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本节主要内容:直流电路
主要讲述直流电路的基本概念、基本定律和分析电路的方法。它是进一步认识其它电路的基础。
第一节 电路基础
一、电路的概念
电路是电流经过的路径。一个完整的电路一般由四部分组成。
1、电源:是把其它能量转换成电能的设备。
2、负载:是一种把电能转变成其它能量的设备。
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。
二、电路图
为了研究和绘制电路方便,在电工技术中,国家统一规定了一些符号来代替实物。虽说电路是电流通过的道路,但要使电路中通过持续电流,还需要有两个条件:一是电路是要形成闭合回路,二是电源两端要有电压。
1、电场强度
我们把试验电荷在电场某一点所受的电场力F与试验电荷量Q的比值定义为电场强度,即E=F/Q
式中:E——电场强度;F——电场力;Q——电荷量
2、库仑定律
两个点电荷之间的作用力,和这两个点电荷电荷量的乘积成正比,和它们之间距离的平方成正比。
第二节 电路的基本物理量
一、电流
1、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,称做电流强度,简称电流,用I表示,即I=Q/t
式中I——电流,A;Q——电量,C;t——时间,S
2、电流的方向
由于历史上的原因,在习惯上将正电荷运动的方向作为电流的方向。
3、电流密度
同一电流通过不同的截面,其电流密度不同。单位截面内通过的电流称做电流密度。在直流电路中电流均匀地分布在导体的横截面上,电流密度可用下式表示:δ=I/S
式中δ——电流密度,A/mm2;I——电流,A;S——导体截面,mm2
二、电压和电位
1、电压
电场力移动单位正电荷Q由A点至B点所作的功,定义为A、B两点间的电压(电位差)
2、电位
在电场中,我们指定点“0“做参考点,而把电场中任意点A与参考点之间的电压UA0称为该点的电位,用 表示。
三、电阻与电导、电阻与温度的关系
1、电阻
电子运动受到的阻力称为电阻,用Rr表示,单位是欧姆(Ω),简称欧。金属导体的电阻不但与其几何尺寸有关,而且和导体的材料有关,可用下式表示:R=ρ(L/S)
式中L——导体长度,m;S——导体截面,mm2;ρ——电阻系数,Ω1/a. mm2/m
2、线性电阻与非线性电阻
各种导体的电阻,根据它们的阻值与电压、电流有无关系,可分为两大类。一类是电阻数值与电压或电流的大小、方向等无关而保持恒定数值的,这类电阻叫做线性电阻,另一类导体的电阻数值与电压或电流的大小、方向有关系,即电阻不是保持恒量的,叫做非线性电阻。
3、电阻与温度的关系
导体的电阻值与导体自身的因素(长度、截面积和材料)有关,还与温度有关。各种导电材料的电阻随温度变化的情况有所不同,为了便于比较,我们取电阻值为1Ω的导电材料,当其温度变化1℃后,再测量电阻变化的数值,并把这个数值叫做电阻温度系数,用α表示。
第三节 导体、绝缘体和半导体
各种材料的导电性能是有很大差别的,按其导电能力,可分为导体、绝缘体和半导体三类。
一、导体:导电能力强的材料称为导体。
二、绝缘体
这类材料的导电性能很差,电阻系数很大,约为1042~1024Ω. mm2/m。
三、半导体
导电能力介于导体与绝缘体之间的材料称为半导体。常见的半导体材料有硅、硒等。
第四节 欧姆定律
一、一段电阻电路的欧姆定律
我们通过试验可以知道,如果加在电阻R两端的电压U发生变化,电路中的电流I也随着变化,而且这种变化是成正比例的,即电压和电流的比值是一个常数。这个比例常数就是电路的电阻,其表达式如下:U/I=R
二、全电路的欧姆定律
在一个闭合电路中,电流与电源的电动势成正比,与电路中的内电阻和外电阻之和成反比,这个规律称全电阻欧姆定律。
第五节 简单电路的计算方法
一、电阻的串联
串联电路具有以下特点:
1、通过各电阻中的电流都相等。
2、各电阻上电压降的和等于总电压。
3、各电阻上的电压与各自的电阻成正比。
4、电路的等效电阻(或称总电阻)等于各个电阻之和。R=R1+R2+R3+…
二、电阻的并联
并联电路具有以下特点:
1、各并联支路的端电压相等(忽略导线上的电压损失)。
2、总电流为各支路电流的和。
3、各支路电流的大小与其电阻成反比,I1/12=R1/R2。
4、电路等效电阻的倒数,等于各支路电阻的倒数和,即1/R=1/R1+1/R2+1/R3+…
本节主要内容:电流的磁场、磁路及电磁感应
1、磁铁:带有磁性的物体,且能吸引铁、钴等金属物质的物体称磁铁。
2、磁场:磁铁周围产生磁性的范围叫磁场。磁铁的两端磁性最强处为两个极,南极用字母“S”表示,北极用字母“N”表示。
3、磁路:在磁场中磁力作用有通路叫磁路。
4、磁通密度:反映磁场强弱有物理量叫磁通密度(磁感应强度)
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