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电工基础知识——电的基本概念

 商山书院1124 2017-07-23

(一)、电

1、定义:电是物质运动的一种形式。它是物质内所含的电子等载流子运动时的一种能量表现形式。从实质上讲,电是一种能量,也常称作电能。

2、电的作用:

电的热效应: 电在人们的生产和生活中获得了极其广泛的应用,如通

电后可以使灯光和电炉发热;

电的动力效应:可以使电动机转动;

电的化学效应:可以进行电解(称);

电的磁效应: 电磁铁会产生强的吸引力等。

可见电具有许多功能,它可以转化为其他多种形式的能量。正是由于电具有如此巨大的做功本领和能力,所以通常把电功率表示的电能成为电力。

(二)、电的类型

根据自由电子在传导物体内是否移动,其方向是否随时间而改变及如何改变等特性,可将电大概划分为如下几种类型。

电工基础知识——电的基本概念

静电:是由于受摩擦力的作用,两种相关物体发生了自由电子的得失而产生的,由于它不能在带电物体内流动,故称为静电。静电会产生危害:例如运油车行驶时,燃油与油罐摩擦、撞击产生大量静电,会引起爆炸。防止静电常用方法有①接地②增加空气湿度等。

动电:是使电能按照人们的意愿,在规定的通路内“流动”的一种电,故称为动电。

直流电:电流方向不随时间改变的电称为直流电。

恒稳直流电:电流方向和大小均与时间无关,始终保持不变的叫恒稳直流电。

脉冲直流电:电流方向不变而大小随时间发生规律性变化的叫脉冲直流电。

交流电:电流的方向随时间发生周期性交替变化的叫交流电。

(三)、电压等级

我国执行的供电电压等级分为:0.22/0.4kV、6 kV、10 kV、35 kV、110 kV、220 kV、330 kV、500 kV、750 kV 。

(四)、电荷、电位、电流、电压和电动势概念

1、电荷

电荷定义:电荷是带电的物质基本微粒。

电子是它的最小单位,一个电子所带的电荷为1.6×10-19C(库仑)。

电荷单位: C(库仑)

电荷是客观存在的一种物质,既不能创造也不能消灭。同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引。

2、电路中电位的概念:

在分析电路时,常常要用到电位这个概念(与物理学中电势的概念相同),

实际上所说某一点的电位,是指该点相对与电位参考点而言的电位差。通常,多是选择大地作为零电位点。

参考点在电路图中应标上“接地”符号“ ”,含义为电位等于0V (0伏特)。

电位的单位都是V(伏特)、kV(千伏)或mV(毫伏)等。

3、电流基本物理量

电流

概念:电荷有规则的定向运动

大小:单位时间通过导体横截 面的电荷量

方向:正电荷移动的方向

单位:安培(A) 毫安(mA) 微安(μA)

电工基础知识——电的基本概念

4、电压

概念:电荷在导体中作定向运动时,一定要受到力的作用。如果这个力源是电场,则电荷运动就要消耗电场能量,或者说电场力对电荷作了功。为衡量电场力对电荷作功的能力,引入一新的物理量——电压。

大小:a、b两点间电压 Uab 在数值上等于电场力把单位正电荷从a点移到b点所作的功。也就是单位正电荷在移动过程中所失去的电能。

方向:正电荷在电场的作用下,从高电位向低电位移动。规定这时正电荷的的移动方向为电压的正方向。

在分析电路之前,可以任意选择某一方向为电压的参考方向。当实际电压方向与参考方向一致时,电压值为正,反之为负。

单位:伏特(V) 千伏(kV) 毫伏(mV)

关联方向 :

当a、b两点间所选择的电压参考方向由a指向b时,也选择电流的参考方向经电路由由a指向b,这种参考方向的定义方式成为关联方向。

电工基础知识——电的基本概念

上图为关联方向定义的电压和电流。

5、电动势:

正电荷从高电位a向低电位b移动,a端的正电荷逐渐减少会使其电位逐渐降低。

为维持导体中的电流能够连续不断地流过,且应使得导体a、b两端的电压不致丧失,就要将b端的正电荷移至a端。但电场力的作用方向恰好与此相反,因此就必须要有另一种力去克服电场力而使b端的正电荷移至a端。电源中必须具有这种力——电源力,我们把这种衡量电源力做功大小的物理量叫做电源电动势。

电工基础知识——电的基本概念

大小:电源电动势Eab的数值等于电源力把单位正电荷从电源的低电位b端经电源内部移到电源高电位b端所作的功,也就是单位正电荷从电源低电位端移到高电位端多获得得能量。

方向:电动势的实际方向是由电源低电位端指向电源高电位端。

单位:电动势与电压的单位相同为伏特(V)。

标量性:电动势与电压和电流都是标量。

五)、导体和绝缘体

1、电阻与电阻率

物体对电流通过时所呈现的阻力叫电阻。电阻率是指长度为1m、均匀截面积为1mm2物体所具有的电阻值。电阻(R)的单位:国际单位:欧姆(Ω);常用的单位有:兆欧(MΩ)、千欧(kΩ)。 1兆欧=103千欧; 1千欧=103欧。

在温度不变时,一定材料的导体的电阻跟它的长度成正比,跟它的截面积成反比,这个规律叫做电阻定律。公式R=ρL/S ρ:电阻率;L电阻长度;S电阻截面积。

2、导体

凡电阻率在10-6-10-8Ω·m范围内,因含有大量能够在电场力作用下自由移动的带电粒子,故能很好的传导电流的物体,常称作导体,如各种金属、碳棒等。

3、绝缘体

若电阻率在108-1020Ω·m范围内,导电性能很差,可以认为在一般温度下几乎不导电的物体,叫做绝缘体或电介质,如空气、胶体等。电阻率的大小与材料的温度有关。对金属材料而言,其电阻率随温度的升高而增大;对绝缘体和半导体而言,其电阻率随温度的升高而减小。平均温度系数,当导体温度变化1℃时,导体电阻变化的数值与原来电阻数值的比值 。

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