极）指向低电位（负 极）的方向。 在电路分析中，电压的实际方向不易判定或 随时间改变时，可给电压假定一个参考方向，也称 正方向。 在计算中： 如果电压为正值，则实际方向与参考方向相同； 如果电压为负值，则实际方向与参考方向相反。
E U
E U
（三）端电压
定义：电源两端的电压称为电源的端电压。
电源两端电压总是低于电源的电动势 因为电源工作时F < Fg，若F=Fg在闭合电路 的情况下，则没有连续不断的电流供负载消耗。
电动势和电压的区别
电动势E 1 非电场力作功 电压U 电场力作功
2 电位升高的方向
电位降低的方向
3 消耗其他能量转化成电能 消耗电能转化成其他能量
U=f ( I )
I
如果 U 随 I 的增加下降较小， 说明电源外特性硬； 反之 ，则外特性软。
第二章
直流电路
第一节 欧姆定律
2、电源电动势与端电压的关系 1）电路正常工作时： UAB < E 2）当外电路电阻很大或电路开路时： I = 0， IR0 = 0 ， UAB = E
3）当电源短路时：
R外 0
（二）电路图（电路模型）
在一定条件下，把电路实体中的各种电器设备和元器 件用一些能够表征其主要电磁特性的理想元件（模型）来 代替，而对它实际上的结构、材料、开关等非电磁特性不 予考虑。 K 开关 电 简 池 单 电 路 示 意 图 电阻
二、电流、电压及其参考方向 （一）电流
1、电流 在电路中，电荷沿着导体定向运动形成电流。 （1）定义 单位时间内通过导体横截面的电荷量， 称为电流强度简称电流，用符号“I”表示。单位为安培， 简称安“A”。 （2）物理意义 1秒钟内通过导体横截面积的电量为1库仑时， 则导体内的电流为1安培，即： 1安培=1库仑/1秒
第二章
直流电路
第一节 欧姆定律
一般情况下，电源电动势和内电阻可以认为是不变的。 所以影响电路电流大小的唯一因素是外电路电阻R； 由于U = E - IR0 ， 所 以当R减小时，电流 I 增大， 则IR0将增大，因此U 将减 小； 端电压U 随电流 I 增 大而减小的关系叫做电源 的外特性。
U
E
O
2、电路和种类 直流电路 电路
简单电路
复杂电路来自百度文库单相电路
交流电路
三相电路
外电路 电流的路径
内电路
作用
电力电路（电能转换及传输） 电子电路（实现信号传递及处理）
3、电路的状态 （1）通路（闭路） 电源与负载接通，电路中有电流通过，电气设备或 元器件获得一定的电压和电功率，进行能量交换。 （2）开路（断路） 电路中没有电流通过，又称为空载状态。 （3）短路（捷路） 电源两端被导线直接相连，输出电流过大。（属于严 重过载，易引起火灾）
电流的单位：毫安或微安 1安（A）=103毫安（mA） 1毫安（mA）=103微安（uA） (3)形成电流的条件： A：要有可移动的带电粒子（电子、离子） B：要有推动带电粒子定向移动的力（电场力） 常见带电粒子 自由电子（金属中的电流） 正负离子（电解液中的电流） 宏观带电体（地球的公转和自转形成的电流）
[解] 因为
所以
U K 132V
I
A K
I
E U K 132V
E
又因为 R 10 (电路内阻)
R0
UAB V
R
I 11A (通路时电流)
B
第二章
直流电路
第一节 欧姆定律
所以
U IR 1110 110V
(端电压)
I
A K
I
由全电路欧姆定律，可以 求出内电阻R0：
E
R0
第二章
直流电路
第一节 欧姆定律
E I R R0
电路中的总 电流（A） 外电路电阻 （ ）
电源电动 势（V ）
E
I
A K
I
UAB V
内电路电阻 ( ）
R0
R
B
E IR IR0 U AB U 0
U 0 E U AB
电源的内压降U0无法用电压表直接测量，而是用开 路时端电压(电动势)与闭路时端电压之差求出。
3、电流的种类
I
直流：大小方向不随时间变化 DC 0 电 流 交流：大小方向随时间变化 AC
t t
i
0
I
脉冲直流：直流和交流的叠加
0
t
4、电流的表示符号
直流电流表 （DC）
A
mA
uA
交流电流表 （AC）
A
mA
uA
（二） 电位
1、定义：电荷在电场中某点所具有的能量 称为电位或电势。 2、大小：在数值上规定为电场力将单位正电荷 由该点移动至参考点或无穷远（电位为零）时，电场 力做功。 设电场中a点的电位为Ua，正电荷在该点所具有的 能量为Wa，参考点为Wo（Wo=0），则在均匀电场中，a 点的电位可表示为