第一講　職業(yè)化訓(xùn)練預(yù)備知識(shí)

課堂一　水電工基礎(chǔ)知識(shí)

一、電路基本定律

（一）歐姆定律

在一段不含電動(dòng)勢(shì)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(jì)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(dòng)勢(shì)的電路中，其支路電流的大小和方向與支路電阻、電動(dòng)勢(shì)的大小和方向、支路兩端的電壓有關(guān)，稱作有源支路歐姆定律。有源支路歐姆定律的計(jì)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(dòng)勢(shì)，V。

（二）基爾霍夫定律

基爾霍夫第一定律又稱節(jié)點(diǎn)電流定律，幾條支路所匯集的點(diǎn)稱作節(jié)點(diǎn)。對(duì)于電路中任一節(jié)點(diǎn)，任一瞬間流入該節(jié)點(diǎn)的電流之和等于流出該節(jié)點(diǎn)的電流之和?；蛘哒f，流入任一節(jié)點(diǎn)的電流的代數(shù)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(gè)負(fù)極的電流），即

I1+I2-I3+I4-I5=0　　（IX為任一節(jié)點(diǎn)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(shù)和恒等于回路中各電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)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(nèi)部磁力線的方向。

如圖1-1所示，通電導(dǎo)體纏繞在一根鐵棒上，這樣就會(huì)在鐵棒的內(nèi)部和周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，產(chǎn)生磁場(chǎng)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(xué)家的研究基礎(chǔ)上，推論出了用磁場(chǎng)方向和導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向來表示感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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?yàn)閷?dǎo)體運(yùn)動(dòng)的方向，則其余四指所指的方向?yàn)楦袘?yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算公式為

e=BLvsinθ

可見，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（電壓），導(dǎo)體就形成了一個(gè)電源（可以想象成電池）。如果外面接上一個(gè)電路，則電路中存在電流，燈泡會(huì)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(dǎo)體，如果有電流通過導(dǎo)體，導(dǎo)體就會(huì)運(yùn)動(dòng)。這是由于磁極形成的磁場(chǎng)和電流形成的磁場(chǎng)間相互作用所致，這個(gè)力稱為電磁力。

電磁力的方向取決于電流的方向和磁場(chǎng)的方向。運(yùn)用弗萊明左手定則可進(jìn)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?yàn)閷?dǎo)體電流的方向，則大拇指所指的方向?yàn)閷?dǎo)體受力的方向。計(jì)算公式表示為

F=BILsinθ

（六）焦耳定律

電流通過導(dǎo)體時(shí)所產(chǎn)生的熱量Q與電流I的平方成正比，與導(dǎo)體的電阻R成正比，與通電時(shí)間t成正比，這一結(jié)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(shè)計(jì)電照明、電熱設(shè)備及計(jì)算各種電氣設(shè)備溫升的重要公式。在串聯(lián)電路中，電流是相等的，則電阻越大時(shí)產(chǎn)生的熱量越多。在并聯(lián)電路中，電壓是相等的，通過變形公式，即W=Q=Pt=（U2/R）t，當(dāng)U一定時(shí)，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(gè)獨(dú)立電源單獨(dú)作用于電路時(shí)，在該支路產(chǎn)生的電流（或電壓）的代數(shù)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(diǎn)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(dú)立電壓源的電壓；isk（k=1，2，…，n）表示電路中獨(dú)立電流源的電流；Hk（k=1，2，…，m）和Kk（k=1，2，…，n）是常量，它們?nèi)Q于電路的參數(shù)和輸出變量的選擇，而與獨(dú)立電源無關(guān)。

值得指出的是，疊加定理只能用于計(jì)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(jì)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(jì)算端口電壓表達(dá)式的方法如圖1-5所示。

在單口網(wǎng)絡(luò)端口上外加電流源i，根據(jù)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(dú)作用（單口內(nèi)全部獨(dú)立電源置零）產(chǎn)生的電壓u'=Roi；另一部分是外加電流源置零（i=0），即單口網(wǎng)絡(luò)開路時(shí)，由單口網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部全部獨(dú)立電源共同作用產(chǎn)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(duì)外電路等效，對(duì)內(nèi)部電路不等效。也就是說，不可應(yīng)用該定理求出等效電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻之后，又返回來求原電路（即有源二端網(wǎng)絡(luò)內(nèi)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(wǎng)絡(luò)。如果有源二端網(wǎng)絡(luò)中含有非線性元件，則不能應(yīng)用戴維南定理求解。