1. 電路的構成
人們在生產和生活中使用的電器設備如:電動機、電視機、計算機等都由實際電路構成。實際電路的結構組成包括:電源、負載和中間環節
2. 直流電路的基本物理量
(1) 電量
1庫侖=6.24×1010電子電量
(2)電流 電荷在電場作用下做有規則的定向移動就形成了電流。習慣上人們將正電荷移動的方向規定爲電流的方向,電子移動的方向與電流的方向相反。
電流的大小取決於每秒鐘內通過導體橫截面的電荷量Q的多少,用電流強度I來表示,簡稱電流,I的單位是安培,用字母A表示。
爲了度量方便,電流的單位還有kA,mA,uA等,其換算關係是
1kA=1000A 1A=1000mA 1mA=1000uA
(3)電動勢 用符號表示,即
(4)電位與電壓
將單位正電荷從電場中a 點移動到b點電場力所做的功稱爲a、b兩點之間的電壓。
電壓的單位與電位的單位是相同的,也是伏特。爲了度量方便,電壓的單位還有kV,mV,uV,其換算關係是
1kV=1000V 1V=1000mV 1mV=1000 uV
(5)電阻
電阻是反映導體對電流起阻礙作用大小的一種物理量,用字母表示,單位是歐姆(Ω)。當導體兩端的電壓是1V,導體內流過的電流是1A時,這一段導體的電阻就是1Ω。爲了度量方便,電阻的單位還有kΩ、MΩ,其換算關係是
1kΩ=1000Ω 1MΩ=1000 kΩ
導體的電阻大小與該導體的長度、橫截面以及電阻係數有關係,即
(6)電功和電功率
單位時間內電流所做的功稱爲電功率,用符號表示,
電功率的單位是瓦特(W),實用單位還有kW、mW等。
1kW=1000W 1W=1000mW
(7)電流的熱效應 電流通過導體時,導體發熱的現象稱爲電流的熱效應。如果電流通過導體產生的熱量大小爲,則該值與電流、導體電阻以及通電時間有關係,可以表述爲
3. 電阻的連接
(1)電阻的串聯
電阻串聯電路具有以下特點:
1) 通過每個電阻的電流相等;
2) 總電壓等於各電阻上的電壓之和;
3) 電阻的等效電阻等於各串聯電阻之和;
4) 每個電阻分得的電壓和消耗的功率與其阻值成正比。
(2)電阻的並聯
電阻並聯電路具有以下特點:
1) 加在各並聯電阻兩端的電壓相等;
2) 電路的總電流等於流過各並聯電阻的電流之和;
3) 電阻的等效電阻的倒數等於各並聯電阻的倒數之和;
4) 每個電阻分得的電流及消耗的功率與其阻值成反比。
(2) 電阻的混聯 電路的電阻既有串聯又有並聯的方式,就構成了電阻的混聯電路。
4.直流電與交流電路的基本概念
1. 直流電
大小和方向不隨時間變化的電壓、電流和電動勢,稱爲直流電,上面介紹的電路就是直流電路。
2正弦交流電的基本物理量
(1) 瞬時值 正弦交流電隨時間以正弦規律變化,每一時刻的值都不同,我們將任意時刻的值稱爲瞬時值,並分別用、、表示電動勢、電壓和電流的瞬時值。
(2) 最大值 最大的瞬時值稱爲最大值,也叫做振幅或峯值。分別用、、來表示電動勢、電壓和電流的最大值。
(3) 有效值
我們用、、分別表示電動勢、電壓和電流的有效值。有效值和最大值的關係是:
(4) 平均值
我們用、、分別表示電動勢、電壓和電流的平均值。有效值和最大值的關係是:
(5) 週期和頻率 指交流電每重複變化一次所需的時間稱爲週期,用字母表示,單位是秒(s),常用單位還有毫秒(ms)和微秒(us)。頻率是指每秒鐘交流電重複變化的次數,用字母表示,單位是赫茲(HZ),常用單位還有千赫(k HZ)、兆赫(M HZ)。頻率和週期互爲倒數。
(6) 角頻率
角頻率與頻率之間的關係爲
(7) 相位 確定交流電每一瞬間數值的電角,稱爲相位,單位是弧度或度。
(8) 相位差 兩個同頻率交流電的相位之差叫做相位差,用表示。
5. 三相交流電路
單相交流電路只有一個交變電動勢,由三個頻率、幅值相同,彼此之間相差相位的正弦交流電動勢構成的電源叫做三相正弦交流電源。由三相電源和負載構成的電路叫三相交流電路。
(1) 三相交流電動勢
三相對稱電動勢的向量和爲零,即
三相電動勢到達最大值的順序是不同的,這種到達最大值的先後次序稱爲三相的相序。在工業上三相電源的裸銅排上,刷有黃漆的是第一相,綠漆的是第二相,紅漆的是第三相。
(2) 三相電源的星型連接
從中點引出的線稱爲中線或零線,從三個始端、、引出的線稱爲相線或端線,
俗稱火線。我們將這種連接稱爲星型連接。如果有中性線,就叫做三相四線制,而把無中性線的稱爲三相三線制。
線電壓和相電壓的關係 星型連接有兩種電壓,端線和端線之間的電壓稱爲線電壓,用、、表示,其參考方向規定由指向、由指向、由指向,它們的大小相等、相位互差。端線和中線之間的電壓稱爲相電壓,用、、表示,其參考方向由繞組的首端指向末端,它們也是大小相等、相位互差。
實驗證明,星形連接的線電壓在相位上比相應的相電壓超前,在數量大小上它們的關係爲:。
(3) 三相電源的三角形連接
對於三角形連接,很明顯線電壓就是相電壓,即:。若三相電動勢是對稱三相正弦電動勢,即三角形閉合迴路中的總電動勢等於零,所以電源繞組內部不存在環流。當一相繞組接反時,會導致環流很大,這將使繞組過熱,甚至造成繞組燒燬。所以發電機繞組一般不採用三角形接法而普遍採用星型接法。
(4) 三相負載的星型連接
每相負載中的電流有效值爲
,,
(5) 三相負載的三角形連接
每一相負載上的相電壓就是相應的線電壓。因此不論負載是否對稱,各相負載所承受的電壓均爲對稱的電源電壓,即
相電流和線電流是不同的,對於電路的每一相,可以按照單相交流電路的方法計算相電流。若三相負載對稱時,線電流和相電流也是對稱的。它們的大小關係爲
(6) 三相交流電路的功率 無論三相負載是星型連接還是三角形連接,三相電路總的有功功率等於各相有功功率之和,即
當負載對稱時,每一相有功功率相等,所以總有功功率是單相的三倍,即
6.電路定律
1. 部分電路歐姆定律
該定律指流過導體的電流與加在導體兩端的電壓成正比,而與導體的電阻成反比,即
2. 全電路歐姆定律
該定律指全電路中電源的電動勢與電流成正比,與總電阻成反比,即
上式做變換,可得
進一步變換可得
3。基爾霍夫定律
1)基爾霍夫電流定律
基爾霍夫電流定律也叫節點電流定律,簡稱爲。該定律指出電路中任意時刻流進某節點的電流之和等於流出該節點的電流之和,即
基爾霍夫電流定律又可表述爲:流過電路中任意一個節點的所有電流的代數和爲零。基爾霍夫電流定律不僅適用於節點,也可以推廣於任意假定的封閉面,即流進封閉面的電流等於流出封閉面的電流。
2)基爾霍夫電壓定律
基爾霍夫電壓定律也叫做迴路電壓定律,簡稱爲。該定律指出對於電路中的任一封閉迴路,沿迴路按一定方向環繞一週,迴路中電動勢的代數和等於電壓的代數和,即
7.電磁感應
1.靜電現象
在很早的時候,人們就發現用毛皮摩擦過的(琥鉑)膠棒能夠吸引羽毛、頭髮等輕小物件。物體有了這種吸引輕小物件的性質,就說它帶了電,或有了電荷。自然界中只存在兩種電荷,正電荷和負電荷,而且,兩種電荷互相排斥,異種電荷互相吸引。
2.庫侖定律
兩個點電荷q1及q2之間的相互相互作用力的大小和q1與q2的乘積成正比,和它們之間的距離成反比;作用力的方向沿着它們的聯線,同號電荷相斥,異種電荷相吸。
3.電場的概念
近代物理學的發展告訴我們:凡是有電荷的,四周就存在着電場,即任何電荷都在自己的周圍的空間激發電場;而電場的基本性質是,它對於處在其中的任何其它電荷都有作用力,稱爲電場力。
8.磁的基本知識
1.磁場
具有磁性的物體叫磁體。磁體兩端磁性最強的區域叫磁極,任何磁體都有兩個磁極,分別用北極和南極表示。在磁體周圍存在一種特殊物質,同時具有力和能的特性,稱爲磁場。
2.磁力線
磁場和電場都是有方向的,爲了形象地描述磁場我們引入磁力線的概念,並規定在磁力線上每一點的切線方向表示該點的磁場方向。
磁力線有以下幾個特點:
1) 磁力線是互不相交的閉合曲線。在磁體外部由指向,在磁體內部由指向。
2) 磁力線上任意一點的切線方向,就是該點的磁場方向,即小磁針在磁力作用下極所指的方向。
3) 磁力線越密表示磁場越強,反之磁力線越疏表示磁場越弱。
3.電流的磁場
(1) 電流的磁效應
當電流通過導體時,導體的周圍就產生磁場,這種電生磁的現象稱爲電流的磁效應。
(2) 通電直導體的磁場
它產生的磁力線爲以導體爲中心的同心圓,這些同心圓都在和導線垂直的平面上。磁力線的方向和電流的方向的關係可用安培定則(也叫右手螺旋定則)來確定,即:右手握住導體,大拇指指向電流的方向,彎曲四指就是指向電流的方向。
3.電磁感應
自從丹麥物理學家奧斯特發現電流的磁效應之後,很多科學家都在探索變化的磁場是否能夠在導體中產生電動勢呢?英國物理學家法拉第通過實驗給出了明確的結論,即變化的磁場能夠在導體中產生感應電動勢,我們將這種現象稱爲電磁感應。
實驗證明,導體在均勻磁場中作切割磁力線運動,所產生的感應電動勢的大小和磁感應強度、導體的有效長度、導體與磁場方向的夾角以及導體的運動速度有關係,可以表示爲