《電工技術(shù)》 范次猛電子教案

1、,21世紀(jì)職業(yè)教育規(guī)劃教材 電工技術(shù) 范次猛 編著 中國水利水電出版社,,,,,,磁場與電磁感應(yīng),,,,,目　錄,電路的基本知識和定律,直流電路,電容器,第一章,,,非正弦交流電,,,,,單相正弦交流電路,三相正弦交流電路,,,第二章,第五章,第四章,第三章,第六章,第七章,,,,,,,磁場與電磁感應(yīng),,,,,磁路與變壓器,直流電路,異步電動機(jī)的工作原理及應(yīng)用,第八章,,,非

2、正弦交流電,,,,,單相正弦交流電路,三相正弦交流電路,,,第九章,第十二章,第十一章,第十章,第十三章,第十四章,,,目　錄,第一章 電路的基木知識和基本定律,1.1 電路及電路圖1.2 電流1.3 電壓和電位1.4 電源1.5 電阻與電導(dǎo)1.6 歐姆定律1.7 電路中各點(diǎn)電位的計(jì)算1.8 電功與電功率,,,1.1 電路及電路圖,一、電路和電路的組成,電路的概念：電流經(jīng)過的路徑叫做電路。電路的組成：,(a)實(shí)物圖

3、 (b)電路圖 1-1 電路的組成1．電源電源是供給電能的設(shè)備，它把其他形式的能轉(zhuǎn)換成電能。2．負(fù)載負(fù)載是應(yīng)用電能的裝置，它把電能轉(zhuǎn)換成其他形式的能量。3．導(dǎo)線和開關(guān)導(dǎo)線是用來連接電源和負(fù)載的元件。開關(guān)是控制電路接通和斷開的裝置。,,,二、電路圖,圖1-la所示是用電氣設(shè)備的實(shí)物圖形表示的實(shí)際電路。它的優(yōu)點(diǎn)是很直觀，

4、但畫起來很復(fù)雜，不便于分析和研究。因此，在分析和研究電路時，總是把這些實(shí)際設(shè)備抽象成一些理想化的模型，用規(guī)定的圖形符號表示，如圖1-1b所示。這種用統(tǒng)一規(guī)定的圖形符號畫出的電路模型圖稱為電路圖。,(a)實(shí)物圖 (b)電路圖 1-1 電路的組成,,,,,三、電

5、路的工作狀態(tài),1．通路 通路是指電源與負(fù)載接成閉合回路時的工作狀態(tài)，這時電路中有電流通過。如圖1-1中當(dāng)開關(guān)閉合時，電路就是通路狀態(tài)。,2．開路 開路也叫斷路，是指電源與負(fù)載未接成閉合電路時的工作狀態(tài)，這時電路中沒有電流通過，如圖1-1中當(dāng)開關(guān)斷開時，電路就是斷路狀態(tài)。,,,3．短路 短路是指電源未經(jīng)負(fù)載而直接由導(dǎo)線 (導(dǎo)體)構(gòu)成通路時的工作狀態(tài)， 如圖1-2所示。,圖1-2 電路短路,

6、1.2 電流,一、電流的形成,電流是由于電荷的定向移動形成的。在金屬導(dǎo)體中，電流是由于電子在外電場作用下有規(guī)則地運(yùn)動形成的。而在某些液體或氣體中，電流則是由于正離子或負(fù)離子在電場力作用下有規(guī)則地運(yùn)動形成的。,二、電流的方向 習(xí)慣上我們把正電荷移動的方向規(guī)定為電流的正方向。,,,圖1-3 電流的方向,電流的單位是安培，簡稱安，用符號A表示，電量的單位是庫侖，簡稱庫，用C表示。若在1s內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電量為lC，

7、則導(dǎo)體中的電流就是lA。電流的常用單位還有kA（千安）、mA（毫安）、μA（微安），其換算關(guān)系是: 1kA＝1×1000 A 1A＝1×1000 mA 1mA＝1×1000μA例1-1 某導(dǎo)體在0.5min

8、的時間內(nèi)均勻通過導(dǎo)體橫截面的電荷量為120C，求導(dǎo)體中的電流是多少?解：,三、電流的大小,通常用單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電量來表示電流的大小，以字母 表示。若在 秒鐘內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電量是q，則電流可用下式表示: (1-1),,,,,帶電體的周圍存

9、在著電場，電場對處在電場中的電荷有力的作用。當(dāng)電場力使電荷移動時，我們就說電場力對電荷做了功。 圖 1-4規(guī)定： 電場力把單位正電荷從電場中a點(diǎn)移動到b點(diǎn)所做的功 稱為a、b兩點(diǎn)間的電壓，用Uab表示:,,1.3 電壓與電位,一、電壓,,,,,,,,,,,二、電位,如果在電路中任選一點(diǎn)為參考點(diǎn)，那么電路中某點(diǎn)的電位就是該點(diǎn)

10、到參考點(diǎn)之間的電壓。也就是說某點(diǎn)的電位等于電場力將單位正電荷從該點(diǎn)移動到參考點(diǎn)所做的功。電位的符號用φ表示。如圖1-4所示，以0點(diǎn)為參考點(diǎn)，則a點(diǎn)的電位為:,,,,,,,,,同樣，b點(diǎn)的電位：,,,三、電壓與電位的關(guān)系,如圖1-4所示，以o點(diǎn)為參考點(diǎn)時，則a與b點(diǎn)的電位分別為:,,,,,電路中任意兩點(diǎn)間的電壓等于該兩點(diǎn)間的電位之差，所以電壓又稱電位差。,,,,－,電壓的參考方向有兩種表示方法，如下圖所示。一種是用箭頭表示。箭頭指向?yàn)殡?/p>

11、位降落的方向。第二種是用雙下標(biāo)字母表示。,1．4 電源,一、電源與電動勢在電源外部電路中，電場力把正電荷由高電位經(jīng)過負(fù)載移動到低電位，那么，在電源內(nèi)部電路中，也必定有一種力能夠不斷地把正電荷從低電位移到高電位，我們把這種力叫做電源力。,,,,,在電源內(nèi)部，電源力把正電荷從低電位 (負(fù)極)移到高電位 (正極)反抗電場力所做的功 與被移動電荷的電荷量 的比值就是電源電動勢。用公式表示為,,,二、電動勢與端電壓的關(guān)系,在電動勢的形成過程中

12、，出現(xiàn)了電荷的分離，形成了電場，使電源兩端具有了不同的電位。我們把電源兩端的電位差，稱為電源的端電壓。,,,,,,,圖1-9 電動勢與端電壓的關(guān)系,電動勢是描述電源力 (非電場力)做功的物理量，而電壓則是描述電場力做功的物理量。電動勢僅存在于電源內(nèi)部，而電壓不僅存在于電源兩端，而且也存在于電源外部。,,三、電壓與電位的關(guān)系,如圖1-4所示，以o點(diǎn)為參考點(diǎn)時，則a與b點(diǎn)的電位分別為:,,,,,電路中任意兩點(diǎn)間的電壓等于該兩點(diǎn)間的電

13、位之差，所以電壓又稱電位差。,,,,－,電壓的參考方向有兩種表示方法，如下圖所示。一種是用箭頭表示。箭頭指向?yàn)殡娢唤德涞姆较?。第二種是用雙下標(biāo)字母表示。,1．5 電阻與電導(dǎo),,,當(dāng)電流通過金屬導(dǎo)體時，做定向運(yùn)動的自由電子會與金屬中的帶電粒子發(fā)生碰撞。使導(dǎo)體對電荷的定向運(yùn)動有阻礙作用。電阻就是反映導(dǎo)體對電流起阻礙作用大小的一個 物理量。用字母R表示。在國際單位制中，電阻的單位是歐姆，簡稱歐，用符號Ω表示。其常用單位還有kΩ（千

14、歐）和MΩ（兆歐），它們之間的換算關(guān)系是:lkΩ＝1O00ΩlMΩ＝1000kΩ＝1000000Ω,一、電阻,二、電阻定律,導(dǎo)體的電阻是客觀存在的，它不隨導(dǎo)體兩端電壓大小而變化。即使沒有電壓，導(dǎo)體的電阻仍然存在。實(shí)驗(yàn)證明，導(dǎo)體的電阻跟導(dǎo)體的長度成正比，跟導(dǎo)體的橫截面積成反比，并與導(dǎo)體的材料性質(zhì)有關(guān)。對于長度為l、截面為S的導(dǎo)體，其電阻可用下式表示:,,式中的是 與導(dǎo)體材料性質(zhì)有關(guān)的物理量，稱為電阻率或電阻系數(shù)。其單位

15、名稱是歐·米，用符號Ω·m表示。,,,三、電阻與溫度的關(guān)系,實(shí)驗(yàn)表明，導(dǎo)體的溫度變化，它的電阻也隨著變化。一般的金屬材料，當(dāng)溫度升高時，導(dǎo)體的電阻增加。,,,,,電阻器有時也簡稱電阻，它分為固定電阻器和可變電阻器兩類。常用的固定電阻器有線繞電阻、薄膜電阻、實(shí)心電阻三種?？勺冸娮杵鞯淖柚翟谝欢ǚ秶鷥?nèi)變化，具有三個引出端的常稱為電位器。常用電阻器的實(shí)物外形及電路符號如圖 1-10所示

16、。,,,,,四、常用電阻器,圖1-10 常用電阻器實(shí)物外形及電路符號,,五、電導(dǎo),我們把電阻的倒數(shù)叫做電導(dǎo)。用符號G表示，即:,,,,,導(dǎo)體的電阻越小，電導(dǎo)就越大。電導(dǎo)大就表示導(dǎo)體的導(dǎo)電性能良好。電導(dǎo)的單位名稱是西門子，簡稱西，用符號S表示。,,,,,各種材料的導(dǎo)電性能有很大差別。在電工技術(shù)中，各種材料按照它們的導(dǎo)電能力，一般可分為導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體和超導(dǎo)體。,一、部分電路歐姆定律圖1-12為不含電源的部分電路。當(dāng)在電阻兩端加上

17、電壓時，電阻中就有電流流過。實(shí)驗(yàn)表明：流過電阻的電流I與電阻兩端的電壓U成正比，與電阻R成反比。這一結(jié)論稱為部分電路歐姆定律。用公式表示為: （ 或 ）,1.6

18、 姆歐定律,,,,,,,,圖1-12 部分電路,二、電壓、電流關(guān)系曲線 電流與電壓間的正比關(guān)系，可以用伏安特性曲線來表示。伏安特性曲線是以電壓U為橫坐標(biāo)，電流I為縱坐標(biāo)畫出的U-I關(guān)系曲線。電阻的伏安特性曲線是直線時，該電阻稱為線性電阻，其阻值R為一常數(shù)，如圖1-15所示。,,,,,,,三、全電路歐姆定律 全電路是指含有電源的閉合電路，如圖1-l6所示。 圖中的點(diǎn)劃線框內(nèi)代表一個實(shí)際的電源。電源的內(nèi)部一般都是有電阻的，

19、這個電阻稱為 電源的內(nèi)電阻，用字母r表示。為了看起來方便，通常在電路圖上把r單獨(dú)畫出。,圖1-15 線性電阻的電壓、電流關(guān)系 圖1-16 全電路,當(dāng)開關(guān)S閉合時，負(fù)載R上就有電流流過，這是因?yàn)殡娮鑳啥擞辛穗妷篣的緣故。電壓U是由電動勢E產(chǎn)生的，它既是電阻兩端的電壓，又是電源的端電壓。 下面來討論電動勢E和電源端電壓U的關(guān)系。當(dāng)開關(guān)S打開時，電源的端電壓在數(shù)值上與電源電動勢相等(方向

20、是相反的)；當(dāng)開關(guān)S閉合時，如果用電壓表測量電阻R兩端的電壓，就會發(fā)現(xiàn)所測數(shù)值比開路電壓小。這是為什么呢?這是因?yàn)殡娏髁鬟^電源內(nèi)部時，在內(nèi)電阻上產(chǎn)生了電壓降 ， ?？梢婋娐烽]合時，端電壓U應(yīng)該等于電源電動勢減去內(nèi)壓降 ：,,,,,,,,即,表明：在一個閉合電路中，電流強(qiáng)度與電源的電動勢成正比，與電路中內(nèi)電阻和外電阻之和成反比。這個規(guī)律稱為全電路歐姆定律。,四、電源的外特性 我們把電壓隨負(fù)

21、載電流變化的關(guān)系，稱為電源的外特性，所繪成的曲線稱做電源的外特性曲線，如圖1-18所示。根據(jù)外特性曲線可以看出，電源端電壓隨著電流的大小而變化，當(dāng)電路接小電阻時，電流增大，端電壓就下降；當(dāng)電路接大電阻時，電流減小，端電壓就上升。,,,,,,,圖1-18 電源的外特性,電源端電壓的高低不但和負(fù)載電阻有密切關(guān)系，而且與電源的內(nèi)阻大小有關(guān)。在負(fù)載電流不變的情況下，內(nèi)阻減小，端電壓就上升；內(nèi)阻增大，端電壓就下降。當(dāng)內(nèi)阻為零時，也就是在理想情

22、況下 (這時的電源稱為理想電源)，端電壓不再隨電流變化，端電壓等于電動勢，如圖1-18中的虛線所示。,,,一、電位的計(jì)算 計(jì)算電位的基本步驟是:1．分析電路 根據(jù)已知條件，求出部分電路或某些元件上電流電壓的大小和方向。2．選定零電位點(diǎn) (參考點(diǎn))選定零電位點(diǎn)時，雖然可

23、任意選取，但應(yīng)以計(jì)算方便為好。如圖1-19中，若取 d點(diǎn)為參考點(diǎn)，則計(jì)算a、b、c點(diǎn)的電位就簡單方便。但如果取a點(diǎn)或c點(diǎn)為參考 點(diǎn)，計(jì)算其他點(diǎn)的電位就比較繁瑣。3．計(jì)算電位參考點(diǎn)選好以后，要計(jì)算某點(diǎn)的電位，可從這點(diǎn)出發(fā)，經(jīng)電路中任意路徑到參 考點(diǎn) (零電位點(diǎn))，將這條路徑上的各段電壓，按照從該點(diǎn)指向參考點(diǎn)的方向，依次相加。路徑可以任意選擇，但選擇的原則首先要計(jì)算方便簡單。如圖1-19中，以d點(diǎn)為參考點(diǎn)，若求b點(diǎn)的電位

24、，選擇的路徑有三條，一條是從b點(diǎn)經(jīng)電阻R1→a點(diǎn)→El到參考點(diǎn)，其電位 ；第二條 是從b點(diǎn)→R3→參考點(diǎn)；電位 = ，第三條是從b點(diǎn)→R2→c點(diǎn)→E2→d點(diǎn)，電位

25、 。顯然，選取第二條路徑最簡捷。如果要計(jì)算某兩點(diǎn)間的電壓，可根據(jù)電壓等于電位差求得。,1．7 電路中各點(diǎn)電位的計(jì)算,,,,,,,,,,,,圖1-19,二、電路中兩點(diǎn)間電壓的計(jì)算 計(jì)算電路中任意兩點(diǎn)間電壓的方法通常有兩種。 第一種方法是由電位求電壓。如電路中有兩點(diǎn)a、b，在任意選擇參考點(diǎn)后，分別求出 、 ，根據(jù)電壓等于電位之差的關(guān)系，求出a、b間的電壓 。 第二種方

26、法是分段法，即：把兩點(diǎn)間的電壓分為若干個小段進(jìn)行計(jì)算，各小段電壓的代數(shù)和即為所求電壓。,,,,,,,,,,,一、焦耳定律電流通過金屬導(dǎo)體時，導(dǎo)體會發(fā)熱，這種現(xiàn)象稱為電流的熱效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：電流流過金屬導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電流的平方、導(dǎo)體的電阻、通電時間成正比即:如果電流的單位為A，電阻的單位為Ω，時間的單位為s，則熱量單位為J。此關(guān)系稱為焦耳定律。,1．8 電功與電功率,,,,,,,,,二、電功,電流通過不同的負(fù)載時，負(fù)載可

27、以將電源提供的電能轉(zhuǎn)變成其他不同形式的能量，電流就要做功。前面講述電壓時曾經(jīng)講過，如果a、b兩點(diǎn)間的電壓為U，則將電量為q的電荷從a點(diǎn)移到b點(diǎn)時電場力所做的功為:,,在國際單位制中電功的單位是焦耳，簡稱焦，用符號J表示。在實(shí)際應(yīng)用中，電功還有一個常用單位是“度”，即千瓦時，用字母kW·h表示。1kW·h＝3.6×106J,三、電功率電功可以表示電場力做功的多少，但不能表示做功的快慢。為了表示電場

28、力做功的快慢，通常用電功率來描述，所謂電功率是指電場力在單位時間內(nèi)所做的功，用字母P表示，即:,,,,,,,,,電阻的電功率與其電壓、電流、電阻的關(guān)系還有:,,,,所謂額定值就是保證電氣設(shè)備能長期安全工作的最大電壓、電流和功率，分別稱為額定電壓、額定電流和額定功率。例如，我們常見的燈泡上的220V 4OW或電阻上標(biāo)的1OOΩ 2W等都是額定值。電氣設(shè)備的額定值通常標(biāo)在一塊小金屬牌 (叫銘牌)上，固定在設(shè)備的外殼上。因而有時額定值

29、又可以叫做銘牌數(shù)據(jù)。,四、負(fù)載的額定值,五、負(fù)載獲得最大功率的條件,圖1-22是電源接有負(fù)載R的閉合電路。在閉合電路中，電源電動勢所提供的功率，一部分消耗在電源內(nèi)阻r上，另一部分消耗在負(fù)載電阻R上。由于電源的內(nèi)阻一般是固定的，因而負(fù)載獲得的功率和負(fù)載電阻R的大小有密切關(guān)系。,圖 1-22 有源負(fù)載電路,,,負(fù)載R獲得的功率為：,,,顯然，由于式中E、r都可以近似看成常量，則只有在分母為最小值，也就是在R＝r時，P才能達(dá)到最大值。

30、其最大值為:,,所以負(fù)載獲得最大功率的條件是:負(fù)載電阻等于電源內(nèi)阻。由于負(fù)載獲得的最大功率就是電源輸出的最大功率，因而這一條件也是電源輸出最大功率的條件。負(fù)載功率 (或電源輸出功率)隨電阻R變化的曲線如圖1-23所示。,圖1-23 功率-負(fù)載關(guān)系曲線,第二章 直 流 電 路,2.1 電阻的串聯(lián)2.2 電阻的并聯(lián)2.3 電阻的混聯(lián)2.4 基爾霍夫定律及應(yīng)用2.5 電壓源、電流源及其等效變換2.6 支路電流法2.7 疊

31、加原理2.8 戴維南定理,,,一、電阻的串聯(lián)把兩個或兩個以上的電阻器，一個接一個地連成一串，使電流只有一條通路的連接方式叫做電阻的串聯(lián)。如圖2-l a。,2. 1 電阻的串聯(lián),,,,,,,,圖2-1 電阻的串聯(lián)及其等效電路,,,二、串聯(lián)電路的特點(diǎn)1．電路中流過每個電阻的電流都相等，即：,2．電路兩端的總電壓等于各電阻兩端的電壓之和，即：,3．電路的等效電阻 (即總電阻)等于各串聯(lián)電阻之和，即：,在分析電路時，為了方便起見，常用

32、一個電阻來表示幾個串聯(lián)電阻的總電阻，這個電阻叫等效電阻。圖2-lb所示就是采用等效電阻后的等效電路。,4．電路中各電阻上的電壓與各電阻的阻值成正比。,,,,,,,,,,,在計(jì)算中，經(jīng)常遇到兩個或三個電阻的串聯(lián)，當(dāng)給定總電壓時，它們的分壓公式分別為:,5．串聯(lián)電路的總功率P等于各串聯(lián)電阻所消耗的功率之和。即：,,6．在串聯(lián)電路中，各個電阻所消耗的功率與阻值成正比。即：,,三、串聯(lián)電路的應(yīng)用,,,,,,,,,,,圖2-2 分壓器

33、 圖2-3 擴(kuò)大電壓表量程,,,,,,,,,,,,2．2 電阻的并聯(lián),,,,,,,,,,,把兩個或兩個以上的電阻并列地連接在兩點(diǎn)之間，使每一電阻兩端都承受同一電壓的連接方式叫做電阻的并聯(lián)。圖2-5a所示為三個電阻構(gòu)成的并聯(lián)電路。,一、電阻的并聯(lián),,,二、并聯(lián)電路的特點(diǎn)電路中各電阻兩端的電壓相等，且等于電路兩端的電壓，即：,2．電路的總電流等于各電阻中的電流之和，即：,3．在電阻并聯(lián)電路中，各支路分

34、配的電流與支路的電阻值成反比，即 ：,4．在電阻并聯(lián)電路中，各支路分配的電流與支路的電阻值成反比，即,,,,,,,圖2-5 電阻的并聯(lián)及其等效電路,5．并聯(lián)電路的總功率等于各并聯(lián)電路所消耗的功率之和。即：,,,,,,,,,,,,6．在并聯(lián)電路中，各個電阻消耗的功率與它的阻值成反比。即：,,三、并聯(lián)電路的應(yīng)用,,,,,,,,,,,一、電阻的混聯(lián) 電路中既有電阻的串聯(lián)，又有電阻的并聯(lián)，這種連接方式稱為電阻的混聯(lián)?；炻?lián)電路在實(shí)際電路中經(jīng)常出

35、現(xiàn)，圖2-7所示的電路就是一些電阻的混聯(lián)電路。,,,,,,,,,,,2．3 電阻的混聯(lián),圖2-7 電阻混聯(lián)電路,二、直流電橋電路 電橋電路在生產(chǎn)實(shí)際和測量技術(shù)中應(yīng)用十分廣泛，其電路如圖2-12a所示。其中R1、R2、R3、R4是電橋的四個橋臂。電橋的一組對角頂點(diǎn)a、b之間接電阻R；電橋的另一組對角頂點(diǎn)c、d之間接電源。如果所接電源為直流電源，則這種電橋稱為直流電橋。,,,,,,,,,,,圖2-12 直流電橋電路,三、直流電橋平衡的條

36、件,,直流電橋平衡的條件是：對臂電阻的乘積相等。,,,,,,,,,,,數(shù)值。,1．支路：由一個或幾個元件首尾相接構(gòu)成的一段無分支電路。在同一支路內(nèi)，流過所有元件的電流相等。在圖2-14中有三條支路，即bafe、be、bcde支路。其中bafe、bcde兩支路中分別含有電源E1、E2，稱為有源支路；be支路沒有電源，稱為無源支路。2．節(jié)點(diǎn)：三條或三條以上支路的連接點(diǎn)叫做節(jié)點(diǎn)。圖2-14中b點(diǎn)和e點(diǎn)都是節(jié)點(diǎn)。3．回路：電路中任意一個閉合

37、路徑稱為回路。如圖2-14中的abefa、bcdeb、abcdefa都是回路。4．網(wǎng)孔：內(nèi)部不含支路的回路稱為網(wǎng)孔。圖2-14中只有abefa、bcdeb回路是網(wǎng)孔。,2．4 基爾霍夫定律及應(yīng)用,,,,,,,,圖2-14 復(fù)雜電路示例,一、基爾霍夫第一定律 基爾霍夫第一定律也稱節(jié)點(diǎn)電流定律 (KCL)。其內(nèi)容是:電路中任意一個節(jié)點(diǎn)上，流入節(jié)點(diǎn)的電流之和等于流出該節(jié)點(diǎn)的電流之和，即如果我們規(guī)定流入節(jié)點(diǎn)的電流為正，流出節(jié)點(diǎn)的電流

38、為負(fù)，那么，基爾霍夫第一定律內(nèi)容也可敘述為：電路中任意一個節(jié)點(diǎn)上，電流的代數(shù)和恒等于零，即,,,,,,,,,,圖2-16 流入與流出封閉面的電流相等,二、基爾霍夫第二定律基爾霍夫第二定律也稱回路電壓定律 (KVL)。其內(nèi)容是：對于電路中的任一回路，沿回路繞行方向的各段電壓的代數(shù)和等于零，其表達(dá)式為:,,,,,,,,,,,,基爾霍夫第二定律的內(nèi)容又可敘述為：在任一閉合回路中，各個電阻上電壓的代數(shù)和等于各個電動勢的代數(shù)和，即:,,一、

39、電壓源用一個恒定電動勢E與內(nèi)阻r串聯(lián)表示的電源稱為電壓源。電壓源的符號如圖2-21a或圖2-21b所示。當(dāng)電壓源向負(fù)載R輸出電壓時，如圖2-21c所示，電源的端電壓U總是小于它的恒定電壓E。端電壓U與輸出電流I之間有如下關(guān)系:

40、 U＝E－Ir 如果內(nèi)阻r＝0時，那么輸出電壓U=E，與輸出電流I無關(guān)，電源始終輸出恒定的電壓E，我們把內(nèi)阻r＝0的電壓源稱為理想電壓源，其符號如圖2-22所示。,※2．5 電壓源、電流源及其等效變換,,,,,,,,圖2-21 電壓源的符號及輸出,圖2-22 理想電壓源符號,二、電流源用一個恒定電流IS與內(nèi)阻r并聯(lián)表示的電源稱為電流源。實(shí)際中的穩(wěn)流電源、光電池、串勵 (串激)直流發(fā)

41、電機(jī)等可看作是電流源。電流源的符號如圖2-25a所示。當(dāng)電流源向負(fù)載R輸出電流時，如圖2-26所示。它所輸出的電流I總是小于電流源恒定電流IS。電流源的端電壓U與輸出電流I的關(guān)系為:,,,,,,,,,圖2-26 電流源的輸出,三、實(shí)際電壓源與電流源的等效變換把電壓源等效變換為電流源，則有：,,,,,,,,,,如果把電流源等效變換為電壓源，則有,,,,由此可見，電壓源與電流源的等效變換條件是:電壓源與電流源內(nèi)阻相等，而且電流源的恒

42、定電流等于電壓源的短路電流 。,,支路電流法是分析復(fù)雜電路的基本方法,它以支路電流為未知量,根據(jù)基爾霍夫第一定律和第二定律分別列出電路中的節(jié)點(diǎn)電流方程及回路電壓方程,然后聯(lián)立求解,計(jì)算各支路電流。,2．6 支路電流法,,,,,,,,圖2-33 支路電流法示例,如右圖， 這樣，利用基爾霍夫定律即可列出三個獨(dú)立方程:,疊加原理是線性電路分析的基本方法，它的內(nèi)容是：在線性電路中，任一支路中的電流 (或電壓)等于各個

43、電源單獨(dú)作用時，在此支路中所產(chǎn)生的電流 (或電壓)的代數(shù)和。,2．7 疊加原理,,,,,,,,2．8 戴維南定理,任何具有兩個出線端的部分電路都稱為二端網(wǎng)絡(luò)。若網(wǎng)絡(luò)中含有電源稱為有源二端網(wǎng)絡(luò)，否則稱為無源二端網(wǎng)絡(luò)。在圖2-35a中，點(diǎn)劃線框內(nèi)的部分就是一個有源二端網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)常可以把它畫成圖2-35b的一般形式。,圖2-35 含源二端網(wǎng)絡(luò),戴維南定理指出:任何一個線性有源二端網(wǎng)絡(luò)都可以用一個等效電源來代替，這個等效電源的電動勢E

44、等于該網(wǎng)絡(luò)的開路電壓U0，內(nèi)阻r等于該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有電源不作用，僅保留其內(nèi)阻時，網(wǎng)絡(luò)兩端的輸入電阻（等效電阻）Ri。,第三章 磁場與電磁感應(yīng),3.1 磁的基本知識3.2 磁場的基本物理量3.3 鐵磁物質(zhì)的磁化3.4 電磁感應(yīng)3.5 自感與互感3.6 RL電路的暫態(tài)效應(yīng),,,一、磁體與磁極具有磁性的物體叫磁體。磁體兩端磁性最強(qiáng)的區(qū)域叫磁極。實(shí)驗(yàn)證明，任何磁體都具有兩個磁極，而且無論怎樣把磁體分割，它總是保持兩個磁極。一端叫

45、北極，用N表示；一端叫南極；用S表示。與電荷間的相互作用力相似，磁極間也具有相互作用力，即同極相排斥，異極相吸引。磁極間的相互作用力叫磁力，如圖3-2所示。指南針就是利用這種性質(zhì)制作的，因?yàn)榈厍虮旧砭褪莻€大磁體，地磁的北極在地球南極附近，地磁的南極在地球北極附近。,3．1 磁的基本知識,,,,,,,,圖3-1 人造磁體 圖3-2 磁極間的相互作用,二、磁場與磁力線磁體周圍存在磁力作用的空間

46、，稱為磁場。磁場和電場同樣是有方向的。在磁場中某一點(diǎn)放一個能自由轉(zhuǎn)動的小磁針，小磁針靜止時N極所指的方向，規(guī)定為該點(diǎn)的磁場方向。為了形象地描述磁場而引出磁力線這一概念，規(guī)定在磁力線上每一點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)的磁場方向。,,,,,,,,圖3-3 磁力線,磁力線具有以下幾個特征:(1)磁力線是互不交叉的閉合曲線。在磁體外部由N極指向S極， 在磁體內(nèi)部由S極指向N極，如圖3-3b所示。(2)磁力線的疏密程度反映了磁場的強(qiáng)弱。

47、磁力線越密表示磁場越強(qiáng)，越疏表示磁場越弱。(3)磁力線上任意一點(diǎn)的切線方向，就是該點(diǎn)的磁場方向。,三、電流的磁場1820年丹麥物理學(xué)家奧斯特從實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，放在導(dǎo)線旁邊的磁針，當(dāng)導(dǎo)線通入電流時，磁針會受到力的作用而偏轉(zhuǎn)，如圖3-4所示。這表明通電導(dǎo)線的周圍存在著磁場，電與磁是有密切聯(lián)系的。,,,,,,,,圖3-4 直導(dǎo)線電流產(chǎn)生磁場 圖3-5 直導(dǎo)線電流磁場 圖3-6 直導(dǎo)線電流磁場方向的判定,圖3-7 環(huán)形電流磁場方向的判定

48、,一、磁通磁通這一物理量來定量地描述磁場在一定面積上的分布情況。通過與磁場方向垂直的某一面積上的磁力線的總數(shù)，叫做通過該面積的磁通量，簡稱磁通，用字母Φ表示。它的單位名稱是韋伯，簡稱韋，用符號Wb表示。,3．2 磁場的基本物理量,,,,,,,,二、磁感應(yīng)強(qiáng)度,垂直通過單位面積磁力線的數(shù)目，叫做該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，用字母B來表示。在均勻磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度可表示為:若磁場中各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向相同，這種磁場就稱為均勻磁場。

49、在均勻磁場中，磁力線是等距離的平行直線，如圖3-8所示,,圖3-8 均勻磁場,三、磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率就是一個用來表示媒介質(zhì)導(dǎo)磁性能的物理量，用字母µ表示，其單位名稱是亨利每米，簡稱亨每米，用符號H/m表示。由實(shí)驗(yàn)測得真空中的磁導(dǎo)率µ0＝4π×l0-7(H/m)，為一常數(shù)。,,,,,,,,為了比較媒介質(zhì)對磁場的影響，把任一物質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空的磁導(dǎo)率的比值稱作相對磁導(dǎo)率，用,表示，即:,,四、磁場強(qiáng)度,磁場中某

50、點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B與介質(zhì)磁導(dǎo)率 的比值，叫做該點(diǎn)的磁場強(qiáng)度， 用H表示，即：,,3．3 鐵磁物質(zhì)的磁化,一、磁化的概念,原來沒有磁性的物質(zhì)，在外磁場作用下產(chǎn)生磁性的現(xiàn)象叫做磁化。凡是鐵磁物質(zhì)都能被磁化。所謂磁疇就是在沒有外磁場的條件下，鐵磁物質(zhì)中分子環(huán)流可以在小范圍內(nèi)“自發(fā)地”排列起來，形成一個個小的“自發(fā)磁化區(qū)”，使每一個磁疇相當(dāng)于一個小磁體。,二、起始磁化曲線鐵磁物質(zhì)從完全無磁狀態(tài)進(jìn)行磁化的過程中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B

51、將隨外磁場強(qiáng)度H的變化而變化，這種B-H關(guān)系曲線稱做起始磁化曲線，如圖3-10所示。由B-H曲線可見，B與H存在著非線性關(guān)系。在曲線開始一段Oa，曲線上升緩慢，但這段很短；在ab段隨著H的增加，B幾乎是直線上升；在bc段，隨著H的增加，B的上升緩慢，形成曲線的膝部；在c點(diǎn)以后，隨著H的增加，B幾乎不再上升，此段稱為飽和段。,,,圖3-10 起始磁化曲線及-H曲線,三、破滯回線,鐵磁材料在交變磁場中進(jìn)行反復(fù)磁化時，可得到如圖

52、3-11b所示的磁滯回線。它可以利用圖3-11a所示的磁化裝置獲得。當(dāng)開關(guān)S置于不同位置時，通過改變環(huán)形線圈的電流方向，獲得正負(fù)相反的外磁場H。調(diào)整R值使線圈電流逐漸增大，當(dāng)H達(dá)到最大值(+Hm)時，線圈中間未經(jīng)磁化過的環(huán)形鐵磁材料被磁化，得到一條起始磁化曲線，如圖3-11b中Oa段。如果使Hm又減小到零，這時曲線并不沿Oa下降，B仍保持著一定數(shù)值Br(即Ob值)，這個數(shù)值叫做剩磁。,,,圖3-11 磁滯回線,電流是由于電荷的定向移動形

53、成的。在金屬導(dǎo)體中，電流是由于電子在外電場作用下有規(guī)則地運(yùn)動形成的。而在某些液體或氣體中，電流則是由于正離子或負(fù)離子在電場力作用下有規(guī)則地運(yùn)動形成的。,改變線圈電流方向重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，使H反向增加，當(dāng)H由O增至c時H＝-Hc，剩磁由b沿bc段下降為零值。這時的Hc值叫做 “矯頑力”。當(dāng)反向磁場繼續(xù)增加至 (-Hm)時，B也反向增加至-Bm，如曲線cd段。當(dāng)反向磁場又恢復(fù)到零值，又有一定的反向剩磁-Br，如Oe段，再逐漸增大正向磁場，曲線將

54、沿efa變化而完成一個循環(huán)。經(jīng)過多次循環(huán)，鐵磁材料被反復(fù)磁化。通過反復(fù)磁化得到的B-H關(guān)系曲線abcdefa叫做磁滯回線。由于鐵磁材料在反復(fù)磁化過程中，B的變化總是滯后于H的變化。所以，我們稱這一現(xiàn)象為磁滯。,,,圖 3-12 基本磁化曲線 圖3-13 硅鋼片、鑄鋼、鑄鐵的基本磁化曲線,四、鐵磁材料的分類和用途,通常根據(jù)矯頑力的大小把鐵磁材料分成三大類。,,,1．軟磁材料,2．硬磁材料,3．矩磁材料,3．4 電磁感應(yīng)

55、,一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象,丹麥物理學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)；英國科學(xué)家法拉第在1831年發(fā)現(xiàn)了磁能夠轉(zhuǎn)換為電能的重要事實(shí)及其規(guī)律—電磁感應(yīng)定律。,,,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說明：當(dāng)導(dǎo)體作切割磁力線運(yùn)動或者線圈中的磁通發(fā)生變化時，在導(dǎo)體或線圈中都會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。若導(dǎo)體或線圈構(gòu)成閉合回路，則導(dǎo)體或線圈中將有電流流過我們把這種由于磁通變化而在導(dǎo)體或線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)。由電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電動勢稱為感應(yīng)電動勢，由感應(yīng)電動勢產(chǎn)生的電流叫感應(yīng)電

56、流。由以上分析可以得出：產(chǎn)生電磁感應(yīng)的條件是通過線圈回路的磁通必須發(fā)生變化。,觀察兩種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，如下圖：,圖3-15 直導(dǎo)體的電磁感應(yīng)現(xiàn)象 圖3-16 螺旋線圈的電磁感應(yīng)現(xiàn)象,二、電磁感應(yīng)定律,1．法拉第電磁感應(yīng)定律 線圈中感應(yīng)電動勢的大小與通過該線圈的磁通變化率成正比。這一規(guī)律就叫做法拉第電磁感應(yīng)定律。2．楞次定律可用楞次定律判定線圈中感應(yīng)電動勢或感應(yīng)電流的方向。其內(nèi)容是：當(dāng)穿過線圈

57、的磁通(原有的磁通)變化時，感應(yīng)電動勢的方向總是企圖使它的感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通阻止原有磁通的變化。即：當(dāng)線圈原磁通增加時，感應(yīng)電流就要產(chǎn)生與它方向相反的磁通去阻礙它的增加；當(dāng)線圈中的磁通減少時，感應(yīng)電流就要產(chǎn)生與它方向相同的磁通去阻礙它的減少。,,,3．5 自感與互感,我們把這種由于流過線圈本身電流的變化而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象叫做自感現(xiàn)象，簡稱自感。由自感現(xiàn)象產(chǎn)生的電動勢稱為自感電動勢 ，用 表示。1、自感系數(shù)當(dāng)一個線圈中

58、通有變化的電流后，使該線圈中每匝線圈具有的磁通Φ叫自感磁通。而整個線圈具有的磁通叫自感磁鏈，用字母Ψ表示。則: Ψ＝NΦ 我們把線圈中通過單位電流所產(chǎn)生的自感磁鏈稱為自感系數(shù)，也稱電感量，簡稱電感，用L表示，即:,電感量是衡量線圈通過單位電流時能夠產(chǎn)生自感磁鏈本領(lǐng)的物理量。其單位是亨利，用符號H表示。 2、

59、自感電動勢（1）自感電動勢的大?。?）自感電動勢的方向自感電動勢的方向仍可以根據(jù)楞次定律來判斷。自感電動勢表達(dá)式中的負(fù)號正是楞次定律的反映，它表明自感電動勢的方向總是和原電流變化的趨勢 (增大或減小)相反。,,,,,,二、互感現(xiàn)象,由于一個線圈的電流變化，而在另一線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象叫做互感現(xiàn)象，簡稱互感。1、互感系數(shù)在兩個有互感耦合的線圈中，互感磁鏈與產(chǎn)生此磁鏈的電流之比值，叫做這兩個線圈的互感系數(shù)，簡稱互感，其表

60、達(dá)式為： 2、互感電動勢,,,,,※3．6 RL電路的暫態(tài)過程,一、什么是暫態(tài)過程,所謂暫態(tài)過程，就是由一種穩(wěn)定狀態(tài)變化到另一種穩(wěn)定狀態(tài)必須經(jīng)過的變化過程。這一變化過程發(fā)生的時間一般都是很短暫的，但有時會產(chǎn)生很大的影響。,二、RL電路接通直流電源RL電路中電流的增長速度或暫態(tài)過程的長短取決于電路的時間常數(shù)τ，時間常數(shù)τ與電路中電阻R和電感L有如下關(guān)系:,,,,三、RL電路的短接,圖3-30 RL電路的短接

61、 圖3-31 RL電路短接時電路參數(shù)曲線,四、通有電流的RL電路與電源斷開,通有電流的RL電路的斷開是電感電路工作狀態(tài)發(fā)生變化的另一種情況。如圖3-32所示，當(dāng)電路在S打開前的穩(wěn)定狀態(tài)下，電路中有穩(wěn)態(tài)電流 流過。當(dāng)電路突然斷開時，在只有純電阻的電路中，電流會立即減小到零。,,,,圖3-32 RL電路與電源斷開,第四章 電 容 器,4.1 電容器及電容量路及電路圖4.2 電容器的連接4.3

62、電容器的充放電4.4 RC電路的暫態(tài)過程4.5 電容器的種類與選用,,,4．1 電容器及電容量,一、電容器,電容器就是儲存電荷的容器。兩金屬導(dǎo)體，中間以絕緣介質(zhì)相隔，并引出兩個電極，就形成了一個電容器。其結(jié)構(gòu)如圖4-1a所示。,二、電容量 電容器最基本的特性是能夠儲存電荷。如果在電容器的兩極上加上電壓，則在兩個極板上將分別出現(xiàn)數(shù)量相等的正、負(fù)電荷，如圖4-2所示，電容器極板上所儲存的電荷量與兩極板間的電壓的比值是一常數(shù)。這

63、一比值稱為電容量，簡稱電容，用字母C表示。即:,,,,式中 Q：任一極板上的電量，C；U：兩極板間的電壓，V；C：電容量，F(xiàn)(法拉)。,圖4-1 平板電容器結(jié)構(gòu)及一般符號 圖4-2 電容器接入電源,三、電容器的主要性能指標(biāo),電容器的性能指標(biāo)有電容量、允許誤差、額定工作電壓、介質(zhì)損耗和穩(wěn)定性等。其中最主要的指標(biāo)是電容量、允許誤差和額定工作電壓，一般都直接標(biāo)在成品電容器的外殼上，常稱為電容器的標(biāo)稱值。,,,4．2 電容器的連接,

64、一、電容器的并聯(lián),將兩個或兩個以上的電容器接在相同的兩點(diǎn)之間的連接方式稱為電容器的并聯(lián)，如圖4-4a所示。其特點(diǎn)是:1．并聯(lián)后的總電荷量等于每個電容器上電荷量之和，即： Q＝Ql＋Q2＋…＋Qn （4-2）2．并聯(lián)后的等效電容量 (總?cè)萘?C等于各個電容器的容量之和，即: C＝Cl＋C2＋…＋Cn

65、 (4-3)3．每個電容器兩端承受的電壓相等，并等于電源電壓U，即: U＝Ul＝U2＝…＝Un (4-4),,,圖4-4 電容器的并聯(lián),二、電容器的串聯(lián),將兩個或兩個以上的電容器依次相連，構(gòu)成中間無分支的連接方式，稱為電容器的串聯(lián)，如圖4-5所示。其特點(diǎn)如下:1．每

66、個電容器所帶電荷量相等，即： Q＝Ql＝Q2＝…＝Qn 2．串聯(lián)后的等效電容 (總?cè)萘?C的倒數(shù)等于各個電容量倒數(shù)之和，即：3．總電壓U等于每個電容器上的電壓之和，即: U＝Ul＋U2＋…＋Un,三、電容器的混聯(lián)既有串聯(lián)又有并聯(lián)的電容

67、器組合，稱為電容器的混聯(lián)，如圖4-7所示。,,,,圖4-7 電容器的混聯(lián),圖4-5 電容器的串聯(lián),4．3 電容器的充放電,一、電容器的充電過程,開始充電電流最大，燈泡最亮。隨著充電的進(jìn)行，電容器上的電壓逐漸上升，與電源正極間的電位差隨之減小，充電電流也就越來越小。當(dāng)電容器A極板與電源正極的電位相等時，充電電流為零，充電即告結(jié)束，此時電容器電壓Uc≈E。,二、電容器的放電過程電容器上的電壓隨著放電而下降，直至兩極板上電荷完全中和，Uc

68、為零。這時，電容器充電時儲存的電場能全部釋放出來，并通過電阻R2轉(zhuǎn)化為熱能。,,,圖4-8 電容器充放電的實(shí)驗(yàn)電路,三、電容器中的電流,四、電容器中的電場能量 充電電容器中儲存的電場能量可以用下式表示:,,,,電容電路中的電流等于電容極板上電荷對時間的變化率：,五、電容器的特點(diǎn),由電容器充放電過程可知，電容器具有以下特點(diǎn):1．電容器是一種儲能元件。充電過程就是極板上電荷不斷積累的過程，放電過程是電容器極板上電荷不斷向外釋放的過程