资源描述
单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章电路基础知识,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章电路基础知识,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章电路基础知识,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章简单直流电路的分析,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章简单直流电路的分析,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章复杂直流电路的分析,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章复杂直流电路的分析,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章复杂直流电路的分析,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章磁场与电磁感应,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章磁场与电磁感应,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五章单相交流电路,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五章单相交流电路,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第六章三相交流电路,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第六章三相交流电路,第一章绝缘材料,第二章普通导电材料,第三章特殊功能导电材料,第四章磁性材料,第五章其他电工材料,1-1电路和电路图,1-2电流和电压,1-3电阻,1.了解电路的基本组成和基本功能。,2.了解电路图的基本类型。,3.能说出电路图中常用符号的含义。,学习目标,1-1电路和电路图,一、电路的基本组成,图a所示为手电筒内部结构示意图，用开关和金属片（导线）将干电池和小灯泡连接起来，只要打开开关，有电流流过，小灯泡就会亮起来；与此相似，将电风扇接上电源，只要打开开关，有电流流过，电风扇就会转起来（图b）。像这样电流流通的路径称为电路。,对比两个电路的组成可归纳出，它们都由电源、负载、控制装置及导线组成。,电源是把其他形式的能量转换为电能的装置。,电路的组成,a）手电筒b）电风扇,小灯泡和电风扇是消耗电能的装置，称为负载，也称用电器。负载的作用是把电能转换为其他形式的能量。,控制装置及导线用于连接电源和负载，使它们构成电流的通路，把电源的能量输送给负载，并根据需要控制电路的通、断。,有些电路中还装有保护装置，如熔断器、热继电器等，以保证电路的安全运行。,二、电路的基本功能,电路的基本功能有两大类。,一是进行能量的传输、分配和转换。,电能传输示意图,二是进行信息的传递和处理。,扩音器电路示意图,三、电路图,为便于分析电路的工作原理和性能，便于电路的设计和安装，一般使用电路图来简洁、直观地表达电路中各组成部分的连接关系。,广义上的电路图主要有电路原理图、框图、印制电路图等。狭义上，也常将最为常用的电路原理图简称为电路图。,1.电路原理图,用电气符号描述电路连接情况的图称为电路原理图，简称电路图或原理图。,电路原理图,a）手电筒电路原理图b）电风扇电路原理图,2.框图,框图是一种用矩形框、箭头和直线等来表示电路工作原理和构成概况的电路图。,框图主要用来体现电路的大致组成情况和工作流程，更多应用于描述较为复杂的电气系统。,框图,3.印制电路图,由于电路板的制作一般先要用印刷油漆的方法将需要保留的铜箔处覆盖，所以这种电路元件的安装图称为印制电路图，如图所示。,印制电路图,四、电路原理图常用符号,电路是由各种电气元件连接而成的，而实际电气元件的特性并不是单一的。在一定条件下对实际电气元件加以理想化，只考虑其中起主要作用的某些性能时，称其为理想元件。,把实际元件用理想元件表示后，一个实际电路便由一些理想元件连接而成，称为实际电路的电路模型。,电路图中的常用符号包括图形符号和文字符号。图形符号是用于表示电气元件或设备的简单图形，文字符号是用于描述电气元件或设备名称、特性的文字。,常用图形符号和文字符号,常用图形符号和文字符号,1.了解稳恒直流电流、脉动直流电流和交变电流的特点。,2.理解电压、电位和电动势的概念。,3.理解电流、电压的参考方向的概念及其与实际方向的关系。,4.能用万用表正确测量电流和电压。,学习目标,1-2电流和电压,一、电流,1.电流的方向,电荷的定向移动形成电流，移动的电荷又称载流子。,习惯上规定正电荷移动的方向为电流的方向，因此在金属导体中，电流的方向实际上与自由电子移动的方向相反。,电流的形成,a）金属导体中b）电解液中,2.电流的大小,电流的大小称为电流强度，简称电流，指单位时间内通过导体横截面的电荷量，即：,式中，,I,、,Q,、,t,的单位分别为安培（A）、库仑（C）、秒（s）。常用的电流单位还有毫安（mA）和微安（A）等。,3.直流和交流,若电流的方向不随时间变化，则称其为直流电流，简称直流，用符号 DC 表示。其中，电流大小和方向都不随时间变化的电流，称为稳恒直流电流（图a）；电流大小随时间变化，但方向不变的电流，称为脉动直流电流（图b）。本书中所说的直流电流，如无特殊说明，均指稳恒直流电流。若电流的大小和方向都随时间变化，则称其为交变电流（图c），简称交流，用符号 AC 表示。图所示电路中，小灯泡由直流电源（干电池）供电，是直流电路；电风扇由交流电源供电，是交流电路。,直流和交流,a）稳恒直流电流b）脉动直流电流c）交变电流,遇到某一电流的实际方向难以确定的情况，这时可先任意假定一个电流的参考方向，然后根据电流的参考方向列方程求解。,电流的参考方向和实际方向,4.电流的测量,（1）对交、直流电流可分别使用交流电流表和直流电流表测量。,（2）电流表必须串接到被测量的电路中，如图所示。,直流电流表的接法,a）电路图b）实物连接示意图,（3）每个电流表都有一定的测量范围，称为电流表的量程。一般被测电流的数值在电流表量程的一半以上，读数较为准确。因此在测量之前应先估计被测电流大小，以便选择适当量程的电流表。若无法估计，可先用电流表的最大量程挡测量，当指针偏转不到 1/3 刻度时，再改用较小挡去测量，直到测得正确数值为止。,二、电压、电位和电动势,1.电压,在金属导体中虽然有许多自由电子，但只有在外加电场的作用下，这些自由电子才能做有规则的定向移动而形成电流。电场力将单位正电荷从 a 点移到 b 点所做的功，称为 a、b 两点间的电压，用,U,ab,表示。电压单位的名称是伏特，简称伏，用 V 表示。,电压的参考方向可任意选取，但如果已设电流参考方向，则电压参考方向最好选择与电流一致，称为关联参考方向。当电压的实际方向与参考方向一致时，电压为正值；反之，为负值。,电压的参考方向有 3 种表示方法，如图所示。,电压的参考方向,a）箭头表示b）极性符号表示（参考方向由正指向负）c）双下标表示（参考方向由 a 指向 b）,2.电位,在电路中任意选定一点作为参考点（即零电位点），则电路中某一点与参考点之间的电压称为该点的电位。电位的单位也是伏特（V）。电位通常用 V 或,表示，为简便起见，本书仍用,U,表示电位，如 a、b 点的电位可分别记为,U,a,、,U,b,。,电路中任意两点之间的电位之差就等于这两点之间的电压，即,U,ab,=,U,a,-,U,b,，故电压又称电位差。,3.电动势,非静电力克服电场力，将单位正电荷从电源负极经电源内部移到正极所做的功称为电源的电动势，用,E,表示，单位为伏特（V）。,非静电力是指由其他形式能量所产生的一种对电荷的作用力。在不同的电源中，非静电力的来源有所不同。,电源的电动势在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压。电动势的方向规定为在电源内部由负极指向正极。,非静电力克服电场力做功,电动势的方向,4.电压的测量,（1）对交、直流电压可分别采用交流电压表和直流电压表测量。,（2）电压表必须并联在被测电路的两端，如图所示。,（3）合理选择电压表的量程，其方法与电流表相似。,直流电压表的接法,a）电路图b）实物连接示意图,1.掌握电阻、电阻率的概念和电阻的计算式。,2.了解常用电阻器的主要参数及部分敏感电阻器的特点。,3.能用万用表正确测量电阻，并能用兆欧表正确测量绝缘电阻。,学习目标,1-3电阻,一、电阻和电阻率,当电流通过导体时，由于做定向移动的电荷会和导体内的带电粒子发生碰撞，所以导体在使电流通过的同时也对电流起着阻碍作用，这种对电流的阻碍作用称为电阻。导体的电阻常用,R,表示。在各种电路中，经常要用到具有一定电阻值的元件电阻器，电阻器也简称电阻。,电阻单位的名称是欧姆，简称欧，用 表示。比较大的单位还有千欧（k）、兆欧（M）等。它们之间的换算关系为,电阻率的大小反映了物体的导电能力。电阻率很小、容易导电的物体称为导体；电阻率很大、几乎不能导电的物体称为绝缘体。,导电能力介于导体和绝缘体之间的物体，这类物体称为半导体。,典型物质电阻率的对比,导体、绝缘体、半导体的典型应用示例如图所示。,导体、绝缘体、半导体的典型应用示例,二、常用电阻器,1.常用电阻器的外形和符号,常用电阻器的外形和符号,常用电阻器的外形和符号,2.电阻器的主要参数,（1）标称阻值,（2）允许偏差,（3）额定功率,三、敏感电阻器,敏感电阻器是指电阻值随温度、电压、湿度、光照程度、气体环境、磁场强度、压力等状态的变化而显著变化的电阻器，如热敏电阻、压敏电阻、湿敏电阻、光敏电阻等。部分敏感电阻器的外形和符号见表。,部分敏感电阻器的外形和符号,1.理解电功、电功率的概念。,2.掌握电功、电功率和焦耳热的计算方法。,3.能正确识读电气设备所标额定值的含义。,学习目标,1-4电功和电功率,一、电功,电流做功的过程，实质上就是将电能转化为其他形式的能的过程。,电流所做的功，称为电功，用字母,W,表示。研究表明，电流在一段电路上所做的功等于这段电路两端的电压,U,、电路中的电流,I,和通电时间,t,三者的乘积，即：,W=UIt,式中，,W、U、I、t,的单位分别为 J、V、A、s。,电功的另一个常用单位是千瓦时，用符号 kWh 表示，即通常所说的 1 度电，它和焦耳的换算关系为：,1 kWh=3.610,6,J,用来测量电流做功多少（也就是电路消耗电能多少）的仪表称为电能表，如图所示。,电能表,a）机械式电能表b）电子式电能表,c）预付费 IC 卡式电能表d）智能电能表,二、电功率,在相同的时间内，电流通过不同的负载所做的功，一般并不相同。,电流在单位时间内所做的功称为电功率，用字母,P,表示，单位是瓦特（W），其计算式为：,对于纯电阻电路，根据初中时学过的欧姆定律，上式还可以写为：,三、电流的热效应,电流通过导体时使导体发热的现象称为电流的热效应。也就是说，电流的热效应就是电能转换成热能的效应，电流与它流过导体时所产生的热量之间的关系可用下式表示：,Q,的单位是焦耳（J），这种热也称焦耳热。,电气设备的散热装置,四、负载的额定值,电气设备长期安全工作时各个参数所允许的最大值称为额定值。常见的额定值有额定电流、额定电压、额定功率等。电气设备在额定功率下的工作状态称为额定工作状态，也称满载；低于额定功率的工作状态称为轻载；高于额定功率的工作状态称为过载或超载。电动机的额定值通常标在其外壳的铭牌上，故其额定值也称铭牌数据。灯泡和电动机额定值的标记实例如图所示。,电气设备的额定值,a）灯泡额定值的标志b）电动机的铭牌,2-1全电路欧姆定律,2-2电阻的连接,2-3直流电桥,1.掌握全电路欧姆定律。,2.能用全电路欧姆定律分析电路的三种工作状态。,3.掌握测量电源电动势和内阻的方法。,学习目标,2-1全电路欧姆定律,一、部分电路欧姆定律,在初中，我们曾学习过欧姆定律，其内容是：导体中的电流与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比，其公式为：,实际上，以上定律中所涉及的这段电路并不包括电源。这种只含有负载而不包含电源的一段电路称为部分电路，如图 a 虚线框中所示。因此，更准确地说，这一定律应称为部分电路欧姆定律。,部分电路参考方向的选取,a）电压和电流方向相同b）电压和电流方向相反,部分电路欧姆定律的计算公式还与参考方向的选取有关。在图b 所示电路中，电压,U,与电流,I,选为非关联参考方向，则部分电路欧姆定律的表达式也应相应改为：,如果以电压为横坐标，电流为纵坐标，可画出电阻的,U/I,关系曲线，称为伏安特性曲线。伏安特性曲线是直线的电阻元件，称为线性电阻，其电阻值可认为是不变的常数；不是直线的，则称为非线性电阻。,线性电阻的伏安特性曲线,非线性电阻的伏安特性曲线,二、全电路欧姆定律,与部分电路相对应，含有电源的闭合电路称为全电路，如图所示。电源内部的电路称为内电路，如发电机的线圈、电池内的溶液等。电源内部的电阻称为内电阻，简称内阻。电源外部的电路称为外电路，外电路中的电阻称为外电阻。,简单的全电路,全电路欧姆定律的内容是：闭合电路中的电流与电源的电动势成正比，与电路的总电阻（内电阻与外电阻之和）成反比，公式为：,由上式可得：,式中，,U,内,为内电路的电压降，,U,外,为外电路的电压降，也是电源两端的电压。这样，全电路欧姆定律又可表述为：在一个闭合回路中，电源电动势等于外电路电压降与内电路电压降之和。,将公式,E,=,IR,+,Ir,两边同乘以,I,，可得：,即：,上式表明，在一个闭合回路中，电源电动势发出的功率，等于负载电阻消耗的功率和电源内阻消耗的功率之和。这种关系称为电路中的功率平衡。,三、电路的三种状态,电由全电路欧姆定律可知，电源端电压,U,与电源电动势,E,的关系为：,下面应用全电路欧姆定律，分析图所示电路在三种不同状态下，电源端电压与输出电流之间的关系。,电源的外特性曲线,电路的三种状态,1.通路,开关 SA 接到位置 1 时，电路处于通路状态。电流从电源的正极沿着导线经过负载最终回到电源的负极，电流形成闭合路径，所以也称闭路。这是电路的正常工作状态。,2.开路（断路）,开关 SA 接到位置 2 时，电路处于开路状态，相当于负载电阻,R,或电路中某处连接导线断开。,3.短路,开关 SA 接到位置 3 时，相当于电源两极被导线直接相连，电路处于短路状态。,1.掌握电阻串、并联电路的特点及其应用。,2.能综合运用欧姆定律和电阻串、并联关系分析计算简单电路。,学习目标,2-2电阻的连接,一、电阻的串联,把多个元件逐个顺次连接起来，就组成了串联电路。,串联而成的装饰小彩灯电路,电阻串联电路具有以下特点：,（1）电路中流过每个电阻的电流都相等。,（2）电路两端的总电压等于各电阻两端的分电压之和,。,（3）电路的等效电阻（即总电阻）等于各串联电阻之和,。,（4）电路中各个电阻两端的电压与它的阻值成正比。,二、电阻串联电路的应用,三、电阻的并联,把多个元件并列地连接起来，由同一电源供电，就组成了并联电路。,家庭用电器的并联,电阻并联电路具有以下特点：,（1）电路中各电阻两端的电压相等，且等于电路两端的电压。,（2）电路的总电流等于流过各电阻的电流之和,。,（3）电路的等效电阻（即总电阻）的倒数等于各并联电阻的倒数之和。,（4）电路中通过各支路的电流与支路的电阻成反比,。,三、电阻的并联,1.凡是额定工作电压相同的负载都采用并联的工作方式，这样每个负载都是一个可独立控制的回路，任一负载的正常启动或关断都不影响其他负载的使用，如工厂中的电动机、电炉以及各种照明灯具。,2.获得较小阻值的电阻。,3.扩大电流表的量程。,五、电阻的混联,电路中元件既有串联又有并联的连接方式称为混联。对于电阻混联电路的计算，只需根据电阻串、并联的规律逐步求解即可，比较有效的方法就是画出等效电路图，即把原电路整理成较为直观的串、并联关系的电路图，然后计算其等效电阻。,1.掌握直流电桥的平衡条件和用直流电桥测量电阻的方法。,2.了解不平衡直流电桥的应用。,3.能用直流电桥正确测量电阻。,学习目标,2-3直流电桥,一、直流电桥的平衡条件及其应用,电桥是测量技术中常用的一种电路形式。本节只介绍直流电桥，如图所示。图中的四个电阻都称为桥臂，Rx 是待测电阻。B、D 间接入检流计 G。,调整 R1、R2、R 三个已知电阻，直至检流计读数为零，这时称为电桥平衡。,直流电桥电路,二、不平衡直流电桥的应用,1.利用电桥测量温度,2.利用电桥测量质量,3-1基尔霍夫定律,3-2电压源与电流源的等效变换,3-3戴维南定理,3-4叠加原理,1.了解复杂电路和简单电路的区别，了解复杂电路的基本术语。,2.掌握基尔霍夫第一定律的内容，并了解其应用。,3.掌握基尔霍夫第二定律的内容，并了解其应用。,学习目标,3-1基尔霍夫定律,一、复杂电路的基本概念,复杂电路示例,不能用电阻串、并联化简求解的电路称为复杂电路。,分析复杂电路要应用基尔霍夫定律，为了阐明该定律的含义，先介绍有关的基本术语。,节点3 条或 3 条以上连接有电气元件的导线的连接点称为节点。,支路电路中相邻节点间的分支称为支路。其中含有电源的支路称为有源支路，不含电源的支路称为无源支路。,回路和网孔电路中任一闭合路径都称为回路。,二、基尔霍夫第一定律,基尔霍夫第一定律又称节点电流定律。它指出：在任一瞬间，流进某一节点的电流之和恒等于流出该节点的电流之和，即,基尔霍夫第一定律,a）流入总电流=流出总电流b）流入总水量=流出总水量,三、基尔霍夫第二定律,基尔霍夫第二定律又称回路电压定律。它指出：在任一回路中，各段电路电压降的代数和恒等于零，用公式表示为：,基尔霍夫第二定律,a）电源电动势之和=电阻电压降之和b）攀登总高度=下降总高度,基尔霍夫第二定律也可以推广应用于不完全由实际元件构成的假想回路。,基尔霍夫第二定律应用于假想回路,四、支路电流法,（1）标出各支路电流参考方向和独立回路的循环方向，应用基尔霍夫第一定律列出节点电流方程,（2）应用基尔霍夫第二定律列出回路电压方程,（3）解联立方程得,1.理解电压源和电流源的特点。,2.能正确进行电压源和电流源之间的等效变换。,学习目标,3-2电压源与电流源的等效变换,一、电压源,电源接上负载后，输出电压（端电压）的大小为,U=E-Ir,，在输出相同电流的条件下，电源内阻,r,越小，输出电压越大。若电源内阻,r,=0，则输出电压,U=E,，而与输出电流的大小无关。通常把内阻为零的电源称为理想电压源，又称恒压源，其符号如图所示。理想电压源在实际中并不存在，电源都会有一定的内阻，在分析电路时，可以把一个实际电源用一个恒压源和内阻串联表示，称为电压源模型，简称电压源。,理想电压源（恒压源）,电压源模型,二、电流源,当低电阻的负载在一定范围内变化时，具有高内阻的电源输出的电流变化很小，电源内阻越趋近于无穷大，输出的电流越接近于恒定。通常把内阻无穷大的电源称为理想电流源，又称恒流源，其符号如图所示。,理想电流源（恒流源）,实际中理想电流源并不存在，在分析电路时，可以把一个实际电源用一个恒流源和内阻并联表示，称为电流源模型，简称电流源。,硅光电池和一些电子器件（如晶体三极管）具有恒流特性，比较接近理想电流源。,电流源模型,硅光电池,三、电压源与电流源的等效变换,电路中的电源既提供电压，也提供电流。一个实际电源既可以用电压源表示，也可以用电流源表示。为了分析电路方便，按照一定的规则，电压源和电流源之间可以进行等效变换。,电压源与电流源的等效变换,1.理解戴维南定理，并能应用于电路的分析计算。,2.理解负载获得最大功率的条件和功率匹配的概念。,学习目标,3-3戴维南定理,一、戴维南定理,下,图是将原电路中两个电压源等效为一个电流源，同样地，也可以将其等效为一个电压源，如图所示。,等效电路,任何具有两个引出端的电路（也称网络）都可称为二端网络。若在这部分电路中含有电源，就称为有源二端网络（图 a），否则就称为无源二端网络（图b）。,二端网络,a）有源二端网络b）无源二端网络,戴维南定理指出：任何线性有源二端网络都可以用一个等效电压源来代替，电压源的电动势等于有源二端网络的开路电压，其内阻等于有源二端网络内所有电源不起作用时（理想电压源视为短路，理想电流源视为开路），网络两端的等效电阻（称为入端电阻）。,其中，线性是指电路全部由线性元件组成，而不含有非线性元件。,戴维南定理又称等效电压源定理。根据戴维南定理得到的这种等效电压源电路也称戴维南等效电路。,利用戴维南定理求解的步骤如下：,二、电源向负载输出的功率,电源接上负载后，要向负载输送功率。由于电源内阻的存在，电源输出的总功率由电源内阻消耗的功率与外接负载获得的功率两部分组成。如果内阻上消耗的功率较大，负载上获得的功率就较小。,负载获得最大功率的条件是：负载电阻与电源的内阻相等,。,当负载电阻与电源内阻相等时，称为负载与电源匹配。,在电子电路中，因为信号一般很弱，常要求从信号源获得最大功率，因而必须满足匹配条件。,变换器的作用,a）未接变换器前输出功率小b）接入变换器后输出功率大,1.了解叠加原理的内容和适用条件。,2.能正确使用叠加原理分析计算电路。,学习目标,3-4叠加原理,叠加原理,a）实际电路b）设,E,1,单独作用c）设,E,2,单独作用,分析含有几个独立源的复杂电路时，可将其分解为几个独立源单独作用的简单电路来研究，然后将计算结果叠加，求得原电路的实际电流、电压，这一原理称为叠加原理。,叠加原理中所说的独立源单独作用，是指当某一独立源起作用时，其他独立源都不起作用，即独立恒压源用短路代替，独立恒流源用开路代替。,叠加原理是线性电路的一个基本定理。,应用叠加原理解题步骤如下：,4-1磁场,4-2磁场对电流的作用,4-3电磁感应,4-4自感和互感,4-5铁磁材料与磁路,1.能应用右手螺旋定则正确判断通电长直导线和通电螺线管的磁场方向。,2.理解磁感应强度、磁通、磁导率的概念。,学习目标,4-1磁场,一、磁场与磁感线,当两个磁极靠近时，它们之间会发生相互作用：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。,两个磁极互不接触，却存在相互作用力，这是因为在磁体周围的空间中存在着一种特殊的物质磁场。,我们可以画出一些互不交叉的闭合曲线来描述磁场，这样的曲线称为磁感线。,蹄形磁铁的磁感线,条形磁铁的磁感线,在磁场的某一区域里，如果磁感线是一些方向相同、分布均匀的平行直线，则称这一区域为匀强磁场。距离很近的两个异名磁极之间的磁场，除边缘部分外，就可以认为是匀强磁场。,匀强磁场,二、电流的磁场,电流周围存在着磁场。电流产生磁场的现象称为电流的磁效应。,通电长直导线及通电螺线管周围的磁场方向可用右手螺旋定则（也称安培定则）来确定，具体方法见表。,通电导线使磁针偏转,右手螺旋定则,三、磁场的主要物理量,1.磁感应强度,磁场的强弱用磁感应强度来描述，符号为,B,，单位是特斯拉（T），简称特。,磁场越强，磁感应强度越大；磁场越弱，则磁感应强度越小。,2.磁通,为了定量地描述磁场在某一范围内的分布及变化情况，引入磁通这一物理量。,设在磁感应强度为,B,的匀强磁场中，有一个与磁场方向垂直的平面，面积为,S,，则把,B,与,S,的乘积定义为穿过这个面积的磁通量（图a），简称磁通。,磁通,a）平面与 B 垂直b）平面与 B 不垂直,3.磁导率,磁导率就是一个用来表示磁介质导磁性能的物理量，用,表示，其单位为亨利每米（H/m）。由实验测得真空中的磁导率,，为一常数。,1.理解磁场对电流的作用力（电磁力），能用左手定则正确判断电磁力的方向。,2.了解磁场对通电线圈的作用及其应用。,学习目标,4-2磁场对电流的作用,一、磁场对通电直导体的作用,在上一节讨论磁感应强度时，我们已经初步了解了磁场对通电导体的作用力。通常把通电导体在磁场中受到的力称为电磁力，也称安培力。,如图所示，在蹄形磁体两极所形成的匀强磁场中，悬挂一段直导线，让导线方向与磁场方向保持垂直，导线通电后，可以看到导线因受力而发生运动。,通电直导体在磁场中受到的电磁力,通电导线长度一定时，电流越大，电流所受电磁力越大；电流一定时，通电导线越长，电磁力也越大。当我们交换磁极位置改变了磁场方向，或改接电源极性改变了导线中的电流方向后，导体的受力方向都随之改变。,通电直导体在磁场内的受力方向可用左手定则来判断。如图所示，平伸左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都跟手掌在同一个平面内，让磁感线垂直穿入掌心，并使四指指向电流的方向，则拇指所指的方向就是通电导体所受电磁力的方向。,左手定则,二、通电平行直导线间的作用,如图所示，两条相距较近且相互平行的直导线，当通以相同方向的电流时，它们相互吸引（图a）；当通以相反方向的电流时，它们相互排斥（图b）。,通电平行直导线间的相互作用,a）通入相同方向电流的平行直导线相互吸引b）通入相反方向电流的平行直导线相互排斥,三、磁场对通电线圈的作用,磁场对通电矩形线圈的作用是电动机旋转的基本原理。,直流电动机的原理,磁电式仪表的结构,1.理解感应电动势的概念，能用右手定则正确判断感应电动势的方向。,2.掌握楞次定律及其应用，理解法拉第电磁感应定律。,学习目标,4-3电磁感应,一、电磁感应现象,电磁感应现象,a）条形磁铁快速插入线圈b）条形磁铁快速拔出线圈,这种磁场产生电流的现象称为电磁感应现象，产生的电流称为感应电流，产生感应电流的电动势称为感应电动势。,从以上实验可以看出，感应电流的产生与磁通的变化有关。当穿过闭合电路的磁通发生变化时，闭合电路中就有感应电流。,磁铁插入线圈时，线圈中的磁通增加；磁铁从线圈中拔出时，线圈中的磁通减小。这两种情况下线圈中都有感应电流。如果将磁铁放置在线圈中静止不动，线圈中的磁通不发生变化，线圈中就没有感应电流。,二、楞次定律,感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通的变化。,三、法拉第电磁感应定律,线圈中感应电动势的大小,与线圈中磁通的变化率成正比。,四、直导体切割磁感线产生感应电动势,如图所示，在匀强磁场中放置一段导体，其两端分别与检流计相接，形成一个回路。使导体做切割磁感线运动，观察检流计指针偏转情况。,直导体切割磁感线产生感应电动势,感应电动势的方向可用右手定则判断。如图所示，平伸右手，拇指与其余四指垂直，让磁感线穿入掌心，拇指指向导体运动方向，则其余四指所指的方向就是感应电动势的方向。,右手定则,发电机就是利用导线切割磁感线产生感应电动势的原理发电的，实际应用中，将导线做成线圈，使其在磁场中转动，从而得到连续的电流。,发电机原理示意图,1.了解自感现象、互感现象及其应用。,2.理解自感系数和互感系数的概念。,3.理解同名端的概念，能正确判断和测定互感线圈的同名端。,学习目标,4-4自感和互感,一、自感,1.自感现象,首先通过一个实验来认识自感现象，其电路如图所示。,自感实验电路,当线圈中的电流发生变化时，线圈中就会产生感应电动势，这个电动势总是阻碍线圈中原来电流的变化。这种由于流过线圈自身的电流发生变化而引起的电磁感应现象称为自感现象，简称自感。在自感现象中产生的感应电动势称为自感电动势，用,e,L,表示，自感电流用,i,L,表示。自感电动势的方向可结合楞次定律和右手螺旋定则来确定。,2.自感系数,当线圈中通入电流后，这一电流使每匝线圈所产生的磁通称为自感磁通。同一电流通入结构不同的线圈时，所产生的自感磁通量是不相同的。为了衡量不同线圈产生自感磁通的能力，引入自感系数（又称电感）这一物理量，用,L,表示。,线圈的电感是由线圈本身的特性决定的。线圈越长，单位长度上的匝数越多，截面积越大，电感就越大。有铁芯线圈的电感要比空心线圈的电感大得多。,3.自感电动势的大小和方向,二、互感,1.互感现象和互感系数,首先通过一个实验来认识互感现象，其电路如图所示。,互感实验电路,由一个线圈中的电流发生变化而在另一线圈中产生电磁感应的现象称为互感现象，简称互感。由互感产生的感应电动势称为互感电动势，用,e,M,表示。,与自感类似，为描述一个线圈电流的变化在另一个线圈中产生互感电动势的能力，引入互感系数（简称互感）这一物理量，用 M 表示，互感的单位也是 H。,2.互感电动势的大小和方向,互感现象也是一种特殊的电磁感应现象，它必然也遵从法拉第电磁感应定律。,互感电动势方向也应根据楞次定律判定。,3.同名端,由于线圈绕向一致而产生感应电动势的极性始终保持一致的端子称为线圈的同名端，用“”或“*”表示。,4.互感线圈的连接,两个线圈的一对异名端相接称为顺串，这时两个线圈的磁通方向是相同的。串接后的等效电感为,两个互感线圈顺串,两个线圈的一对同名端相接，称为反串，这时两个线圈的磁通方向是相反的。串接后的等效电感为,两个互感线圈反串,如果将两个相同线圈的同名端接在一起，则两个线圈所产生的磁通在任何时候都是大小相等而方向相反，因而相互抵消。这样接成的线圈就不会有磁通穿过。所以，在绕制电阻时，将电阻线对折，双线并绕，就可以制成无感电阻。,1.理解铁磁材料的磁化以及磁化曲线、磁滞回线与铁磁材料性能的关系。,2.了解铁磁材料的分类及应用。,3.理解磁动势和磁阻的概念及磁路欧姆定律。,4.了解电磁铁的组成及应用。,学习目标,4-5铁磁材料与磁路,一、铁磁物质的磁化,使原来没有磁性的物质具有磁性的过程称为磁化。只有铁磁材料才能被磁化，而非铁磁性材料是不能被磁化的。这是因为铁磁物质可以看作由许多被称为磁畴的小磁体所组成。在无外磁场作用时，磁畴排列杂乱无章，磁性相互抵消，对外不显磁性；但在外磁场作用下，磁畴就会沿着外磁场方向变成整齐有序的排列，所以整体也就具有了磁性。,当一个线圈的结构、形状、匝数都已确定时，线圈中的磁通,随电流,I,变化的规律可用,I,曲线来表示，称为磁化曲线，如图 b 所示。它反映了铁芯的磁化过程。,磁化实验与磁化曲线,a）利用电流产生的磁场磁化铁芯b）磁化曲线,为了尽可能增强线圈中的磁场，还常将铁芯制成闭合的形状，使磁感线沿铁芯构成回路，如图所示。,磁感线沿铁芯构成回路,如果线圈通入交变电流，就会产生交变磁场，线圈中的铁芯也就会被反复磁化。在理想情况下，铁芯中的,应随线圈中的电流,I,不断重复地沿正、反两条磁化曲线变化。但实际并非如此，当线圈中电流变化到零时，由于磁畴存在惯性，铁心中的,并不为零，而是仍保留部分剩磁，如图b 中的 b、e 两点。此时必须加反向电流，并达到一定数值，才能使剩磁消失。上述现象称为磁滞，图b 中的封闭曲线称为磁滞回线。铁芯在反复磁化的过程中，由于要不断克服磁畴惯性，将损耗一定的能量，称为磁滞损耗，这将使铁芯发热。,反复磁化和磁滞回线,a）理想情况b）实际情况,二、铁磁材料的分类及应用,铁磁材料的分类,三、磁路与磁路欧姆定律,1.磁路,铁磁材料具有很强的导磁能力，所以常常将铁磁材料制成一定形状（多为环状）的铁芯，这样就为磁通的集中通过提供了路径。,磁通所通过的路径称为磁路。,如,图所示为几种电气设备的磁路。,几种电气设备的磁路,a）磁电系仪表b）变压器c）电动机,磁路可分为无分支磁路和有分支磁路。,全部在磁路内部闭合的磁通称为主磁通，部分经过磁路周围物质而自成回路的磁通称为漏磁通。在漏磁不严重的情况下可将其忽略，只考虑主磁通。,主磁通、漏磁通和边缘效应,2.磁路欧姆定律,通过磁路的磁通与磁动势成正比，而与磁阻成反比，即,上式与电路的欧姆定律表达式相似，故称磁路欧姆定律。,磁路和电路的比较,四、电磁铁,电磁铁是利用通有电流的铁芯线圈对铁磁性物质产生电磁吸力的装置，其常见结构形式如图所示。,电磁铁的几种结构形式,a）马蹄式（起重电磁铁）b）拍合式（继电器）c）螺管式（电磁阀）,电磁铁的应用很广泛，如继电器、接触器、电磁阀等。图所示为利用电磁铁制成的电磁继电器。,电磁继电器,a）原理示意 b）实物,电磁铁按励磁电流的不同，分为直流电磁铁和交流电磁铁。直流电磁铁和交流电磁铁的主要区别见表。,直流电磁铁和交流电磁铁的比较,5-1交流电的基本概念,5-2电容器和电感器,5-3单一参数交流电路,5-4RLC 串联电路,5-5RLC 并联电路,1.了解正弦交流电的产生和特点。,2.理解正弦交流电的有效值、频率、初相位及相位差的概念。,3.掌握正弦交流电的三种表示方法。,学习目标,5-1交流电的基本概念,大多数家用电器，如电风扇、洗衣机、空调器等，都是使用 220 V/50 Hz 交流电源的；还有一些设备，如手机、电动车，虽然要由直流电源供电，但它们的充电器也都是将 220 V 交流电转变为所需的直流电；而电视机、计算机、音响设备等则是将直流电源作为整机电路的一部分，接通 220 V 交流电后，便可自行将 220 V 交流电转变为所需要的直流电。,交流电的应用,一、交流电的概念,流电与直流电的根本区别是：直流电的方向不随时间的变化而变化，交流电的方向则随时间的变化而变化。电源只有一个交变电动势的交流电称为单相交流电。,直流电和交流电波形,a）稳恒直流电b）正弦交流电c）电视机显像管的锯齿波电流d）计算机中的方波信号,二、正弦交流电的产生,交流电可以由交流发电机提供，也可由振荡器产生。交流发电机主要是提供电能，振荡器主要是产生各种交流信号。,实验用简易交流发电机,a）实物模型b）原理示意图c）线圈截面图,所以整个线圈所产生的感应电动势为,2,Blv,为感应电动势的最大值，设为,E,m,，则,上式为正弦交流电动势的瞬时值表达式，也称解析式。若从线圈平面与中性面成一夹角,时开始计时，则公式变为,正弦交流电压、电流等表达式与此相似。,正弦交流电的产生,三、表征正弦交流电的物理量,1.周期、频率和角频率,正弦交流电波形,（1）周期,正弦交流电每重复变化一次所需的时间称为周期，用符号,T,表示，单位是秒（s）。,上,图所示交流电的周期为 0.02 s。,（2）频率,正弦交流电在 1 s 内重复变化的次数称为频率，用符号,f,表示，单位是赫兹（Hz）。,（3）角频率,正弦交流电每秒内变化的电角度（每重复变化一次所对应的电角度为 2，即360）称为角频率，用符号,表示，单位是弧度每秒（rad/s）。,2.最大值、有效值和平均值,（1）最大值,正弦交流电在一个周期所能达到的最大瞬时值称为正弦交流电的最大值（又称峰值、幅值）。最大值用大写字母加下标 m 表示，如,E,m,、,U,m,、,I,m,。,交流电的最大值和峰-峰值,（2）有效值,交流电的大小是随时间变化的,。,稳恒直流电的数值就称为该交流电的有效值。,交流电的有效值,（3）平均值,规定半个周期的平均值为正弦交流电的平均值。,正弦交流量的平均值用半个周期的平均值表示,3.相位与相位差,（1）相位,在式,e,=,E,m,sin（,t,+,）中，（,t,+,）表示正弦量随时间变化的电角度，称为相位角，也称相位或相角，它反映了交流电变化的进程。式中,为正弦量在,t,=0 时的相位，称为初相位，也称初相角或初相。,交流电的初相可以为正，也可以为负。若,t,=0 时正弦量的瞬时值为正，则初相为正；若,t,=0 时正弦量的瞬时值为负，则初相为负。,相位的正负,a）初相为正b）初相为负,（2）相位差,两个同频率交流电的相位之差称为相位差，用符号,表示，即,两个同频率交流电的相位关系,a）超前和滞后b）同相c）反相d）正交,正弦交流电的最大值反映了正弦交流电的变化范围，角频率反映了正弦交流电的变化快慢，初相位反映了正弦交流电的起始状态。它们是表征正弦交流电的三个重要物理量。知道了这三个量就可以唯一确定一个交流电，写出其瞬时值的表达式，因此常把最大值、角频率和初相位称为正弦交流电的三要素。,四、正弦交流电的相量图表示法,和波形图、解析式一样，相量图也是正弦量的一种表示方法。其
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