新编电气工程师手册.pdf

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! 第一篇电气工程基础篇!
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第一篇电气工程基础篇· 0 ·
第一章电气工程基础理论
第一节电路及其基本定律
一、电路的内涵
(一)电路的物理量
!" 电流当我们合上电源开关的时候,电灯就会发光,电炉就会发热,电动机就会转动,这是因为在电
路中有电流通过的缘故。电流虽然用肉眼看不见,但是可以通过它的各种表现而被人们所觉察。
那么什么叫做电流呢?电流是电荷(带电粒子)有规则的定向运动而形成的。如图! # ! 所示,若将电源
开关闭合,灯泡就会发光,从灯泡闪光的一瞬间开始,就发生了电荷向一定方向的移动。
图! # ! 简单电路
(!)电流的大小和单位:表征电流强弱的物理量叫做电流强度,简称电流,用字母“!”或“"”表示。
电流在数值上等于单位时间内通过某一导体横截面的电荷量,即
" $ %&’%(
如果电流不随时间而变化,即%&’%( $ 常数,则这种电流称为恒定电流,简称直流,常用大写字母! 表示。
即
! $ # $ %
式中# 是在时间% 内通过导体横截面& 的电荷量。
在国际单位制()*)中,电流的单位名称是安培,简称安,用符号+ 表示。并规定每秒钟通过导线截面的
电量为库时的电流为安。电流的单位也可用千安( )、毫安( )、微安( )或纳安( )表示,它们之间
! ! ,+ -+ !+ .+
的换算关系是:
!,+ $ !///+
!-+ $ !/ # 0+
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!!" # !$ ’"
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!(" # !$ !"
())电流的方向:实际上,导体中的电流是由负电荷在导体中流动形成的,而我们****惯上规定正电荷运动
的方向或负电荷运动的相反方向作为电流的方向(实际方向)。
电流的实际方向是一定的,但在实际电路中,电流的实际方向,往往难以确定。为此,在分析与计算电路
时,常可任意选定某一方向作为电流的正方向或称为参考方向。所选电流的正方向并不一定与电流的实际方
向一致。当电流的实际方向与其正方向一致时,则电流为正值(图! % )*);反之,电流为负值(图! % )+)。因此,
在正方向选定之后,电流之值才有正负之分,显然,在未标定正方向的情况下,电流的正或负是毫无意义的。
图! % ) 电流的方向
综上所述,导体中的电流不仅具有大小,而且具有方向性。
大小和方向都不随时间而变化的电流为恒定直流,简称直流,如图!
% &* 所示。
方向始终不变,大小随时间而变化的电流称为脉动直流电流,如图!
% &+ 所示。
大小和方向均随时间变化的电流称为交流电流,通常其大小和方向
随时间作周期性变化,且平均值为零的交流电,简称交流。
工业上普遍应用的交流电流是按正弦函数规律变化的,称为正弦交
流电流,如图! % &, 所示。图! % &- 所表示的电流,是非正弦交流电流。
). 电压(电位差)与电位电路中负载与电源接通后就会有电流通
过。电灯发光,是因为电源正负极之间存在电压。电压是电场中两点间
的电位差,是变量电场力做功本领的物理量,是产生电流的能力,如图!
% / 所示,在导体内部,单位正电荷自* 点移动到+ 点,电场力所作的功
定义为、两点间的电压。用表示。即
* + !*+
"
! # *+
*+ #
式中———电场力所做的功,单位为焦( );
"*+ 0
#———被移动正电荷的电量,单位为库(1)。
电压有时也叫电位差。电位是电场中某点与零电位之间的电位差,
其数值与零电位点的选择有关。供电线路中,通常选择大地的电位为零
电位;但在电路中通常以电源的负极作为参考点(零电位)。
若、分别表示点、点电位(且点电位高于点电位),若用
!* !+ * + * +
电位来表示*、+ 两点间的电压,则
!*+ #!* %!+
在电路中****惯上将正电荷受电场力方向即电位降方向,定为电压
图电流的种类
方向。当正电荷顺电场方向由点移向点,电场力作正功, ,即! % &
* + !*+ 2 $ *
点电位高于+ 点电位,反之相反。
电流总是从高电位向低电位流动,就像水从高处流向低处一样,电位差愈大即电压愈高,产生的电流就
愈大。