电工基础

一.电工基础知识

1.电路

1.1电路和电路的组成

电路的定义：就是电流通过的途径。

电路的组成：电路由电源、负载、导线、开关组成。

内电路：负载、导线、开关。

外电路：电源内部的一段电路。

电源：能将其它形式的能量转换成电能的设备。

负载：将电能转换成其他形式能量的装置。

导线：连接电源和负载的原件。

开关：控制电路接通和断开的装置。

1.2电路的工作状态

通路：电源与负载接成的回路。

断路：电源与负载未接成闭合电路。

短路：电源未经负载而直接由导线（导体）构成通路。

2.电流

2.1电流的形成

电流：电荷的定向运动。

电流的形成：导体中的自由电子在电场力的作用下作有规则的定向运动形成

的。

电流具备的条件：一是有电位差,二是电路一定要闭合。

2.2电流的方向

电流的方向：以正电荷移动的方向为电流的方向；在金属导体中，电流方向

与电子流方向相反。

2.3电流的大小

电流的大小：电流的大小取决于在一定时间内通过截面的电荷量多少，通常

规定用单位时间（1s）内通过导体截面的电流来表示电流的大小。

若在t秒内通过导体截面的电量是q，则电流

电流单位：名称是安培，简称“安”，用字母“A”表示。

电量单位：名称是库仑，建成“库”，用字母“C”表示。1A电流在1s内输

运的电量，即1C=1A·s

常用单位有：千安(KA)、安(A)、毫安(mA)、微安(uA)

1KA=103A1A=103mA1mA=103uA

电流瞬间强度：在△t时间内，若通过导体横截面的电量是△，则瞬间电流

强度i为：

2.4电流密度

电流密度：当电流在导体的横截面上均匀分布时，该电流与导体截面积的比

值。电流的密度J可以用

式中电流的单位为A、面积的单位mm2时，电流密度的单位为A/mm2。

2.5电流的分类

恒定电流：简称直流（简写作DC），定义为大小和方向都不随时间变化的电

流。

交变电流：简称交流（简写作AC），定义为大小和方向都随时间变化的电

流。

3.电压与电位

3.1电压

电场力：电场对放入其中的电荷有力的作用，这种力就叫做电场力。电场力

所做的功是与电荷量成正比。

电压：电场力把单位正电荷从电场中一点移动到另一点所做的功。

电压的方向：习惯规定电场力移动正电荷做功的方向为电压的实际方向，电

压的实际方向也就是电位降的方向，即高电位指向低电位的方向，所以电压又称为

电压降。

电压的单位是“伏特”，用字母“U”表示.常用单位有：千伏(KV)、

伏(V)、毫伏(mV)、微伏(uV)

1KV=103V1V=103mV1mV=103uV

3.2电位

电位概念：如果在电路中任选一点为参考点，那么电路中某点的电位就是该

点到参考点之间的电压。

电位定义：电场力将单位正电荷从该点移动到参考点所做的功。电位的符合

用∮表示。以o为参考点，则a点的电位为

3.3电压与电位的关系

电位差：电路中任意两点间的电压就等于两点间的电位之差，所以电压又称

电位差。

参考点的改变，各点的电位也随着改变，各点的电位与参考点的选择有关。

但不管参考点如何变化，两点间的电压是不改变的。

4.电动势

4.1电源力

电源力：在电源内部，由于其他形式能量的作用，产生一种对电荷的作用

力，叫做电源力。

4.2电动势

电动势的定义：在电源内部，电源力将单位正电荷从电源负极b移到正极a

所做的功。用符号E表示，即：

电动势的单位：单位时“伏”，字母“V”。

电动势的方向：由电源负极指向正极。

4.3电动势与端电压的关系

端电压：电源两端的电位差，称为电源的端电压，有时也称为电源电压。①

器件两端电压差；②器件某端相对地的电压。

在电源中，电动势的方向与电压的方向是相反的，在不接负载的情况下（开

路），电源电动势与电源端电压在数值上是相等的。

区别：电动势是描述电源力（非电场力）做功的物理量，而电压则是描述电

场力做功的物理量。电动势仅存在于电源内部，而电压不仅存在电源两端，而且也

存在于电源外部。

5.电阻与电导

5.1电阻

电阻的定义：反映导体对电流起阻碍作用大小的一个物理量。（导体对电荷

的定向运动的阻碍作用）

电阻的单位：用字母“R”表示，单位名称是“欧姆”，简称“欧”，用符号

Ω表示。

5.2电阻定律

导体的电阻跟导体的长度成正比，跟导体的横截面积成反比，并与导体的材

料性质有关。对于长度为l，截面积为S的导体，其电阻可用

表示。

电阻率：上式中的ρ是与导体材料性质有关的物理量，成为电阻率或者电阻

系数，通常是指在20℃时，长1m而横截面积为1mm2的某种材料的电阻值。单位

名称是欧·米，用符号Ω·m表示。

5.3电阻与温度的关系

导体的温度变化，它的电阻也随着改变，一般的导体材料，温度升高后，导

体的电阻增加（碳和半导体等材料相反）。

温度系数：温度升高1℃时，电阻所产生的变动值与原电阻的比值。用字母a

表示，单位时1/℃，公式为：

5.4电导

电导：电阻的倒数。用符号G表示，即

电导物理意义：表示导电性能的好坏。

电导的单位：名称是西门子，简称西，用符号S表示。

6.欧姆定律

欧姆定律：是表示电压、电流、电阻三者关系的基本定律。

部分电路欧姆定律：电路中通过电阻的电流，与电阻两端所加的电压

成正比，与电阻成反比，称为部分欧姆定律。计算公式为

U=IR

全电路欧姆定律：在闭合电路中(包括电源)，电路中的电流强度与电源的电

动势成正比，与电路中负载电阻及电源内阻之和成反比，称全电路欧姆定律。计算

公式为

其中R为外电阻，r为内电阻，E为电动势。

电源外特性：电压随负载电流的变化关系，成为电源的外特性。电源端电压

随着电流的大小而变化，当电路接小电阻时，电流增大，端电压下降；当电阻接大

电阻时，电流减小，端电压上升。

7.电阻的链接（串联、并联、混连）

7.1串联电路

电阻串：联将电阻首尾依次相连,但电流只有一条通路的连接方法。

电路串联的特点：

电流与总电流相等，即I=I1=I2=I3……

总电压等于各电阻上电压之和，即U=U1+U2+U3……

总电阻等于负载电阻之和，即R=R1+R2+R3…

各电阻上电压降之比等于其电阻比，

即

,

,……简化为

在计算中，常遇到两个或三个电阻串联，到给定总电压时，他们的分压公式

分别是：

，

，

，

电源串联：将前一个电源的负极和后一个电源的正极依次连接起来。

特点：可以获得较大的电压与电源。计算公式为：

E=E1+E2+E3+…+En

r0=r01+r02+r03+…+r0n

7.2并联电路

电阻的并联：将电路中若干个电阻并列连接起来的接法，称为电阻并联。

并联电路的特点：

各电阻两端的电压均相等，即U1=U2=U3=…=Un

电路的总电流等于电路中各支路电流之总和，即I=I1+I2+I3+…+

In

电路总电阻R的倒数等于各支路电阻倒数之和，即

两个电阻并联还可写成

并联负载愈多，总电阻愈小，供应电流愈大，负荷愈重。

通过各支路的电流与各自电阻成反比,即

简化为

在并联电路计算中，最常用的是两条支路的分流公式：

，

电源的并联：把所有电源的正极连接起来作为电源的正极，把所有电源的负

极连接起来作为电源的负极，然后接到电路中，称为电源并联。

并联电源的条件：一是电源的电势相等；二是每个电源的内电阻相同。

并联电源的特点：能获得较大的电流，即外电路的电流等于流过各电源的电

流之和。

7.3混联电路

定义：电路中即有元件的串联又有元件的并联称为混联电路。

混联电路的计算:先求出各元件串联和并联的电阻值,再计算电路的点电阻值;

由电路总电阻值和电路的端电压,根据欧姆定律计算出电路的总电流;根据元件串联

的分压关系和元件并联的分流关系,逐步推算出各部分的电流和电压.

8.电功与电功率

8.1焦耳定律

定义：电流流过金属导体产生的热量与电流的平方、导体的电阻、通电时间

成正比，即：Q=Ｉ2Rt

8.2电功

电流所作的功叫做电功，用符号“Ａ”表示。电功的大小与电路中的电流、

电压及通电时间成正比，计算公式为Ａ=UＩt=Ｉ2Rt

电功及电能量的单位名称是焦耳，用符号“Ｊ“表示；在实际应用中，电功

还有一个常用单位是kW·h。1kW·h=3.6MＪ

8.3电功率

电流在单位时间内所作的功叫电功率，用符号“P“表示。计算公式为

电功率单位名称为J/s或“瓦”，用符号“W”表示。

额定值：保证电气设备能长期安全工作的最大电压、电流和功率，分别称为

额定电压、额定电流和额定功率。

功率平衡方程式：电源产生的电功率等于负载消耗的功率与电源内阻消耗的

功率之和。

9.交流电路

单相交流电路

定义:所谓交流电即指其电动势、电压及电流的大小和方向都随时间按一定

规律作周期性的变化,又叫正磁交流电.

单相交流电的产生:线圈在磁场中运动旋转,旋转方向切割磁力线,产生感应

电动势.

单相交流发电机:只有一个线圈在磁场中运动旋转,电路里只能产生一个交变

电动势,叫单相交流发电机.由单相交流发电机发出的电简称为单相交流电.

交流电与直流电的比较:输送方便、使用安全，价格便宜。

交流电的基本物理量

瞬时值与最大值

电动势、电流、电压每瞬时的值称为瞬时值.符号分别是:电动势“E”,电

压“U”,电流“I”.

瞬时值中最大值,叫做交流电动最大值.也叫振幅.符号分别是:Em,Im,Um.

周期、频率和角频率

周期:交流电每交变一次(或一周)所需时间.用符号“T”表示;单位为

“秒”,用字母“s”表示;T=0.02s

I

0tT=0.02s(China中国)

频率:交流电每秒交变的次数或周期叫做频率.用符号“f”表示,单位是Hz.

50Hz(China中国)

角频率:单位时间内的变化角度，用“rad/s”(每秒的角度)表示，单位

为”ω”.

相位、初相位、相位差

相位：两个正弦电动势的最大值是不是在同一时间出现就叫相位,也可称相

角．

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