電工基礎知識培訓課件主要內容第一章電場第二章恒定電流第三章磁場第四章電磁感應第五章交變電流第六章三相交變電流第一章

電場電荷電荷守恒定律庫倫定律電場電場強度

電場中的導體靜電屏蔽1.1電荷電荷守恒定律用絲綢摩擦過的玻璃棒和毛皮摩擦過的橡膠棒都能吸引輕小物體，這是帶電體的性質，用絲綢摩擦過的玻璃棒上帶的電荷叫正電荷；把毛皮摩擦過的橡膠棒上帶的電荷叫做負電荷，而且同種電荷互相排斥，異種電荷互相吸引。

用摩擦的方法使物體帶電叫摩擦起電，摩擦起電并不是創造了電，只是電荷發生了轉移。失去電子帶正電；得到電子帶負電。

那么摩擦為什么回生電呢？由于不同物質的原子核對核外電子的束縛能力不同，當兩個物體相互摩擦時，原子核對核外電子的束縛本領弱的物體，它的一些電子就會轉移到另一個物體上，失去電子的物體帶正電，得到電子的物體由于帶有多余的電子而帶負電。摩擦起電實質上并不是創造了電，只是電荷從一個物體轉移到了另一個物體，使正負電荷分開，電荷的總量并沒有改變。相互摩擦的兩個物體，必然帶上等量的異種電荷，帶正電的物體缺少電子，帶負電的物體有了等量的多余的電子。電荷的多少叫電量。，電荷的符號是“Q”，單位是庫侖，簡稱庫，用符號“C”表示。1.1電荷電荷守恒定律摩擦可以使物體帶電，感應也可以使物體帶電。一個帶電的物體與不帶電的導體相互靠近時由于電荷間的相互作用，會使導體內部的電荷重新分布，異種電荷被吸引到帶電體附近，而同種電荷被排斥到遠離帶電體的導體另一端。靜電感應是在外電場的作用下導體中電荷在導體中重新分布的現象。尖端放電是強電場作用下，物體尖銳部分發生的一種放電現象。屬于一種電暈放電。物體曲率大處，電力線密集，電勢梯度大，致使其附近部分氣體被擊穿而發生放電。1.2庫倫定律電荷之間有相互作用，同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引，電荷中的作用力大小跟什么有關呢？如圖所示，把一個帶正電的物體放在A處，然后把一個掛在絲線上的帶正電的小球先后掛在P1、P2、P3的位置在圖上可以看出在P1時偏角最大，P2次之、P3最小，說明電荷之間的相互作用力隨著距離的增大而減小，增大絲線下端帶電小球的電荷量，在同一個位置，小球受到的電力也增大，所以電荷之間的作用力隨著電荷量的增大而增大。真空中兩個點電荷之間的相互作用力F的大小，跟它們的電荷量Q1、Q2的乘積成正比，與距離平方成反比。F=k*(q1*q2)/r^21.3電場電場強度

電場電荷之間的相互作用是通過電場發生的，只要有電荷存在，電荷周圍就存在著電場，電場的基本性質是他對放入其中的電荷有力的作用，這種力叫做電場力。電場強度把一電荷量為q的正電荷放在電荷量為Q的正電荷產生的電場中，電荷q在電場中的不同點受到的電場力一般并不相同距離Q遠的受到的電場力小，距離Q近的受到的電場力大，那么電場的強弱就可以用某一電荷在電場中受到的力的大小來表示及E=F/q電場的疊加如果有幾個點電荷同時存在，他們的電場就相互疊加，形成合電場，這時某點的場強等于各個點電荷在該點產生的場強的矢量和.電場線是為了直觀形象地描述電場分布，在電場中引入的一些假想的曲線。曲線上每一點的切線方向和該點電場強度的方向一致；曲線密集的地方場強強，稀疏的地方場強弱。1.3電場電場強度如圖：在離點電荷越近的地方場強越大，電場線越密集，離電荷越遠的地方場強越小，電場線越稀。從圖中還可以看出電場線由正電荷出發止于負電荷。1.4電場中的導體靜電平衡把一個不帶電的金屬導體（如下圖）放到場強為E0的電場中，導體內部的自由電子受到電場力的作用，將向電場的反方向移動，這樣由于自由電子重新分布后在導體左面帶負電，右面帶正電，導體兩端出現的正、負電荷在導體內部形成反方向的電場E＇，它的電力線用虛線表示，這個電場與外加電場相疊加，使導體內部的場強減小，但是，只要導體內部的場強不等于零，自由電子就繼續移動，兩端的正負電荷就繼續增加，導體內部電場就進一步消弱，直到導體內部各點場強都等于零為止。1.4電場中的導體

處于靜電平衡的導體中（包括表面）沒有電荷的定向移動。1.5靜電屏蔽靜電屏蔽達到靜電平衡的導體，內部沒有電荷，內部電場強度處處為零。由此可推知，處于靜電平衡狀態的導體，電荷只分布在導體的外表面上。如果這個導體是中空的，當它達到靜電平衡時，內部也將沒有電場。這樣，導體的外殼就會對它的內部起到“保護”作用，使它的內部不受外部電場的影響，這種現象稱為靜電屏蔽。第二章

恒定電流電流的形成電阻歐姆定理電阻的串并聯電功電功率熱功率2.1電流的形成形成電流的條件正常情況下導體的自由電荷就像氣體中的分子一樣，不停的做不規則運動，在一段時間內通過載面的自由電荷都相等，所以沒有電流，如果把導體兩端分別接到電源的兩級上，導體中就有了電流，因為電源的正極電勢高，負極電勢低，電源的兩級有電勢差，也就是電壓，當導體與電源的兩級接通時，導體的兩端也有了電壓，導體中就有了電場，導體中的電荷在電場力的作用下定向移動，就形成了電流。電源的作用是保持導體兩端的電壓，使電路中有持續電流。國際單位制中1kA=1000A1A=1000mA1mA=1000μA2.2電阻在同一電路中，通過導體的電流跟導體兩端的電壓成正比，跟導體的電阻阻值成反比，這就是歐姆定律，基本公式是I=U/R。歐姆定律由喬治·西蒙·歐姆提出，為了紀念他對電磁學的貢獻，物理學界將電阻的單位命名為歐姆，以符號Ω表示。在公式中常用“R”表示。導體的電阻越大，表示導體對電流的阻礙作用越大。不同的導體，電阻一般不同，電阻元件的電阻值大小一般與溫度，材料，長度，還有橫截面積有關，決定式：（ρ表示電阻的電阻率，是由其本身性質決定，L表示電阻的長度，S表示電阻的橫截面積）。國際單位制中1KΩ=1000Ω1MΩ=1000KΩ2.3歐姆定理一、歐姆定理在一段電路中，流過電阻R的電流I與電阻兩端的電壓U成正比，而與這段電路的電阻R成反比。RUI電阻的倒數稱為電導，用G表示，歐姆定律還可以表示為：2.4電阻的串并聯一、電阻的串聯所有電阻流過的電流相等；串聯電路的總電壓等于各串聯電阻的電壓之和；2.4電阻的串并聯二、電阻的并聯所有電阻承受的電壓相等；并聯電路的總電流等于各并聯電阻的電流之和；2.5電功電功率電能可以轉化成多種其他形式的能量。電能轉化成多種其他形式能的過程也可以說是電流做功的過程，有多少電能發生了轉化就說電流做了多少功，即電功是多少。電流做功的多少跟電流的大小、電壓的高低、通電時間長短都有關系。加在用電器上的電壓越高、通過的電流越大、通電時間越長，電流做功越多。研究表明，當電路兩端電壓為U，電路中的電流為I，通電時間為t時，電功W（或者說消耗的電能）電流在單位時間內做的功叫做電功率。是用來表示消耗電能的快慢的物理量，用P表示，它的單位是瓦特（Watt），簡稱瓦，電功率P=W/T=UIT/T=UI（也稱為有功功率）2.6熱功率熱功率是指在一段電路上因發熱而損耗的功率，其大小決定于通過這段導體中電流強度的平方和導體電阻R的乘積。Q=I2R由此可以看出電阻越大電流越大熱功率越大。第三章

磁場磁場磁現象的電本質鐵磁的性質磁場的幾個物理量鐵磁物質的磁化電流的磁場安培定則磁場對通電導體的作用3.1磁場磁現象的電本質

磁場兩個電荷之間相互作用力是通過電場發生的，同樣磁極之間的相互作用力是通過磁場發生的那么磁場的方向是如何規定的？圖上可以看出磁鐵的外部磁感線是從磁鐵的北極出來進入磁鐵的南極。3.2鐵磁的性質磁鐵就是具有磁性的磁體。能夠長期保持磁性的磁體叫永久磁鐵。能夠被磁鐵吸引的物質稱為鐵磁物質。磁鐵之所以能吸引鐵磁物質，是由于磁鐵的周圍存在著具有磁力作用的磁場。磁場和電場一樣，具有力和能的特性，因此，磁場也是一種特殊的物質。兩塊磁鐵通過磁場相互作用，同性相斥，異性相吸。例如：指南針就是一個磁鐵，其指南的一極稱為南極（S），指北的一極稱為北極（N）。這是因為地球本身就是一個巨大的磁鐵，地球的磁北極在地理南極附近，地球的磁南極在地理北極附近。3.2鐵磁的性質為了直觀地描述磁場，可以像電力線描述電場一樣，用磁力線來描述磁場。磁力線的特點：1、磁鐵的外部，磁力線從N極到S極，磁鐵的內部，磁力線從S極到N極，從而構成一條閉合曲線；2、磁場的強弱由磁力線的疏密來表示；3、磁力線不能相互交叉；4、空間某點磁場的方向就是磁力線上該點的切線方向。3.3磁場的幾個物理量1、磁感應強度：表示磁場內各點的磁場強弱和方向的物理量。用符號B表示。磁感應強度是有方向的向量，其方向就是該點的磁場方向。磁感應強度的單位為特斯拉（簡稱特），用T表示。磁感應強度是一個矢量（即有大小和方向的量），它與產生該磁場的電流方向之間關系滿足右手螺旋定則。2、磁通：在均勻磁場中，磁感應強度B與垂直于磁場方向的面積S的乘積，稱為通過該面積的磁通量，用符合?表示。它是磁場中一個面上磁場情況的物理量。磁通不是向量，而是標量。磁通的單位是韋伯（簡稱韋），用Wb表示。由?=BS可知，磁感應強度為B=?/S所以在數值上，磁感應強度B可以看成是與磁場方向相垂直的單位面積所通過的磁通量，故磁感應強度B可認為是該面積中的磁通密度。3.3磁場的幾個物理量3、導磁系數：又稱為磁導率，表示物質導磁性能的物理量。所謂導磁性能好，指的是這類物質在外磁場的作用下能產生很大的附加磁場。磁導率可分為絕對磁導率和相對磁導率。絕對磁導率用符合u表示，簡稱磁導率，真空中的磁導率用符合u。表示；相對磁導率用符合ur表示。導磁系數的單位為亨/米（H/m）。亨（H）是電感單位。鐵磁材料的相對導磁系數很高，且不是一個常數，而是隨磁化程度變化的。4、磁場強度：表示磁場內各點磁場強弱和方向的輔助物理量。磁場中某點的磁感應強度與磁導率的比值，就是該點磁場強度，用符號H表示。磁場強度只與電流的大小和導體的幾何形狀以及位置有關，而與物質的導磁性能無關。磁場強度的單位是安培/米（A/m）。3.4鐵磁物質的磁化磁鐵并不是磁場的唯一來源，1820年丹麥物理學家奧斯特做過一個實驗，把一條導線平行的放在磁針的上方，給導線通電，磁針就發生了偏轉，說明電流也能產生磁場。那么磁鐵的磁場和電流的磁場是否相同呢？導體中的電流是由大量的自由電子的定向移動而形成，而電流的周圍又有磁場通電導線的周圍存在磁場，是由于電荷運動的結果軟鐵棒被磁鐵磁化后能吸引大頭針未被磁化前，內部分子電流取向雜亂無章，磁場相互抵消，結果對外界不顯磁性。在外界磁鐵的磁化下，內部各分子電流取向一致，形成磁極。

3.5電流的磁場通電導體的周圍空間也存在磁場，這叫做電流的磁效應。磁鐵的磁場也是由磁鐵內部的分子電流產生的，而分子電流是由繞原子核旋轉的電子和電子本身的自轉所形成的。電流產生的磁場方向與電流的方向有關，二者之間的關系可以用右手螺旋定則確定。3.6安培定則

安培定則，也叫右手螺旋定則，是表示電流和電流激發磁場的磁感線方向間關系的定則。通電直導線中的安培定則（安培定則一）：用右手握住通電直導線，讓大拇指指向電流的方向，那么四指的指向就是磁感線的環繞方向；通電螺線管中的安培定則（安培定則二）：用右手握住通電螺線管，使四指彎曲與電流方向一致，那么大拇指所指的那一端是通電螺線管的N極。3.7磁場對通電導體的作用在磁場中，通電導體將承受一個電磁力的作用，電磁力的方向與電流的方向和磁場的方向有關。三者的關系可以用左手定則來確定，即伸開左手，讓磁力線從手心穿過，四指指向電流的方向，這時，拇指所指的方向就是電磁力的方向。左手定則又叫做電動機定則。第四章

電磁感應電磁感應現象感應電動勢渦流現象自感現象互感現象4.1電磁感應現象

電磁感應現象閉合電路中的一部分導體做切割磁感線運動，電路中產生感應電流。如圖將磁鐵插入螺線管中貨從螺線管中取出電流的指針表就發生偏轉，只要穿過閉合電路中的磁通量發生變化，閉合電路中就有電流產生，這種利用磁場產生的電流現象叫做電磁感應，產生的電流叫做感應電流。在物理學中磁場的強弱使用磁感強度來表示，磁感強度等于穿過單位面積的磁通量B=Φ/S4.2感應電動勢我們知道，要使閉合電路中有電流，這個電路路中必須有電源，因為電流是由電源的電動勢引起的。在電磁感應現象里，既然閉合電路里有感應電流，那么這個電路中也必定有電動勢，在電磁感應現象中產生的電動勢叫做感應電動勢。感生電動勢的大小跟穿過閉合電路的磁通量改變的快慢有關系，式中n為線圈匝數4.3渦流現象在一根導體外面繞上線圈，并讓線圈通入交變電流，那么線圈就產生交變磁場。由于線圈中間的導體在圓周方向是可以等效成一圈圈的閉合電路，閉合電路中的磁通量在不斷發生改變，所以在導體的圓周方向會產生感應電動勢和感應電流，電流的方向沿導體的圓周方向轉圈，就像一圈圈的漩渦，所以這種在整塊導體內部發生電磁感應而產生感應電流的現象稱為渦流現象。4.4自感現象一、自感由于線圈本身電流的變化而引起感應電動勢的現象叫做自感現象。由自感現象而產生的感應電動勢叫做自感電動勢。在線性電路中，線圈的自感磁鏈和電流成正比，線圈的自感磁鏈與電流的比值叫做自感系數，簡稱自感，也叫電感，用L表示。L的數值與線圈的匝數、形狀和大小有關。4.5互感現象二、互感由于一個線圈電流的變化，使另一個線圈產生感應電動勢的現象叫做互感現象。由互感現象而產生的感應電動勢叫做互感電動勢。在線性電路中，線圈2的互感磁鏈和線圈1中的電流成正比，它們的比值叫做互感系數，簡稱互感，用M表示。M的數值除了與線圈的匝數、形狀、大小和介質種類有關以外，還和線圈的相對位置有關。第五章

交變電流交變電流的產生和變化規律正弦交流電的有效值與最大值正弦交流電有功、無功和視在功率交流電的周期和頻率變壓器原理互感器5.1交變電流的產生和變化規律如圖，矩形線圈abcd在勻強磁場中勻速轉動，可以看到電流表指針隨著線圈的轉動而擺動，并且線圈每轉一周，指針左右擺動一次，這表明轉動的線圈里產生了大小和方向都隨時間做周期性變化的交流。線圈abcd在磁場中轉動時，它的ab邊和cd邊切割磁感線，在線圈中產生感應電動勢，在電路中就產生感應電流。5.1交變電流的產生和變化規律5.2正弦交流電的有效值與最大值e=Emsinωt（ω是角速度）Em是最大值，e是瞬時值我們通常所說的電壓電流其實是指它的有效值，有效值是根據電流熱效應來規定的，讓交流和恒定電流通過相同的電阻，如果它們在相同的時間內產生的熱量相等，就把這一恒定電流的數值叫做這一交變電流的有效值，例如某一交變電流通過一段電阻絲，在一段時間內產生的熱量為Q，如果改用5A的恒定電流通過這段電阻絲，在相同的時間內產生的熱量也為Q那么這一交變電流的有效值就是5A，試驗證明正弦交流電的有效值和最大值之間有如下關系：5.3正弦交流電有功、無功和視在功率1、有功功率（平均功率）正弦交流電在一個周期內的平均功率為：有功功率就是瞬時功率的平均值，也就是瞬時功率公式的第一部分，其中，cosφ稱為RLC電路的功率因數。5.3正弦交流電有功、無功和視在功率2、無功功率有功功率反映的是電路消耗的功率，而無功功率反映的是電路儲能元件的能量交換情況，它等于能量變換的最大功率，計算可得：3、視在功率交流電路中總電壓與總電流有效值的乘積叫做視在功率，即視在功率、有功功率和無功功率構成一個直角三角形，我們稱為功率三角形，因此5.4交流電的周期和頻率周期和頻率在上圖中線圈勻速轉動一周，電流按正弦規律變化一周，我們把這種交變電流完成一次周期性變化的時間叫做交變電流的周期，通常用T表示，單位是秒，交變電流在1秒內完成周期性變化的次數叫做交變電流的頻率，通常用f表示，單位是赫茲，根據定義T=1/f我們電網的頻率是50Hz就是說1秒鐘轉了50圈。5.5變壓器原理

如圖：變壓器是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個線圈組成，一個線圈跟電源連接，叫原線圈（也叫初級線圈）一個線圈跟負載連接，叫副線圈（也叫次級線圈）。兩個線圈都是用絕緣導線繞制而成，鐵芯是涂有絕緣漆的硅鋼片疊壓而成。在原線圈上加交變電流U1原線圈中就有交變電流，他在鐵芯中產生交變磁通量，這個交變磁通量即穿過原線圈，也穿過副線圈，在原副線圈中都要都要引起感應電動勢，如果副線圈是閉合的，在副線圈中就產生感應電流，他也在鐵芯中產生交變磁通量，這個交變磁通量也穿過原線圈和副線圈，在原副線圈中同樣要引起感應電動勢這種在原副線圈中由于交變電流而發生的相互感應現象叫互感現象。5.5變壓器原理原線圈和副線圈中的電流共同產生的磁通量絕大部分通過鐵芯，只有小部分漏到鐵芯之外，在通常計算中可以忽略不計，認為穿過兩個線圈的磁鐵量相同，那么在兩個線圈每一匝產生的感應電動勢就相等，那么就有匝數比等于電壓比U1/U2=N1/N2變壓器工作的時候輸入的功率一部分從副線圈輸出，另一部分消耗在發熱上，但是消耗的功率一般不超過百分之幾所以可以認為變壓器輸入輸出的功率基本相等我們知道功率P=UI那么原線圈U1I1=副線圈U2I2由于U1/U2=N1/N2所以原副線圈的電流比等于他們匝數的反比即Ⅰ1/Ⅰ2=N2/N15.6互感器互感器也是一種變壓器，交流電壓表和電流表都有一定的量度范圍，不能直接測量高電壓和大電流，用變壓器把高電壓變成低電壓，或者大電流變成小電流的這種變壓器就叫做互感器。互感器分為電壓互感器和電流互感器。為什么電流互感器二次側不能開路？為什么電壓互感器二次側不能短路？第六章

三相交變電流概述三相正弦交流電的表示方法三相交流電路的星形連接三相交流電路的三角形連接三相交流電路的功率功率因素6.1概述一、三相交流電路的定義將三個頻率和最大值相同，相位互差120o的正弦電動勢（或電壓），按照一定的方式連接起來構成三相交流電源，再與一定的三相輸電線路和三相負載連接，就構成三相交流電路。三相交流電路與單相交流電路相比，具有一下優點：1、在相同尺寸下，三相發電機的輸出功率比單相發電機要大；2、在相同電壓下，輸送功率和距離一定時，采用三相輸電比單相輸電節省導線材料等，比較經濟；3、三相電動機比單相電動機結構簡單，性能好，成本低，運行可靠，維護和使用較方便。6.1概述二、基本概念火線：由每相繞組或負載始端引出的導線叫做端線，也叫火線；零線：在星形連接中從中點引出的導線叫做中性線，也叫零線；相電壓：每相繞組或負載始端和末端之間的電壓叫做相電壓；線電壓：三相繞組或負載端線與端線之間的電壓叫做線電壓；相電流：流過每相繞組或負載的電流叫做相電流；線電流：流過端線（或火線）的電流叫做線電流；零線電流：流過中性線（或零線）的電流叫做零線電流。6.2三相正弦交流電的表示方法三相交變電流的產生像下圖那樣，只有一個線圈在磁場里轉動，電路里只產生一個交變電動勢，這樣的發動機叫做單相交流發動機，它發出的電流叫做單相交流電流，如果在磁場里有三個互成角度的線圈同時轉動，電路里就產生三個交變電動勢，這樣的發動機叫做三相交流發動機，它發出的電流叫做三相交變電流。6.2三相正弦交流電的表示方法三個線圈中的電動勢雖然最大值和周期都相同，但是它們不能同時為零或者同時達到最大值，由于三個線圈的平面依次相差120度角，它們到達零值（即通過中性面）和最大值的時間，依次落后3分之1周期。6.3三相交流電路的星形連接將三相繞組或負載的末端連接在一起，成為一個公共點，始端分別用導線引出，這種連接方式叫做星形連接。因此，當三相繞組或負載接成星形時，線電壓有效值等于相電壓有效值的倍，各線電壓在相位上超前相應的相電壓30°；同時，各線電流在大小和相位上等于相應的相電流，即6.4三相交流電路的三角形連接將三相繞組或負載的始端和末端依次連接，構成一個閉合三角形回路，然后從三個連接點分別引出導線，這種連接方式叫做三角形連接。因此，當三相繞組或負載接成三角形時，線電流有效值等于相電流有效值的倍，各線電流在相位上滯后相應的相電流30°；同時，各線電壓在大小和相位上等于相應的相電壓，即6.5三相交流電路的功率一、有功功率無論三相對稱電路中的電源和負載是接成星形還是三角形，其總的有功功率的計算公式是相同的。二、無功功率三、視在功率6.6功率因素二、功率關系在功率三角形中，有功功率P與視在功率S的比值，稱為功率因數

cosφ=P/S功率因數是衡量電氣設備效率高低的一個系數。功率因數低，說明電路用于交變磁場轉換的無功功率大，從而降低了設備的利用率，增加了線路供電損失。練習1、在磁場中，通電導體將承受一個＿＿＿＿＿＿力的作用，它的方向與電流的方向和磁場的方向有關。三者的關系可以用＿＿＿＿＿＿來確定，即伸開＿＿＿＿＿＿手，讓磁力線從手心穿過，＿＿＿＿＿＿＿指向電流的方向，這時，＿＿＿＿＿＿所指的方向就是它的方向。答案：電磁，左手定則，左，四指，拇指練習2、直導體作切割磁力線運動，導體內的電荷受電磁力的作用而分離，從而產生＿＿＿＿＿＿。它的方向可由＿＿＿＿＿＿確定。即伸出＿＿＿＿＿＿手，讓磁力線垂直穿過手心，則＿＿＿＿＿＿所指的方向就是感應電動勢的方向，＿＿＿＿＿＿指向導體運動方向。答案：感應電動勢，右手定則，右，四指，拇指練習3、大小和方向都隨時間作周期變化的電流，叫做周期電流；在一個周期內，平均值等于＿＿＿＿＿＿的周期電流，叫做交變電流，也稱交流；按正弦規律變化的交流，叫做＿＿＿＿＿＿。答案：零，正弦交流練習4、有效值的定義：在阻值相同的兩個電阻元件中，分別通入直流電流I和交流電流i，如果在相同的時間里，這兩個電流所產生的＿＿＿＿＿＿相同，則＿＿＿＿＿＿電流的有效值就等于＿＿＿＿＿＿電流的大小。答案：熱量，交流，直流練習6、功率因數是用電設備的一個重要技術