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第三节电气基础知识 一、电路的概念 1.电路 电路是电流所经过的路径。 2.电路的组成 电路一般由电源、负载（用电器）、连接导线和辅助设备组成。 1电源是把其他能量转换成电能的设备，例如发电机（把机械能转换成电能）、蓄电池（把化学能转换成电能）等。 2负载是一种把电能转变成其他能量的设备例如电炉（把电能转变成热能）、电动机（把电能转变成机械能）等。 3连接导线是传输电能的，例如把电源产生的电能输送给负载。 4辅助设备是用来控制电路的电气设备，例如开关、接线端子等。 3.几种常用的电气设备的图形符号 几种常用的电气设备的图形符号如图2-42所示。 图2-42电路表示符号 4.电路图 为了研究和绘制电路方便在电工技术中，用国家统一规定的电气设备图形符号绘制的图称电路图。 二、电路中的基本物理量 1.电流的概念 1电流的形成导体中有大量的可以自由移动的电荷，例如金属导体中有大量的自由电子，导电液体中有大量的正、负离子，而电流是大量的电荷定向移动形成的。 2电流的大小用单位时间内通过导体某一横截面的电荷量多少来衡量电流的大小，称电流强度，简称电流，用I表示。 IQt 式中I－电流，单位为安培，简称安，国际表示符号A， Q－电量，单位为库仑，简称库，国际表示符号C t－时间，单位为秒，国际表示符号s 1秒钟内通过导体1库仑电量的电流强度为1安培，即1安培＝1库仑／秒1A1C/s。 电流单位还有毫安mA、微安μA、千安kA。1kA103A，1A103mA，1mA103μA。 3电流的方向物理学中规定，正电荷定向移动的方向为电流的方向。在金属导体中自由电子定向移动的方向跟电流的方向相反。 4电流的测量工具测电流大小的仪表叫电流表，表示符号为、等。 2，电压的概念 1电压 在电路中任意两点之间的电位之差叫电压（电位差）用U表示，即UABVA-VB。电压的单位为伏特，简称伏，国际表示符号V。常用的电压单位还有，毫伏mV、微伏μV、千伏KV。1kV103V，1V103mV，1mV103μV。 2电压的测量工具 测量电压的仪表叫电压表，常用的电压表及其表示符号有、、 3.电阻的概念 1电阻 任何导体中自由电荷在电场力作用下发生定向移动时，都要受到其他原子和离子的碰撞阻碍，所以任何导体都有电阻。我们把导体对电流的阻碍作用叫电阻，用R表示，单位是欧姆，简称欧，国际表示符号是Ω。电阻的常用单位还有千欧kΩ，兆欧MΩ。1MΩ103kΩ，1kΩ103Ω。 2电阻的测量工具 测量电阻的仪表有欧姆表等。 导体电阻是客观存在的。它跟导体两端电压无关。实验证明，金属导体的电阻跟导体长度成正比，跟导体的横截而积成反比，还跟导体材料性质有关，即 RρLS 2-33 其中L－导体长度，m; S－导体横截面积，m2; ρ－导体电阻率，Ωm; R－导体电阻，Ω。 表2-11列出了几种常用材料在20℃时的电阻率。 表2-11几种常用材料的电阻率20℃ 材料名称 电阻率/Ωm 材料名称 电阻率Ωm 银Ag 1.610-8 康铜51Cu，46Ni 5.010-7 铜Cn 1.710-8 碳C） 3.510-5 铝AJ 2.910-8 硅Si 3.0104 钨W 5.610-8 硬质陶瓷 10121013 铁Fe 1.010-7 橡胶 10141016 锰铜81Cu、12Mn，4Ni 4.4107 从表2-11可以看出，纯金属的电阻率最小，合金的电阻率大，橡胶的电阻率最大。各种用电器都是用铜、铝等电阻率小的金属制成，而电工用具的把、套及绝缘鞋等都是用电阻率很大的橡胶制成，以保证电工操作时的人身安全。电阻率不但与导体的材料有关，而且与温度有关，温度升高时，金属导体的电阻率随之变大。利用电阻率与温度的这种关系，可以通过测量电阻的变化而确定温度的变化，这种温度计称为电阻温度计。电阻温度计一般选用电阻率受温度影响较大的材料（如铂）制成，而一些合金材料如锰铜、康铜等，它的电阻很大，受温度影响很小，常用来制造阻值稳定的标准电阻和电阻箱。 三、电源 1.电源 电源是把其他形式的能转换成电能的一种装置。例如发电机是把机械能转换成电能的电源；干电池、蓄电池是把化学能转换成电能的电源。 2.电源的种类 电源有直流电源和交流电源两类。 1直流电源能向外提供直流电的电源叫直流电源。如直流发电机、干电池、蓄电池等都是直流电游。 2交流电源能向外提供交流电的电源叫交流电源。如交流发电机就是交流电源。 3直流电大小和方向不随时间而改变的电流、电压叫直流电；大小和方向都不随时间改变的电流、电压叫稳恒电。 4交流电；大小和方向都随时间而改变的电流和电压叫交流电。 四、欧姆定律 在电路中，电荷在电场力的作用下定向移动形成了电流，电流的大小跟哪些因素有关呢1827年欧姆通过实验发现，电路中电流的大小不但随电路两端的电压变化，而且还随电路的电阻变化。 图2-43部分电路 如图2-43所示为一部分（一段电阻）电路，图中U为电路两端的电压，R为电路的电阻，I为电路中的电流，则电流、电压和电阻三者之间的关系是通过电路中的电流与加在电路两端的电压成正比，与电路中的电阻成反比，这就是部分电路的欧姆定律，其数学表示式为 IUR 2-34 式中U-电压，V; I-电流，A； R-电阻，Ω。 例一只电器接在220V电压的电路两端，电流为0.45A，接在110V电压的电路两端，电流0.227A.求在这两个电压下，这只电器的电阻有什么不同 已知U1＝220V，I10.45A，U2＝110V，I20.227A。 求；R1、R2。 解由IU/R得 R1U1I12200.45485Ω R2U2I21100.227485Ω 即R1R2485Ω 由上例可说明，导体的电阻跟电压和电流无关，是导体本身客观存在。 五、电功、电功率 1.电功 电流通过电炉、电灯、电动机等负载时所做的功叫电功。 图2-44电流做功 如图2-44所示，负载两端的电位分别为UA和UB，且UA＞UB。电流通过负载，可以看作是电荷q在电场力的作用下，从电位较高的A端移向电位较低的B端。可见，电场力所做的功 WqUA-UBqU 2-35 这个功叫电流的功，简称电功，也用W表示。又因qIt，把它代入上式，可得 WUIt 2-36 上式中W、U、I、t的单位分别为焦、伏、安、秒。 上式表明，电流在一段电路上所做的功，跟这段电路两端的电压、电路中的电流强度和通电时间成正比。 如果负载是纯电阻，根据UIR，则WUIt 可以写作WI2Rt或WU2/R2-37 电流做功的过程，实际上是电能转化为其他形式的能的过程。例如，电流通过电热丝做功，把电能转化为热能，电流通过电动机做功，把电能转化为机械能。电流做了多少功，就有同样数量的电能转化为其他形式的能。 2.电流的功率 电流所做的功，跟完成这些功所用的时间的比值，叫做电功率，用P表示，则 PWtUI 2-38 上式中P、U、I的单位分别为瓦、伏、安。 上式表明，一段电路上的电功率，跟这段电路两端的电压和电路的电流强度成正比。如果负载是纯电阻，根据欧姆定律公式UIR，式（2-38可改写为 PI2R 2-39