1、電場、電位及電壓

1. 電場：當兩個帶電物體相互靠近時，同性帶電相互排斥，異性帶電相互吸引。說明帶電物體周圍的空間存在一種特殊物質，相互作用力就是靠這種特殊物質來傳遞的，我們把它稱為電場。電荷的多少和位置都不變化，則電場也不變化，這種電場稱為靜電場。

2. 電位：一個物體帶有電荷時，這物體就具有一定的電位能，我們把這電位能叫作電位。參考點點位為零

3 。電壓（電位差）：電路中任意兩點間的差值稱為電壓（電位差）。A，B兩點的電壓以UAB表示，UAB=VA-VB。

2、電流與電流密度

1. 電流：就是電荷有規律定地向移動。電流的方向規定為正電荷移動的方向。

通常規定：1S內通過導體橫截面的電量稱為電流強度，以字母I表示。若在t時間內通過導體橫截面的電量是Q，則電流強度I就可以用下式表示：

電流強度I——A（安培）。安培簡稱安，以字母A表示。

電流分交流電和直流電：直流電路中的電流、電壓和電動勢的大小和方向都是不隨時間變化的。

大小隨時間變化，方向不隨時間變化的電壓或電流稱為脈動直流電。

大小方向都隨時間變化的電流稱為交流。

2. 電流密度：是指電流I在導體的橫截面S上均勻分布時，該電流I與導體橫截面S的比值，用字母J表示，即：

導體允許通過的電流強度隨導體的截面不同而不同。1mm2的銅導線允許通過6A的電流。

3、電源與電動勢

電源是將其他能量轉換為電能的裝置。電動勢是衡量電源將其他能量轉換為電能的本領大小的物理量。電動勢簡稱為電勢，單位是V（伏）。

電荷的運動規律：①電源外部：正電荷由高電位向低電位移動。②電源內部：正電荷由低電位向高電位移動。

當電路開路時電源端電壓在數值上等于電源的電動勢。

4、電阻與電導

1、 電阻：反映導體對電流阻礙作用大小的物理量。導體對電流的阻力小，導電能力強；導體對電流的阻力大，導電能力差。

電阻用字母R表示，單位是歐姆，簡稱歐，用字母?表示。導體電阻的大小與導體的長度成正比，與導體的截面積成反比，同時跟導體材料的性質、環境溫度很多因素有關。電阻的表達式為：

式中：ρ——電阻率，單位是歐姆·米（?·m）；L——導體的長度，單位是米（m）; S——導體的截面積，單位是平方毫米（mm2）。

2、 電導：電阻的倒數稱為電導，電導用符號G表示，即：

導體的電阻越小，電導就越大，表示該導體的導電性能越好。電導的單位是1/歐姆（1/?），稱西門子，用字母s表示。

5、歐姆定律

歐姆定律是反映電路中電壓、電流、電阻三者之間關系的定律，它是電路的基本定律之一，應用非常廣泛。

1. 部分電路歐姆定律

如果加在電阻R兩端電壓U發生變化時，流過電阻的的電流I也隨著變化，而且成正比例變化，即電壓和電流的比值是一個常數，這個常數就是電路中的電阻R，寫成公式為：

式中：U——電壓（V）；R——電阻（?）；I——電流（A）。

2. 全電路歐姆定律

在閉合回路中，電流強度與電源的電動勢成正比，與電路中內阻和外阻之和成反比。這個定律稱為全電路歐姆定律。

式中：E——電源的電動勢（V）；R——外電路的電阻（?）；R0——電源內電阻（?）；I——電路中電流（A）。

流過導體的電流強度與這段導體兩端的電壓成正比，與這段導體的電阻成反比，這一規律稱為歐姆定律。

6、電路連接（串聯、并聯、混聯）

1. 電阻串聯電路

兩個或兩個以上的電阻按頭尾相接的順序一個接一個地連接起來，使電流中有一條回路，電阻的這種連接方式稱為電阻的串聯。

電阻串聯電路中具有一下一些特點：

（1）串聯電路中通過每個電阻的電流相等，是同一個電流，即I=I1=I2=I3=···=In

（2）電路兩端的總電壓等于各個電阻兩端電壓之和，即U=U1+U2+U3++Un=IR1+IR2+IR3+···+IRn

（3）串聯電路的等效電阻（即總電阻）等于各電阻之和，即R=R1+R2+R3+···+Rn

2. 電阻并聯電路

兩個或兩個以上的電阻一端連在一起，尾端也連在一起（各個電阻的頭連在一起，尾也連在一起），使每個電阻兩端都承受同一電壓的作用，電阻的這樣連接方式稱為電阻并聯。

電阻并聯電路具有下面的一些特點：

（1）各電阻兩端的電壓相等，且電路兩端的電壓，即 U=U1=U2=U3=···=Un

（2）電路中的電流等于各電阻中的電流之和，即I=I1+I2+I3++In=U/R1+U/R2+U/R3+···+U/Rn

（3）電路的等效電阻（總電阻）的倒數，等于各并聯電阻倒數之和，即 1/R=1/R1+1/R2+1/R3+···+1/Rn

兩個電阻R1、R2并聯，其等效電阻R可直接按下式計算：

在并聯電路中，所有支路負載都相互獨立，互不影響。

3. 電阻混聯電路

在一個電路中既有電阻的串聯，又有電阻的并聯，這種連接方式稱為混合連接，簡稱混聯。

計算混聯電路時要根據電路的情況，運用串聯和并聯電路的知識，逐步化簡，最后求出總的等效電阻，計算出總電流。

7、電路與電路的三種狀態

電流經過的路徑稱為電路，又稱回路由電源、負荷、開關和連接導線組成，如下圖所示。

電路通常有三種狀態：

通路：開關s閉合，電路構成回路，電路中有電流流過。

開路（斷路）：開關s斷開或電路中某處斷開，電路被切斷，這時電路中沒有電流流過，開路又稱斷路。

短路：若燈泡兩端用導線直接接通，稱為負載短路。若電池兩端用導線直接接通，稱電源短路。

8、電能與電功率

1. 電能：在直流電路中，兩點間的電壓為U，電路中形成的電流為I，在t時間內電流I所做的功被電阻R吸收并全部轉換為熱能，此時電阻元件消耗（或吸收）的電能為W，即

根據歐姆定律，也可以表示為：

2. 電功率：單位時間內消耗的電能，成為電功率，簡稱功率，用字母P表示，即

式中：W——電能（焦耳）；t——時間（秒）；P——電功率（千瓦）。

電功率為1kW的設備，用電1h消耗的電能為1kW·h，俗稱1度電。

9、磁現象

（一）磁體與磁極

人們把具有吸引鐵、鎳、鈷等物質的性質稱為磁性，具有磁性的物體叫做磁體。把原來不帶磁性的物體具有磁性稱為磁化。磁鐵兩端磁性最強的區域稱為磁極。小磁針轉動靜止時，指北的一端叫N極（指北極）；指南的一端叫S極（指南極）。

同性磁極相排斥，異性磁極相吸引。

（二）磁場與磁力線

磁體周圍存在磁力作用的空間稱為磁場，磁場的磁力用磁力線來表示。磁力線是由N極出發到S極的光滑曲線。磁極附近磁力線最密，表示這里磁場最強；在磁體中間，磁力線較疏，表示這里磁場較弱。因此可以用磁力線的多少和疏密程度來描繪磁場的強度。

（三）通電導體產生的磁場

一根導體通過電流，它周圍就要產生磁場，通的電流越強，周圍產生的磁場亦強，反之亦弱。電流的方向改變，則磁場的方向也改變。磁場的方向可用右手定則來判斷。

1.直流電流的磁場：磁場的方向用右手螺旋定則確定。用有右手握直導體，大拇指的方向表示電流的方向，彎曲四指的指向即為磁場的方向。

2.環形電流的磁場：一個線圈中通有電流，該線圈在周圍產生磁場，通過電流越大，產生磁場越強，反之越弱。線圈圈數越多磁場越強。

磁場的方向用右手螺旋定則判別。用右手握螺旋管，彎曲四指表示電流方向，則拇指方向便是磁場N極方向。

10、磁場的基本物理量

（一）磁通

通過與磁場方向垂直的某一面積上的磁力線總數，稱為通過該面積的磁通。用字母Ф表示。磁通的單位是Wb（韋伯），簡稱韋，工程上常用比韋小的單位，叫Mx麥克斯，簡稱麥。

（二）磁感應強度

磁感應強度是表示磁場中某點磁場強弱的方向的物理量，用符號B表示。磁場中某點磁感應強度B的方向就是該點磁力線的切線方向。

如果磁場中各處的磁感應強度相同，則這樣的磁場稱為均勻磁場。磁感應強度可用下式表達：

在均勻磁場中，磁感應強度B等于單位面積的磁通量。磁感應強度有時又稱磁通密度。

磁感應強度的單位是“特斯拉”，簡稱“特”，用字母“T”表示。在工程上，常用較小的磁感應強度單位“高斯（Gs）”。1T=10^4Gs。

（三）導磁率

不同的材料其導磁性能也不同。通常用導磁率（導磁系數）μ來表示該材料的導磁性能。導磁μ的單位是H/m（亨/米）。

其他材料的導磁率和真空相比較，其比值稱為相對導磁率。

（三）導磁率（導磁系數）

表征磁介質磁性能的物理量，叫做導磁率（或導磁系數）用符號 表示μ。單位：亨/米（H/m），亨（H）是電感的單位。

式中 μr ——相對導磁率；μ。——真空導磁率。

1）反磁物質μr《1

2）順磁物質μr》1

3）鐵磁物質μr》》1

（四）磁場強度

磁場強度是一個矢量，長用字母H表示，其大小等于磁場中某點的磁感應強度B與媒介質導磁率μ的比值，即

磁場強度的單位是A/m（安/米），較大的單位是奧斯特，簡稱奧，換算關系為：1奧斯特=80安/米。

即同樣的導線，通過同樣的電流，在同一相對位置的某一點來說，如果磁介質不同，有不同的磁感應強度，但有相同的磁場強度。

11、電磁感應

當導體相對磁場運動而切割磁力線或者線圈中磁通發生變化時，在導體或線圈中都會產生感應電動勢，若導體或線圈構成閉合回路，則導體或線圈中就有電流產生，這種現象稱為電磁感應。

由電磁感應產生的電動勢稱為感應電動勢。

由感應電動勢引起的電流稱為感應電流。

感應電動勢公式計算：

式中：B——磁感應強度（Wb/m2）；

v ——導體切割磁力線速度（m/s）；

L——導體在磁場中的有效長度（m）

α——導體運動方向與磁力線的夾角。

（一）法拉第電磁感應定律

回路中感應電動勢的大小與穿過回路的磁通量變化速率成正比，這個規律稱為法拉第電磁感應定律。

設通過線圈的磁通量為Ф，則單匝線圈的感應電動勢的大小為：

對N匝線圈，其感應電動勢為：

式中：e——感應電動勢（V）；

?Ф∕?t——磁通變化速率（Wb/s）；

N——線圈匝數。

（二）愣次定律

當閉合線圈回路中磁通量發生變化時，回路中就有感應電流產生。

感應電流的方向總是使它產生的磁場阻礙閉合回路中原來磁通量的變化，即閉合線圈回路中的感應電流，它又要產生磁場，其磁場的方向總是阻礙閉合回路中原來磁通的變化。

當感應電流產生的磁場方向確定后，用右手定則就很容易判定出感應電流的方向。

12、磁場對通電導體的作用

通電直導體在磁場中，將受到力的作用，磁場越強所受的力就越大，磁場越弱所受的力就越小；導體通過的電流大所受的力就大，通過的電流小所受的力就小。

在均勻磁場中，直導體受力大小：

式中：B——均勻磁場的磁感應強度（Wb/m2）；

I——導體中的感應強度（A）；

L——導體在磁場中的長度（m）；

α——導體與磁力線的夾角；

F——導體受到的磁力（N）。

通電直導體在磁場中受力的方向可用左手定則判斷。如下圖：

13、自感與互感現象

（一）自感現象

當線圈電流變化時，由這個電流所產生的磁通量相應發生變化。根據電磁感應原理，線圈中產生感應電動勢。由于感應電動勢由自身電流變化產生，所以稱自感電動勢，即這種現象稱為自感現象。

（二）互感現象

兩個線圈靠的很近，第一個線圈中電流變化時，產生變化磁通，有一部分穿過第二個線圈，在第二個線圈中會產生感應電動勢。同時第二個線圈也產生變化磁通，使第一個線圈也產生感應電動勢，這中現象稱為互感現象，產生電勢為互感電動勢。

14、單相交流電

（一）概述

把在電路中，電動勢、電壓、電流的大小和方向隨時間作周期性變化的電稱為交流電。

正弦交流電：隨時間按正弦規律變化的交流電

描述交流電大小的物理量

（1）瞬時值：某一瞬時的數值

（2）最大值：最大瞬時值

（3）有效值：與它的熱效應相等的直流值

（4）平均值：正半周內，其瞬時值的平均數

瞬時值常用小寫字母表示 ，有效值常用大寫字母表示。

2.描述交流電變化快慢的物理量

（1）周期：交流電變化一次所需要的時間T=1/f

（2）頻率：1s內交變電重復變化的次數 f=1/T

（3）角頻率：每秒內變化的角度ω=2πｆ

工頻率：f=50Hz ；T =0.02s；ω=314（rad/s）

3.正弦交流電的初相角、相位、相位差。

4.趨膚效應（集膚效應）

在直流電路中均勻導線橫截面上的電流密度是均勻的。但在導線流過交變電流時，根據楞次定律會在導線內部產生渦流，與導線中心電流方向相反。由于導線中心較導線表面的磁鏈大，在導線中心處產生的電動勢就比在導線表面附近處產生的電動勢大。這樣作用的結果，電流在表面流動，中心則無電流，這種由導線本身電流產生之磁場使導線電流在表面流動。

趨膚效應使導線的有效面積減小，等效電阻增加。

（二）純電阻電路

1.純電阻電路中電壓與電流的關系：I=U/R

2.純電阻電路中的功率： P=UI

電壓的瞬時值與電流的瞬時值的乘積叫作瞬時功率。

電流和電壓同相位

（三）純電感電路

（1）純電感電路中電壓與電流相位關系：電流的相位滯后于電壓90°且同為同頻率正弦量

注：XL=ωL=2πｆＬ稱為感抗，反映電感對交流電的阻礙作用；與頻率有關。

（2）功率關系

有功功率：P=0（即不消耗電能）

無功功率：Q=ULI=I2XL（乏）

無功功率的“無功”的含義是“交換”的意思

（四）純電容電路

1.純電容電路中電壓與電流的關系

注：Xc=1／ωc=1／2πｆc，稱為容抗，反映電容對交流電的阻礙作用；與頻率有關。ｆ→0，Xc→∞；ｆ→∞， Xc→0說明電容有“隔直通交”的作用。

2.純電容電路中的功率

有功功率：P=0（即不消耗電能）

無功功率：Q=UCI=I2XC（乏）

（五）電阻、電感、電容串聯電路

1.電路中電壓與電流的關系

2.單相交流電功率關系

視在功率：電源提供的功率：S=UI（伏安）

有功功率：電阻上消耗的功率：P=URI=UIcosφ（瓦）

無功功率：電感、電容上的功率：Q= UIsinφ（乏）

（六）電阻電感串聯再與電容并聯的電路及功率因數提高

1.提高功率因數的意義：提高發、配電設備的利用率；減少輸電線路的電壓降和功率損失。

2.提高功率因數的方法：在感性負載上并聯適當的電容。

必須注意功率因素cosφ不能提高到等于1。

15、三相交流電

（一）概述

1.三相交流點的特點

頻率相同、幅值相等、相位相差120度

三相交流電具有以下優點：

（1）三相發電機比尺寸相同的單相發電機輸出的功率要大。

（2）三相發電機的結構和制造并不比單相發電機復雜多少，而且使用、維護也方便，運轉時比單相發電機的振動小。

（3）同樣條件下，輸送同樣大的功率時，三相輸電線比單相輸電線可省約25%左右的材料。

2.三相正弦交流電動勢的產生

三相交流電由三相交流發電機產生。如上圖所示，三相交流發電機單相交流發電機一樣，它也是由定子（磁極）和轉子（電樞）組成。發電機的轉子繞組有U1—U2，V1—V2，W1—W2三個，每一個繞組稱為一相，各相繞組匝數相等、結構相同，它們的始端（U1、V1、W1）在空間位置上彼此相差120°。

3.三相正弦交流電動勢的表達方法

4.相序

黃 U、綠 V、紅 W

一般稱U→V→W→U為正序或順序 V→U→W→V為負序或逆序

（二）三相電源繞組的連接

連接方法：星形（Y）連接和三角形（D）連接

1.三相電源繞組的星形（Y）連接

2.三相電源繞組的三角形（D）連接

（三）三相負載的連接

三相負載的星形（Y）連接法

各相負載的相電壓就等于電源的相電壓。（1）相電流：負載中的電流。（2）線電流：火線中的電流

2.三相負載的三角形（D）連接

線電流的有效值為相電流有效值的1.73倍。各線電流在相位上比各相應的相電流滯后30°。

（四）三相電路的功率

1.對于負載不對稱電路，有功功率等于各相有功功率之和。即：

P＝Pu＋Pv＋Pw

2.對于負載對稱的電路