第一章直流电路第一节直流电路的基本概念一、电路的组成:由电源、负载、开关和导线等按照一定的方式连接起来的闭合回路,称为电路。
E1、电源:在电路中提供电能的,如干电池,蓄电池,交直流发电机等。
2、负载(用电器):消耗能量的设备,如电灯、电炉和电动机等。
3、开关:用来实现对电路进行控制和保护作用等。
如:刀闸开关、熔断器等。
4、导线;用来联接电路的,为电路提供通路的。
在电路中起输送电能的作用。
常用铜、铝等材料制作。
二、电流1、电流:导体中自由电子在电场力的作用下作定向移动,形成电流。
2、方向:通常,我们把正电荷定向移动的方向定为电流的方向,而电子移动的方向和电流的方向正好相反。
3、电流的大小:在数值上等于单位时间内通过导体横截面的电量的多少。
用符号I 表示I = Q / t式中I ——电流(A);Q ——电荷量(C);t ——时间(s)。
4、电流的测量:常用电流表。
注意:a、量称b、极性c、与被测电路串连。
例一、P4 如果3 s 内通过导体横截面的电量是12 C ,求通过导体的电流是多少?如果通过导体的电流是0.3 A,那么3s 内将有多少电量通过导体截面?解:公式I=Q / t三、电位、电压、电动势1、电位(V):1)、电位:把正电荷在某点具有的能量,称为该点的电位。
正电荷从高电位流向低电位;负电荷恰好相反2)、参考点:通常将大地作为参考点,且电位为零。
3)、电位的正负:正电位——某点电位高于参考点的电位。
负电位——与正电位相反。
4)、不同的参考点,电位不同,即电位的大小与参考点有关。
例:P6 求:V A,V B,V CA 3VB 6VC A 3V B 6v C2、电压1)、电压(U):电路中某两点的电位差,叫做该两点间的电压。
2)、方向:由高点位指向低电位。
3)、单位:伏特(V)4)、测量:电压表注意:a、并列在被测电路中b、极性c、量称3、电动势(E)1)、电动势:电源正负极间存在电位差,导线中便存在着电场,自由电子在电场力的作用下,沿导线由负极移向正极,而电源力(非电场力)再把负电荷由正极送到负极,因而做功W’。
电动势E=W’/q q ——电荷量(C)2)、方向:由电源的负极经由内电路指向电源的正极。
四、电阻1、电阻(R):导体中的自由电子在运动过程中,自由电子间的碰撞及自由电子与原子间的碰撞,阻碍了电子的移动,称其为电阻。
2、单位:欧姆(Ω)、KΩ、MΩ3、导体的电阻:R =ρL/S ρ——导体的材料(Ω.M);L——导体的长度(M);S ——导体的界面(M2)。
例2P12第二节欧姆定律一、部分电路的欧姆定律部分电路:电路中的一部分,叫做部分电路。
I RU=RI I=U/R例P14二、全电路欧姆定律Er全电路:由内电路和外电路组成的闭合回路的整体。
全电路欧姆定律:I = E / (R+r)U= E - I r注意两种特殊状态:1、开路2、短路第三节电阻的串联、并联和混联一、电阻的串联1、串联:各个电阻首尾相联,称为电阻的串联。
R1R22、特点:1)、电流:相等。
2)、总电压:等于各个电阻上分电压之和。
3)、总电阻:等于各分电阻之和。
R= R1+ R2。
4)、每个电阻上的电压与总电压之间的关系为:U1=(R1/R )U U2=(R2/R) U可见,每个电阻上分得的电压大小和电阻成正比。
3、应用:1)、分压器2)、扩充电压表的量程。
例12 P23二、电阻的并联1、并联:各个电阻首首相联,尾尾相联。
2、特点:1)、并联支路两端电压相等2)、总电流:等于各个支路电流之和3)、总电阻:总电阻的倒数等于各个电阻的倒数之和1/R= 1/R1+1/R24)、每一个电阻上流过的电流和电阻成反比I1=( R/R1 )I3、应用:1)、可获得小电阻(总电阻小于任何一个并联电阻)2)、电压相同的负载并列使用,互不影响3)、扩大电流表的量程三、电阻的混联:既有串联又有并联的连接方式叫做混联。
P24第四节电功和电功率一、电功1、电功(电场力做的功):电场力把电荷从一点移到另一点,对电荷所做的功,称为电功。
2、大小:W=q u而q=I t所以W=u I t对电阻电路U=RI W=I2Rt=U2/Rt其中w——功率,焦耳JI——电流,安培A;u——电压,伏特V。
3、单位:国际单位焦耳(J),常用单位度(千瓦小时)1KW.h = 3.6 X 106 J二、电功率1、电功率:电场力在单位时间内所做的功2、大小:P=w/t=u iP——电功率,瓦特w 。
3、单位:W、KW注意:电器上通常标注的功率和电压,即为设备的额定功率和额定电压。
三、焦耳—楞次定律电流通过导体会发热,Q=I2Rt例17 例18第五节电容器一、电容器与电容1、电容器:任意两块非常接近的金属导体(极板),中间隔以绝缘介质(空气、云母和陶瓷等),形成一个电容器。
2、电压与电量的关系:Q=CU C—电容器的电容量C=Q/U3、C的意义:在一定电压下,电容器储存电荷量的大小。
C的单位:法拉(F)、微法(μF),皮法(μμF)1F=106μF=1012PF二、电容器的种类:P36 见图三、电容器的串联和并联1、串联:1)、电容器的串联:两个或两个以上的电容器依次首尾相联。
C1C22)、串联的特点:a、每个电容器上的电荷量都相等,等于等效电容上的电荷量,Q1 = Q 2 = Qb、总电压等于各个电容上的电压之和。
U=U1+U23)、等效电容:经过推导知:总电容的倒数等于各个电容的倒数和。
1/C=1/C1+1/C22、电容器的并联1)、并联:多个电容器首首相联,尾尾相联。
C1C22)、特点:a、电压相等b、总电荷量等于各电容电荷量之和,Q=Q1+Q2c、总电容等于各个并联电容之和,C=C1+C2第二章磁与电磁第一节磁场的基本概念一、磁场和磁力线1、磁场:磁铁周围存在着一个肉眼看不见的特殊物质,这种物质称为磁场。
2、磁力线:用来描述磁场中某点磁场的大小和方向的概念。
1)、磁力线在磁铁外部总是丛N极出,S极入;在磁铁内部则相反。
2)、磁场的大小用磁力线的疏密程度表示;磁场的方向即为磁力线在该点的切线方向。
3)、磁力线是一些封闭的曲线。
二、电流的磁场1、通电直导线的磁场是以通电直导线为中心的一组同心圆,方向满足右手螺旋定则,I例:P51 学员判断2、通电线圈的磁场右手螺旋定则同时适合螺线管线圈,四个弯曲手指为电流的方向,大拇指方向线圈磁场的N极。
例:P51 学员判断三、磁场的基本物理量1、磁感应强度(B):1)、作用:描述磁场中各点磁场强弱和方向的物理量。
2)、大小:磁感应强度在数值上等于与磁场方向相垂直的单位长度的导体,通过单位电流时所受的作用力。
匀强磁场中:F=BLI B = F / L I其中B——磁感应强度,T;L——导体的有效长度,M;F——导体所受的作用力,N。
3)、单位:特斯拉(T)2、磁通磁通(Ф):磁感应强度B 与垂直与磁场方向的面积S的乘积。
Ф=B×SB=Ф/S磁感应强度B(磁密):单位面积上磁力线条数。
3、磁场强度(H):用来确定磁场和电流间关系的物理量。
大小:H=IN/L1)、磁导率:表示磁场中媒介质的导磁性能的物理量。
2)、真空的磁导率为ц0=4π×10-7亨利/米(H/M)3)、相对磁导率:任一媒介质磁导率ц与真空磁导率ц0的比值。
цr=ц/ц04)、磁感应强度B与磁场强度H的关系B=цH第二节铁磁物质的磁化和分类(省略)媒介质的分类:根据цr的大小分为铁磁性物质和非铁磁性物质。
非铁磁性物质:如空气、木材等。
铁磁性物质:如铸铁、硅钢片等,可用来制作所有电磁设备铁芯。
1)、磁场强度(H):表示磁场性质的物理量。
大小为磁场中某点的磁感应强度(B)与媒介质的磁导率(ц)的比值。
H=B/ц一、铁磁性物质的磁化物质的磁化:本来不带磁性的物质,由于受磁场的作用而具有了磁性的现象(只有铁磁性物质才能被磁化)。
原因:铁磁性物质有许多磁畴组成,每一个磁畴相当于一个小磁铁。
在外磁场作用下,磁场会沿着磁场方向取向排列,形成附加磁场从而磁场显著增强有些铁磁性物质,在去掉外磁场后,磁畴的一部分或大部分仍保持取向一致,对外仍是显磁性,从而形成了永久性磁铁。
应用:广泛使用在电子和电气设备中,如使变压器,电机在同容量下体积小,重量轻。
1、磁化曲线:为了具体分析研究某种材料的导磁性能,用实验的方法测试磁感应强度B和磁场强度H的关系曲线。
2、磁滞回线:铁质性物质经过多次磁化,退磁的循环,得到一个封闭对称于原点的闭合曲线。
基本磁化曲线:铁磁性材料,在反复交变磁化中,可得到一系列大小不一的磁滞回线,连接各条对称的磁滞回线的顶点,得到一条曲线叫基本磁滞回线。
剩磁和矫顽磁力越大的铁磁性物质,磁滞损耗就越大。
铁磁性物质的分类根据磁滞回线形状:软磁性物质,硬磁性物质和矩磁性物质。
1)、软磁性物质:磁滞回线窄而陡,包围面积小,损耗小,易磁化。
2)、硬磁性物质:与软磁铁相反。
3)、矩磁性物质:是一种具有矩形磁滞回线的铁磁性物质。
第三节磁场对电流的作用一、通电导线在磁场中受力1、磁场对通电直导体的作用1)、实验过程:P65 图2—182)、结果:通电导体在磁场中受力3)....F=IBL (条件:电流与磁场垂直)4)、例:P66 图2—202、磁场对载流线圈的作用1)、大小:F=IBS (条件:S平面与B间的夹角为零)2)、方向:由右手螺旋定则确定。
3)、应用:电机及各种仪表的工作原理。
二、通电导体间的相互作用两根并行的通电导体,那么一根导体就处在另一根导体的磁场中,电流在磁场中受力,因此,两导体间相互作用。
1、若I1、I2同方向,则相吸;反之,相斥。
2、力的大小:F=0.2 I1 I2 L/a ×10-6 (N)3、应用:架空线路间的线间距以及短路的危害。
第四节电磁感应一、电磁感应现象产生感生电动势的条件:1)、导体切割磁力线运动时,导体两端将产生感生电动势,若将导体连接成闭合回路,则有电流通过。
2)、穿过任一回路内的磁通量发生变化时,闭合回路中产生感生电动势和感生电流。
二、导体切割磁力线产生感生电势1、感生电动势的方向(发电):右手定则。
大拇指为导体运动的方向;四个手指为感生电动势的方向。
2、感生电动势的大小:e=BLVSinαα—运动方向和B的夹角三、线圈磁通变化产生感应电动势1、楞次定律:当闭合回路中磁通量发生变化时,在回路中就有感生电动势产生。
线圈中感应电流的方向,总是使它产生的磁场阻碍闭合回路中原来磁通量的变化,这个规律,称为楞次定律。
方向:由右手定则确定。
大小:e = -N dΦ/dt具体:1)、判断回路原磁场的方向和变化趋势。
2)、感生电流的方向总是阻碍原磁通的变化。
2、法拉第电磁感应定律楞次定律:给出了回路中磁通量变化时感生电势的方向法拉第电磁感应定律:计算感生电势的大小,e = -N dΦ/dt第五节自感与互感一、自感现象与电感自感现象:由于线圈中本身电流的变化,在线圈中产生感生电动势的现象,所产生的感生电动势叫自感电动势。