电工基础知识培训教材1

电工基础知识培训教材

绪言

现代工业、农业、交通、通信、国防以及日常生活中电的应用广泛。但总的来说，电的应用有两大方面：一是作为一种能量——电能来应用；另一是作为一种信息——电信号来应用。（通常把电压、电流等电量的变化统称为电信号）电的应用极其广泛的原因，是由于它具有下列一些重要特点：

１、转换容易。作为能量，电能可以很方便地由水能、热能、化学能、原子核能等转而来，成为廉价的动力来源；而且电能又很容易转换成人们需要的其它各种形式的能量，如机械能、热能、化学能、光能等。作为信息，电信号与各种非电信号（温度、压力、流量等的变化）之间的相互转换也容易实现。

２、传输方便。作为能量，高电压远距离输送电能时，损失小、效率高；并且容易分配到各个用电设备上去。作为电信号，不但可在线路中迅速、稳定、准确地传输，而且可用电磁波的形式在空间传播。

３、便于控制和测量。电能或电信号的有关量值便于准确而迅速地进行控制和测量，利用电信号还可对电量以及各种非电量进行遥控和遥测，这些都为自动化生产提供了必要的有得条件。

随着电的日益广泛的应用，现代电工设备不但种类繁多，而且日新月异不断发展。但是目前绝大多数的设备仍是由各式各样的电路所组成。不论电路的结构如何复杂，它们和最简单的电路之间还是具有许多最基本的共性，而且遵循着相同的运动规律。因此本章主要容将着重于电工基础，介绍电路的组成、电气参数的物理意义以及其中的基本规律、电磁知识和常见的电气设备及元件的原理、电路的测量和分析计算等，以使大家对电建立起一个较完整的基本概念和理论，为以后的进一步学习打下基础。本次学习的容多，时间短，要在四天的时间完全掌握有一定的困难，需要在以后的工作中，继续学习加深和巩固。

由于自身的知识水平和业务能力有限，不可避免的存在一些的错误和不足，恳切的希望大家给予批评和指正。

§1 电路的基本概念

§1.1 电路的组成

在电的实际应用中，从最简单的手电筒的到复杂的电子计算机的运算，都由电路来完成的。

1、电路的组成及电路元件的作用

电路就是电流所流经的路径，它由电路元件组成。当合上电动机的刀闸开关时，电动机立即就转动起来，这是因为电动机通过导线经过开头与电源接成电流通路，并将电能转换为机械能。电动机、电源等叫做电路元件，电路元件大体可分为四类：

（1）电源：即发电设备，其作用是将其它形式的能量转换为电能。如电

池是将化学能转换为电能，而发电机是将机械能转换为电能。

（2）负载：即发电机设备，其作用是把电能转换为其它形式的能。如电炉是将电能转换为热能，电动机则是把电能转换为机械能。

（3）控制电器和保护电器：在电路中起控制和保护作用。如开关、熔断器、接触器等。

（4）导线：由导线材料制成，其作用就是把电源、负载和控制电器连接成一个电路，并将电源的电能传输给负载。

由此可见，电路的作用是产生、分配、传输和使用电能。图1-1就是最简单的电路。

2、电路图

在实际工作中，为便于分析、研究电路，通常将电路的实际元件用图形符号表示在电路图中，称为电路原理图，也叫电路图。图1-1a 电路元件图，1-1b 为1-1a的的原理电路图。

（介绍电气参数，引出后面电流、电压、电阻等的讲解）

§1.2 电流

一、物质的电结构

1、构成物质的分子与原子

世界上尽管有千万种的物质，例如铜、铁、玻璃、塑料、空气和水等，它们的性质各有不同中，但这些物质都由该物质的分子构成的。分子是最细小但不失原物质性质的颗粒。

分子是是由更小的物质微粒——原子组成。有些物质的分子比较简单，只有一种原子组成，例如常见的铜或铁等金属。水的分子是由两个氢原子和一个氧原子化合而成。塑料和其它有机化合物的分子结构都比较复杂。

原子是由原子核以及核外的电子所构成。不同的原子，其原子核外面的电子数目也不相同。例如氢原子在它的核外只有一个原子，而銅的原子则具有29个

电子。

原子核一般由质子和中子所组成。质子的数目总是等于核外的电子数。中子不带电，质子和电子都带电的粒子。质子带正电荷，电子带负电荷。在同一个原子中质子与电子所带的正、负电荷必定相等，因此就整个原子来说，正、负电荷的作用恰好完全抵消，所以物体平时不显示带电现象。见图1—2

图1—2 原子结构图

2、物体的带电、电荷量

如果由于两种不同的物质相互摩擦或其它原因，使一块物体上的电子转移到了另一块物体上，这样就使失去电子的这块物体带了正电荷，而获得了电子的那块物体带了相同数量的负电荷。物体失去或获得的电子越多，那么这块物体所带的正电荷或负电荷量也就越多。

电荷量是以库仑（简称库）为单位计量。据实验测定，一个电子具有的负电荷量约等于1.6×10-19库，也就是在1库的负电荷中约包含有625亿亿个电子。

带电的物体在其周围存在着电场，电场也是物质存在的一种形式。实践证明，带异号电荷的两物体之间有互相吸引的力，反之，带同号电荷的两物体之间有互相排斥的力，这种相互的吸力或斥力就是电场的作用力。见图1—3

图1—3 电场力的相互作用

3、库仑定律（了解）

库仑定义：当流过某曲面的电流1 安培时，每秒钟所通过的电量。

1 库仑（C）= 1 安培·秒（A · S）

库仑定律是电磁场理论的基本定律之一。真空中两个静止的点电荷之间的作用力与这两个电荷所带电量的乘积成正比，和它们距离的平方成反比，作用力的方向沿着这两个点电荷的连线,同号电荷相斥，异号电荷相吸。

库仑定律公式：F = k×(q1×q2)／r2公式1—1

r ——两者之间的距离（从 q1到 q2方向的矢径）

≈9.0×109 N·m2·C-2 k ——库仑常数 k=1／4πε

——真空介电系数，约为8.85 ×10-12 C2·N-1·m-2

ε

(1) 库仑定律只适用于计算两个点电荷间的相互作用力,非点电荷间

的相互作用力,库仑定律不适用。

(2) 应用库仑定律求点电荷间相互作用力时,不用把表示正,负电荷的"+","-"符号代入公式中计算过程中可用绝对值计算,其结果可根据电荷的正,负确定作用力为引力或斥力以及作用力的方向。

库仑定律成立的条件：处在真空中，必须是点电荷。

注：计算时不一定要求静止是因为在平时的出题和提升中，很大一部分不考虑点电荷是否静止。

图1—4 点电荷的作用

库仑定律——描述静止点电荷之间的相互作用力的规律

由公式1—1可知电荷之间的作用力随着电荷量的增大而增大，随着距离的增大而减小。

二、电流

1、电流：电荷有规则的运动。

导体的电流是由于导体部的自由电子在电场的作用下有规则的运动而形成的。此外，在有些液体或气体中由于存在带正、负电荷的离子，它们在电场作用下分别朝着一定的方向运动，因此也能形成电流。

电流的大小取决于一定的时间以通过的导体截面的电荷量的多少。

i＝qD／t (I＝Q／T) 公式1—2