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第一部分电工基础知识
第一章直流电路
本章主要研究直流电路的基本概念、基本定律和分析电路的方法,它是进一步认识其他电路的基础,学习时,既要弄清各物理量的意义,又要学会灵活运用电路的基本定律,以解决电路中的具体问题。
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,例如发电机(把机械能转变成电能)、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它能量的设备,例如电炉(把电能转换成热能)、电动机(把电能转换成机械能)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,如图1-1就是一个由电池(电源)、灯泡(负载)、连接导线和开关(辅助设备)组成的简单电路。电路图并不反映电路的实际尺寸和设备的具体结构,也不反映它的真实位置,也不要求按比例绘制。它只反映电路中在电气方面相互联系的实际情况,便于对电路进行分析和计算。它与机械图和电气装配图不同。
二、电路图
为了研究和绘制电路的方便,在电工技术中,国家统一规定了一些符号来代替实物。如图1-2是几种常见的电气设备的图形符号。用图形符号绘制的图称为电路图。图1-1就是利用电工符号绘成的电路图
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:一是电路形成闭合回路;二是电源两端要有电压。如果图1-1中的开关不闭合,灯泡就会不亮,因为电路没有形成闭合回路,电路中无电流。若图1-1中的开关是闭合的,也就是具有了闭合回路,但电源两端如果没有电压(电位差),电路中也是不会有电流的,例如电池的电用完了就是这种情况。
三、电场
大家知道,一切物质都是由分子和原子组成,儿原子是带正电的原子核和带负电的电子组成。在正常情况下,二者正负电量相等,所以,物体对外界不显示任何电性。当人们用摩擦或感应等方法使物体失掉一些电子或获得一些电子时,就显示出电性了。失掉电子则显正电性,获得电子则显负电性,称这种物体为带电体。
人们发现,在带电体的周围存在着一种特殊形态的物质――电场。电场的主要特征就是对置于电场内的电荷(很小的带电体),有电场力的作用。
通过实验可以看到,带电体形成的静电场,能使放入静电场中的电荷受到力的作用。如图1-3所示,把微小的正电荷q放入正电荷Q形成的电场中,根据同性相斥的原则,q要受道Q的排斥。
为了直观而形象地描绘静电场,人们把极微小的正电荷在电场中各点受力的方向作为切线方向而描绘出来的线称为电力线。因此,电力线具有以下性质:
(1)、电力线的方向:由正电荷起到负电荷止;
(2)、电力线上任何一点的切线方向,都是在该点放一个正电荷所受静电场力的方向。
(3)、电力线彼此不能相交。
图1-4a和图1-4b绘出了孤立带电球体的电力线;图1-4c是两个异性带电球体形成电场的电力线;图1-4d是两块板面很大、距离很近、带异性电荷平行板中间部分电场的电力线。
上面我们对静电场的性质进行了分析,下面在对它作定量分析。

我们把带电量很微小、尺寸很微小的电荷防在静电场中(这样的电荷称为试验电荷。它小到放入所研究的电场中,不会改变这个点场的分布),我们发现,同一试验电荷在不同的电场内或同一电场的一个固定点上进行试验,会发现一个引人注意的特性,那就是:改变试验电荷的电量,受力的大小也随着改变,且受力大小与实验电荷所带电量成正比,或者说,它们的比值是一个固定的数值。可见,这个比值反映了电场某一点的特性。
于是,我们把试验电荷在电场某一点所受的电场力F与实验电荷量Q的比值,定义为电场强度,
即:E=F/Q (1-1)
式中:E――电场强度 F――电场力 Q――电荷量