第一講　職業(yè)化訓練預備知識

課堂一　水電工基礎知識

一、電路基本定律

（一）歐姆定律

在一段不含電動勢只有電阻的電路中，流過電阻R的電流I與加在該電阻兩端的電壓U成正比，與電阻阻值成反比，稱作無源支路的歐姆定律。

無源支路歐姆定律的計算公式為

式中　I——無源支路電流，A；

    U——電阻兩端的電壓，V；

     R——支路電阻，Ω。

在一段含有電動勢的電路中，其支路電流的大小和方向與支路電阻、電動勢的大小和方向、支路兩端的電壓有關，稱作有源支路歐姆定律。有源支路歐姆定律的計算公式為

式中　I——有源支路電流，A；

    U——電阻兩端的電壓，V；

    R——支路電阻，Ω；

    E——支路電動勢，V。

（二）基爾霍夫定律

基爾霍夫第一定律又稱節(jié)點電流定律，幾條支路所匯集的點稱作節(jié)點。對于電路中任一節(jié)點，任一瞬間流入該節(jié)點的電流之和等于流出該節(jié)點的電流之和?；蛘哒f，流入任一節(jié)點的電流的代數和等于0（假定流入的電流為正值，流出的電流則看作是流入一個負極的電流），即

I1+I2-I3+I4-I5=0　　（IX為任一節(jié)點電流）

基爾霍夫第二定律又稱回路電壓定律，電路中任一閉合路徑稱作回路。在任一瞬間，電路中任一閉合回路中各電阻上電壓降的代數和恒等于回路中各電動勢的代數和。

（三）安培右手螺旋定律

右手握住螺旋線圈，讓四指指向線圈中電流的方向，則大拇指所指的方向就是螺旋線圈內部磁力線的方向。

如圖1-1所示，通電導體纏繞在一根鐵棒上，這樣就會在鐵棒的內部和周圍產生磁場，產生磁場的方向符合安培右手螺旋定律。

（四）弗萊明右手定則

弗萊明在法拉第和楞次等科學家的研究基礎上，推論出了用磁場方向和導體運動方向來表示感應電動勢方向的法則，稱為弗萊明右手定則，如圖 1-2所示。

伸開右手，使大拇指與其余四指垂直，讓磁力線的方向豎直穿過手心，大拇指所指的方向為導體運動的方向，則其余四指所指的方向為感應電動勢的方向。感應電動勢的計算公式為

e=BLvsinθ

可見，在磁場中運動的導體會產生感應電動勢（電壓），導體就形成了一個電源（可以想象成電池）。如果外面接上一個電路，則電路中存在電流，燈泡會放光。

（五）弗萊明左手定則

如圖1-3所示，在磁極之間懸掛一導體，如果有電流通過導體，導體就會運動。這是由于磁極形成的磁場和電流形成的磁場間相互作用所致，這個力稱為電磁力。

電磁力的方向取決于電流的方向和磁場的方向。運用弗萊明左手定則可進行判定：伸開左手，使大拇指與其余四指垂直，讓磁力線的方向豎直穿過手心，四指所指的方向為導體電流的方向，則大拇指所指的方向為導體受力的方向。計算公式表示為

F=BILsinθ

（六）焦耳定律

電流通過導體時所產生的熱量Q與電流I的平方成正比，與導體的電阻R成正比，與通電時間t成正比，這一結論稱為焦耳定律。焦耳定律用公式表示為Q=I2Rt。

焦耳定律是設計電照明、電熱設備及計算各種電氣設備溫升的重要公式。在串聯電路中，電流是相等的，則電阻越大時產生的熱量越多。在并聯電路中，電壓是相等的，通過變形公式，即W=Q=Pt=（U2/R）t，當U一定時，R越大則Q越小。

（七）疊加定理

在線性電路中，任一支路的電流（或電壓）可以看成是電路中每一個獨立電源單獨作用于電路時，在該支路產生的電流（或電壓）的代數和（疊加）。線性電路的這種疊加性稱為疊加定理。

疊加定理可用圖1-4表示。線性電阻電路中的任一節(jié)點電壓、支路電壓或支路電流均可用以下形式表示：

y=H1us1+H2us2+…+Hmusm+K1is1+K2is2+…+Knisn

式中，usk（k=1，2，…，m）表示電路中獨立電壓源的電壓；isk（k=1，2，…，n）表示電路中獨立電流源的電流；Hk（k=1，2，…，m）和Kk（k=1，2，…，n）是常量，它們取決于電路的參數和輸出變量的選擇，而與獨立電源無關。

值得指出的是，疊加定理只能用于計算線性電路（即電路中的元件均為線性元件）的支路電流或電壓，不適用于計算功率。

（八）戴維南定理

戴維南定理又稱為等效電壓源定律。戴維南定理可以在單口外加電流源i，用疊加定理計算端口電壓表達式的方法如圖1-5所示。

在單口網絡端口上外加電流源i，根據疊加定理，端口電壓可以分為兩部分組成：一部分由電流源單獨作用（單口內全部獨立電源置零）產生的電壓u'=Roi；另一部分是外加電流源置零（i=0），即單口網絡開路時，由單口網絡內部全部獨立電源共同作用產生的電壓u″=uoc。由此得到：

U=u'+u″=Roi+uoc

值得指出的是，戴維南定理只對外電路等效，對內部電路不等效。也就是說，不可應用該定理求出等效電源電動勢和內阻之后，又返回來求原電路（即有源二端網絡內部電路）的電流和功率。另外，戴維南定理只適用于線性有源二端網絡。如果有源二端網絡中含有非線性元件，則不能應用戴維南定理求解。