電工基礎知識入門

現實生活中，我們經常聽到或說起很多有關電方面的名詞、術語，也經常有很多用電方面的困惑。這些名詞、術語究竟是怎樣定義的?它們之間有什麼關係?

是什麼因素導致電壓的高低、電流的大小?為什麼會發生由用電引發的火災?為什麼家裡幾個月沒人住，還會產生電費?

很多經常聽到的，看似簡單，又不容易說清的問題，通過本章的學習都會有明確的答案。

自然界中的一切物質都是由分子組成的，分子又是由原子組成的，而原子是由帶正電荷的原子核和一定數量帶負電荷的電子組成的。在通常情況下，原子核所帶的正電荷數等於核外電子所帶的負電荷數，原子對外不顯電性。但是，用一些辦法，可使某種物體上的電子轉移到另外一種物體上。

失去電子的物體帶正電荷，得到電子的物體帶負電荷。物體失去或得到的電子數量越多，則物體所帶的正、負電荷的數量也越多。

物體所帶電荷數量的多少用電量來表示。電量是乙個物理量，它的單位是庫侖，用字母c表示。1c的電量相當於物體失去或得到6.25×1018個電子所帶的電量。

電荷的定向移動形成電流。電流有大小，有方向。

1．電流的方向

1、人們規定正電荷定向移動的方向為電流的方向。金屬導體中，電流是電子在導體內電場的作用下定向移動的結果，電子流的方向是負電荷的移動方向，與正電荷的移動方向相反，所以金屬導體中電流的方向與電子流的方向相反，如圖1—1所示。

2．電流的大小

電學中用電流強度來衡量電流的大小。電流強度就是l秒鐘通過導體截面的電量。電流強度用字母表示，計算公式如下：

式中 ——電流強度，單位安培(a)；

——在t秒時間內，通過導體截面的電量數，單位庫侖(c)；

——時間，單位秒(s)。

實際使用時，人們把電流強度簡稱為電流。電流的單位是安培，簡稱安，用字母a表示。如果1秒內通過導體截面的電量為1庫侖，則該電流的電流強度為1安培，習慣簡稱電流為1安。

實際應用中，除單位安培外，還有千安()、毫安()和微安()。它們之間的關係為：

為了弄清楚電荷在導體中定向移動而形成電流的原因，我們對照圖1—2a水流的形成來理解這個問題。

從圖1—2a可以看到外水由一a槽經c管向8槽流去。水之所以能在c管中進行定向移動，是由於a槽水位高，b槽水位低所致：a，b兩槽之間的水位差即水壓，是實現水形成水流的原因。

與此相似，當圖1—2b中的開關s閉合後，電路裡就有電流。這是因為電源的正極電位高，負極電位低。兩個極間電位差(電壓)使正電荷從正極出發，經過負載r移向負極形成電流。

所以，電壓是自由電荷發生定向移動形成電流的原因。在電路中電場力把單位正電荷由高電位a點移向低電位b點所做的功稱為兩點間的電壓，用表示。所以電壓是a與b兩點間的電位差，它是衡量電場力做功本領大小的物理量。

電壓用字母u表示，單位為伏特，電場力將1庫侖電荷從a點移到b點所做的功為1焦耳，則ab間的電壓值就是1伏特，簡稱伏，用字母v表示。常用的電壓單位還有千伏(kv)，毫伏(mv)等。它們之間的關係為：

1 kv=v

l v=mv

電壓與電流相似，不但有大小，而且有方向。對於負載來說，電流流人端為正端，電流流出端為負端。電壓的方向是由正端指向負端，也就是說負載中電壓實際方向與電流方向一致。

在電路圖中，用帶箭頭的細實線表示電壓的方向。

在圖1—2a中，為使水在c管中持續不斷地流動，必須用水幫浦把b槽中的水不斷地幫浦入a槽，以維持兩槽間的固定水位差，也就是要保證c管兩端有一定的水壓。在圖1—2b中，電源與水幫浦的作用相似，它把正電荷由電源的負極移到正極，以維持正、負極間的電位差，即電路中有一定的電壓使正電荷在電路中持續不斷地流動。

電源是利用非電力把正電荷由負極移到正極的，它在電路中將其他形式能轉換成電能。電動勢就是衡量電源能量轉換本領的物理量，用字母e表示，它的單位也是伏特，簡稱伏，用字母v表示。

電源的電動勢只存在於電源內部。人們規定電動勢的方向在電源內部由負極指向正極。在電路中也用帶箭頭的細實線表示電動勢的方向，如圖1—2b所示。

當電源兩端不接負載時，電源的開路電壓等於電源的電動勢，但二者方向相反。

生活中用測量電源端電壓的辦法，來判斷電源的狀態。比如測得工作電路中兩節5號電池的端電壓為2.8 v，則說明電池電量比較充足。

一般來說，導體對電流的阻礙作用稱為電阻，用字母r表示。電阻的單位為歐姆，簡稱歐，用字母表示。

如果導體兩端的電壓為1伏，通過的電流為1安，則該導體的電阻就是1歐。

常用的電阻單位還有千歐(k)、兆歐(m)。它們之間的關係為：

1 k=

1 m=k

應當強調指出：電阻是導體中客觀存在的，它與導體兩端電壓變化情況無關，即使沒有電壓，導體中仍然有電阻存在。實驗證明，當溫度一定時，導體電阻只與材料及導體的幾何尺寸有關。

對於二根材質均勻、長度為l、截面積為s的導體而言，其電阻大小可用下式表示：

式中 ——導體電阻，單位為歐()；

——導體長度，單位為公尺(m)；

——導體截面積，單位為平方公釐()；

——電阻率，單位為歐·公尺(·m)。

式中電阻率是與材料性質有關的物理量。電阻率的大小等於長度為1m，截面積為1的導體在一定溫度下的電阻值，其單位為歐公尺(：m)。

例如，銅的電阻率為1.7×·m，就是指長為1m，截面積為1mmz的銅線的電阻是1.7×。

幾種常用材料在20時的電阻率見表1—1。

從表中可知，銅和鋁的電阻率較小，是應用極為廣泛的導電材料。以前，由於我國鋁的礦藏量豐富，**低廉，常用鋁線作輸電線。由於銅線有更好的電氣特性，如強度高、電阻率小，現在銅製線材被更廣泛應用。

電動機、變壓器的繞組一般都用銅材。

表1—1 幾種常用材料在20℃時的電阻率

電流通過用電器時，用電器就將電能轉換成其他形式的能，如熱能、光能和機械能等。我們把電能轉換成其他形式的能叫做電流做功，簡稱電功，用字母w表示。電流通過用電器所做的功與用電器的端電壓、流過的電流、所用的時間和電阻有以下的關係：

如果公式(1—3)中，電壓單位為伏，電流單位為安，電阻單位為歐，時間單位為秒，則電功單位就是焦耳，簡稱焦，用字母j表示。

電流在單位時間內通過用電器所做的功稱為電功率，用字母p表示。其數學表示式為：

將公式(1—3)代入公式1—4後得到：

若在公式(1—4)中，電功單位為焦耳，時間單位為秒，則電功率的單位就是焦耳/秒。焦耳/秒又叫瓦特，簡稱瓦，用字母w表示。在實際工作中，常用的電功率單位還有千瓦(kw)、毫瓦(mw)等。

它們之間的關係為：

1kw=w

1w=mw

從公式1—5中可以得出如下結論：

1．當用電器的電阻一定時，電功率與電流平方或電壓平方成正比。若通過用電器的電流是原來電流的2倍，則電功率就是原功率的4倍；若加在用電器兩端電壓是原電壓的2倍,則電功率就是原功率的4倍。

2．當流過用電器的電流一定時，電功率與電阻值成正比。對於串聯電阻電路，流經各個電阻的電流是相同的，則串聯電阻的總功率與各個電阻的電阻值的和成正比。

3．當加在用電器兩端的電壓一定時，電功率與電阻值成反比。對於併聯電阻電路，各個電阻兩端電壓相等，則各個電阻的電功率與各電阻的阻值成反比。

在實際工作中，電功的單位常用千瓦小時(kw·h)，也叫「度」。1千瓦小時是1度，它表示功率為1千瓦的用電器1小時所消耗的電能，即：

1kw·h=1kw×1h=3.6×j

例題1 一台42英吋(1英吋=2.54厘公尺)等離子電視機的功率約為300w，平均每天開機3小時，若每度電費為人民幣0.48元，問一年(以365天計算)要交納多少電費?

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