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失去电子的物体带正电荷,得到电子的物体带负电荷。
物体失去或得到的电子数量越多,则物体所带的正、负电荷的数量也越多。
物体所带电荷数量的多少用电量来表示。
电量是一个物理量,它的单位是库仑,用字母C表示。
1C的电量相当于物体失去或得到6.25×
1018个电子所带的电量。
二、电流
电荷的定向移动形成电流。
电流有大小,有方向。
1.电流的方向
1、人们规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。
金属导体中,电流是电子在导体内电场的作用下定向移动的结果,电子流的方向是负电荷的移动方向,与正电荷的移动方向相反,所以金属导体中电流的方向与电子流的方向相反,如图1—1所示。
2.电流的大小
电学中用电流强度来衡量电流的大小。
电流强度就是l秒钟通过导体截面的电量。
电流强度用字母表示,计算公式如下:
式中——电流强度,单位安培(A);
——在t秒时间内,通过导体截面的电量数,单位库仑(C);
——时间,单位秒(s)。
实际使用时,人们把电流强度简称为电流。
电流的单位是安培,简称安,用字母A表示。
如果1秒内通过导体截面的电量为1库仑,则该电流的电流强度为1安培,习惯简称电流为1安。
实际应用中,除单位安培外,还有千安()、毫安()和微安()。
它们之间的关系为:
三、电压
为了弄清楚电荷在导体中定向移动而形成电流的原因,我们对照图1—2a水流的形成来理解这个问题。
从图1—2a可以看到外水由一A槽经C管向8槽流去。
水之所以能在C管中进行定向移动,是由于A槽水位高,B槽水位低所致:
A,B两槽之间的水位差即水压,是实现水形成水流的原因。
与此相似,当图1—2b中的开关S闭合后,电路里就有电流。
这是因为电源的正极电位高,负极电位低。
两个极间电位差(电压)使正电荷从正极出发,经过负载R移向负极形成电流。
所以,电压是自由电荷发生定向移动形成电流的原因。
在电路中电场力把单位正电荷由高电位a点移向低电位b点所做的功称为两点间的电压,用表示。
所以电压是a与b两点间的电位差,它是衡量电场力做功本领大小的物理量。
电压用字母U表示,单位为伏特,电场力将1库仑电荷从a点移到b点所做的功为1焦耳,则ab间的电压值就是1伏特,简称伏,用字母V表示。
常用的电压单位还有千伏(kV),毫伏(mV)等。
1kV=V
lV=mV
电压与电流相似,不但有大小,而且有方向。
对于负载来说,电流流人端为正端,电流流出端为负端。
电压的方向是由正端指向负端,也就是说负载中电压实际方向与电流方向一致。
在电路图中,用带箭头的细实线表示电压的方向。
四、电动势、电源
在图1—2a中,为使水在C管中持续不断地流动,必须用水泵把B槽中的水不断地泵入A槽,以维持两槽间的固定水位差,也就是要保证C管两端有一定的水压。
在图1—2b中,电源与水泵的作用相似,它把正电荷由电源的负极移到正极,以维持正、负极间的电位差,即电路中有一定的电压使正电荷在电路中持续不断地流动。
电源是利用非电力把正电荷由负极移到正极的,它在电路中将其他形式能转换成电能。
电动势就是衡量电源能量转换本领的物理量,用字母E表示,它的单位也是伏特,简称伏,用字母V表示。
电源的电动势只存在于电源内部。
人们规定电动势的方向在电源内部由负极指向正极。
在电路中也用带箭头的细实线表示电动势的方向,如图1—2b所示。
当电源两端不接负载时,电源的开路电压等于电源的电动势,但二者方向相反。
生活中用测量电源端电压的办法,来判断电源的状态。
比如测得工作电路中两节5号电池的端电压为2.8V,则说明电池电量比较充足。
五、电阻
一般来说,导体对电流的阻碍作用称为电阻,用字母R表示。
电阻的单位为欧姆,简称欧,用字母表示。
如果导体两端的电压为1伏,通过的电流为1安,则该导体的电阻就是1欧。
常用的电阻单位还有千欧(k)、兆欧(M)。
1k=
1M=k
应当强调指出:
电阻是导体中客观存在的,它与导体两端电压变化情况无关,即使没有电压,导体中仍然有电阻存在。
实验证明,当温度一定时,导体电阻只与材料及导体的几何尺寸有关。
对于二根材质均匀、长度为L、截面积为S的导体而言,其电阻大小可用下式表示:
式中——导体电阻,单位为欧();
——导体长度,单位为米(m);
——导体截面积,单位为平方毫米();
——电阻率,单位为欧·
米(·
m)。
式中电阻率是与材料性质有关的物理量。
电阻率的大小等于长度为1m,截面积为1的导体在一定温度下的电阻值,其单位为欧米(:
例如,铜的电阻率为1.7×
·
m,就是指长为1m,截面积为1mmz的铜线的电阻是1.7×
。
几种常用材料在20时的电阻率见表1—1。
从表中可知,铜和铝的电阻率较小,是应用极为广泛的导电材料。
以前,由于我国铝的矿藏量丰富,价格低廉,常用铝线作输电线。
由于铜线有更好的电气特性,如强度高、电阻率小,现在铜制线材被更广泛应用。
电动机、变压器的绕组一般都用铜材。
表1—1几种常用材料在20℃时的电阻率
材料名称
电阻率(·
m)
银
1.6×
铜
1.7×
铝
2.9×
钨
5.3×
铁
1.0×
康铜
5.0×
锰铜
4.4×
铝铬铁电阻丝
1.2×
六、电功、电功率
电流通过用电器时,用电器就将电能转换成其他形式的能,如热能、光能和机械能等。
我们把电能转换成其他形式的能叫做电流做功,简称电功,用字母W表示。
电流通过用电器所做的功与用电器的端电压、流过的电流、所用的时间和电阻有以下的关系:
如果公式(1—3)中,电压单位为伏,电流单位为安,电阻单位为欧,时间单位为秒,则电功单位就是焦耳,简称焦,用字母J表示。
电流在单位时间内通过用电器所做的功称为电功率,用字母P表示。
其数学表达式为:
将公式(1—3)代入公式1—4后得到:
若在公式(1—4)中,电功单位为焦耳,时间单位为秒,则电功率的单位就是焦耳/秒。
焦耳/秒又叫瓦特,简称瓦,用字母W表示。
在实际工作中,常用的电功率单位还有千瓦(kW)、毫瓦(mW)等。
1kW=W
1W=mW
从公式1—5中可以得出如下结论:
1.当用电器的电阻一定时,电功率与电流平方或电压平方成正比。
若通过用电器的电流是原来电流的2倍,则电功率就是原功率的4倍;
若加在用电器两端电压是原电压的2倍,则电功率就是原功率的4倍。
2.当流过用电器的电流一定时,电功率与电阻值成正比。
对于串联电阻电路,流经各个电阻的电流是相同的,则串联电阻的总功率与各个电阻的电阻值的和成正比。
3.当加在用电器两端的电压一定时,电功率与电阻值成反比。
对于并联电阻电路,各个电阻两端电压相等,则各个电阻的电功率与各电阻的阻值成反比。
在实际工作中,电功的单位常用千瓦小时(kW·
h),也叫“度”。
1千瓦小时是1度,它表示功率为1千瓦的用电器1小时所消耗的电能,即:
1kW·
h=1kW×
1h=3.6×
J
例题1一台42英寸(1英寸=2.54厘米)等离子电视机的功率约为300W,平均每天开机3小时,若每度电费为人民币0.48元,问一年(以365天计算)要交纳多少电费?
解:
电视机的功率P=300W=0.3kW
电视机一年开机的时间t=3×
365=1095h
电视机一年消耗的电能W=Pt=0.3×
1095=328.5kW·
h
一年的电费为328.5×
0.48=157.68元
想一想:
现在的电气在不工作时经常是通电的,(待机状态),此时的功耗很低,一般不超过10W(计算时可以估算为5W),假定家中有空调、电视机、DVD播放器、家庭影院功放、计算机主机、计算机显示器,如果这些电气长期处在待机状态,它们一年要消耗多少电费?
有没有其他问题?
七、电流的热效应
电流通过导体使导体发热的现象叫做电流的热效应。
电流的热效应是电流通过导体时电能转换成热能的效应。
电流通过导体产生的热量,用焦耳一楞次定律表示如下:
式中——热量,单位焦耳(J);
——通过导体的电流,单位安培(A);
——导体电阻,一单位欧姆();
——导体通过电流的时间,单位秒(S)
焦耳一楞次定律的物理意义是:
电流通过导体所产生的热量,与电流强度的平方、导体的电阻及通电时间成正比。
在生产和生活中,应用电流热效应制作各种电气。
如白炽灯、电烙铁、电烤箱、熔断器等在工厂中最为常见;
电吹风、电褥子等常用于家庭中。
但是电流的热效应也有其不利的一面,如电流的热效应能使电路中不需要发热的地方(如导线)发热,导致绝缘材料老化,甚至烧毁设备,导致火灾,是一种不容忽视的潜在祸因。
例题2已知当一台电烤箱的电阻丝流过5A电流时,每分钟可放出1.2×
J的热量,求这台电烤箱的电功率及电阻丝工作时的电阻值。
根据公式(1—4),电烤箱的电功率为:
电阻丝工作时电阻值为:
1—2电路
一、电路的组成和作用
电流所流过的路径称为电路。
它是由电源、负载、开关和连接导线等4个基本部分组成的,如图1—3所示。
电源是把非电能转换成电能并向外提供电能的装置。
常见的电源有干电池、蓄电池和发电机等。
负载是电路中用电器的总称,它将电能转换成其他形式的能。
如电灯把电能转换成光能;
电烙铁把电能转换成热能;
电动机把电能转换成机械能。
开关属于控制电器,用于控制电路的接通或断开。
连接导线将电源和负载连接起来,担负着电能的传
输和分配的任务。
电路电流方向是由电源正极经负载流到电源负极,在电源内部,电流由负极流向正极,形成一个闭合通路。
二、电路图
在设计、安装或维修各种实际电路时,经常要画出表示电路连接情况的图。
如果是画如图1—3所示的实物连接图,虽然直观,但很麻烦。
所以很少画实物图,而是画电路图。
所谓电路图就是用国家统一规定的符号,来表示电路连接情况的图。
表1—2是几种常用的电工符号。
图1—4是图1—3的电路图。
表1—2几种常用的电工符号
名称
符号
电池
电流表
导线
电压表
开关
熔断器
电阻
电容
照明灯
接地
三、电路的三种状态
电路有三种状态:
即通路、开路、短路。
通路是指电路处处接通。
通路也称为闭合电路,简称闭路。
只有在通路的情况下,电路才有正常的工作电流开路是电路中某处断开,没有形成通路的电路。
开路也称为断路,此时
电路中没有
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