目錄

第一章直流電路4

§1-1電學的基本物理量5

一、電量5

二、電流5

三、電壓5

四、電動勢、電源6

五、電阻6

六、電功、電功率7

七、電流的熱效應8

§1—2電路9

一、電路的組成和作用9

二、電路圖9

三、電路的三種狀態10

§1—3歐姆定律10

一、一段電阻電路的歐姆定律10

二、全電路歐姆定律10

§1-4電阻的串聯、并聯電路12

一、電阻的串聯電路12

二、電阻的并聯電路13

§1—5電工測量基本知識14

一、萬用表的外形及基本組成14

二、萬用表的使用步驟15

三、萬用表的使用注意事項15

習題16

第二章電磁的基本知識17

§2—1磁的基本知識17

一、磁現象17

二、磁場、磁感應線17

三磁通、磁感應強度18

四、磁導率18

§2—2電流的磁場19

一、通電直導線的磁場19

二、通電螺線管的磁場20

三、磁場對載流直導線的作用21

四、磁場對通電線圈的作用21

§2—3電磁感應22

一、電磁感應現象22

二、法拉第定律23

三、楞次定律23

四、電磁感應定律25

§2一自感、互感25

一、自感25

二、互感26

習題26

第三章正弦交流電路27

§3—1正弦交流電的產生28

一、正弦交流電的特點種28

二、正弦交流電的產生29

§3—2正弦交流電的三要素30

?、周期、頻率、角頻率30

二、瞬時值、最大值、有效值30

三、相位、初相和相位差31

§3—3正弦交流電的表示法32

一、三角函數式法32

一、純電阻電路33

二、純電感電路33

三、純電容電路34

§3—5三相交流電路36

一、三相電動勢的產生36

二、三相電源繞組的聯結37

三、三相交流電路負載的聯結37

§3—6常用電氣照明電路39

一、白熾燈照明電路39

二、節能燈照明電路40

三、日光燈照明電路40

習題41

第四章變壓器與三相異步電動機42

§4-1變壓器的基本結構和工作原理43

一、變壓器的基本結構43

二、變壓器的工作原理44

三、幾種常見變壓器46

四、變壓器的主要技術數據47

五、變壓器的使用要點49

§4—2三相異步電動機的用途和結構49

一、電動機概述49

二三相籠式異步電動機的基本結構49

§4—3三相異步電動機的轉動原理50

一、演示實驗50

二、定子旋轉磁場的產生50

三、旋轉磁場對轉子的作用52

§4—3三相異步電動機的使用53

一、啟動53

二、反轉54

三、制動54

四、三相籠式異步電動機的銘牌數據54

五、三相異步電動機使用要點56

§4—5單相異步電動機56

第五章簡單機床電路58

§5—1常用低壓電器59

一、開關59

二、接觸器62

三、熱繼電器64

四、熔斷器64

§5—2機床的幾種控制線路66

一、點動控制線路66

二、看懂機床控制線路的基本要領66

三、接觸器自鎖控制線路67

四、接觸器聯鎖的正反轉控制線路68

五、C620—1型車床控制線路70

習題71

第六章安全用電72

§6—1觸電72

一、觸電事故72

二、觸電原因及方式73

§6—2安全用電措施74

一、常用安全用電措施74

二、電氣設備的保護接地和保護接零75

三、安全用電十不準76

§6-3電氣事故及緊急處理76

一、觸電急救76

二、對電氣設備做好監護78

三、電火警的緊急處理78

四、防雷擊的安全措施78

習題78

第一章直流電路

~本章學習要點:

1.熟悉電流、電壓、電阻、電功率、電功等常用的物理量：

2.了解常用電氣元件的電路符號，能夠看懂電路圖的連接關系；

3.熟練掌握歐姆定律的兩種形式，明確U,J,R,E,r之間的關系；

4.準確辨識簡單電路電阻的串、并聯關系，掌握兩種連接形式中每

個元件上電壓、電流與總電壓、總電流的關系。

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么關系是什么因素導致電壓的高

低、電流的大小為什么會發生由代電引發的火災為什么家里幾個月沒人住，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。

§1-1電學的基本物理量

一、電量

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于核

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。電量是一個物理量，它的單位是庫侖，用字母

C表示。1C的電量相當于物體失去或得到6.25X1018個電子所帶的耳量。

二、電流

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電子

向。金屬導體中，電流是電子在導體內電場的作用下A—€>-0—一B

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。電流

圖17金屬導體中的

2.電流的大小電流方向

電學中用電流強度來衡量電流的大小。電流強度

就是1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)；

Q一一在t秒時間內，通過導體截面的電量數，單位庫侖(C)；

t----時間，單位秒⑸。

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(kA)、毫安(mA而微安(〃A)。它們之

間的關系為：

三、電壓

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l—2a水流的形成來

理解這個問題。

從圖l-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，

是由于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閉合后，電路里就有電流。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°如表示。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),

亳伏(mV)等,它們之間的關.系為：

1kV=103V

1V=103mV

電壓與電流相似，不但有大小，而且有方向。對于負載來說，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。

四、電動勢、電源

在圖1—2a中，為使水在C管中持續不斷地流動，必須用水泵把B槽中的水不斷地泵

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l-2b

中，電源與水泵的作用相似，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于電源內部。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，

電源的開路電壓等于電源的電動勢，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2.8V,則說明電池電量比較充足。

五、電阻

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(kQ)、兆歐(MC)。它們之間的關系為：

lkQ=103Q

1MQ=103kQ

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?定時，導體電阻只與材料及導體的幾何

尺寸有關。對于二根材質均勻、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R——導體電阻，單位為歐(C)；

L一一導體長度，單位為米⑺)；

5---導體截面積，單位為平方亳米(mm?)；

p——電阻率，單位為歐?米(C?m)o

式中電阻率是與材料性質有關的物理量。電阻率的大小等于長度為1m,截面積為1mm2

的導體在一定溫度下的電阻值，其單位為歐米(C：m)o例如，銅的電阻率為1.7XKT8。皿,

就是指長為1m,截面枳為Immz的銅線的電阻是1.7X10-8。。幾種常用材料在20。(3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，由于我國鋁的

礦藏量豐富，價格低廉，常用鋁線作輸電線。由于銅線有更好的電氣特性，如強度高、電阻

率小，現在銅制線材被更廣泛應用。電動機、變壓器的繞組一般都用銅材。

表1一1幾種常用材料在20C時的電阻率

材料名稱電阻率(Q?m)

銀1.6X1()-8

銅1.7X10-8

鋁2.9XKT'

鐺5.3XKT?

鐵1.0X10-7

康銅5.0X10-7

缽銅4.4X10-7

鋁珞鐵電阻絲L2X10^

六、電功、電功率

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系：

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。其數學表達式為:

將公式(1—3)代入公式1—4后得到：

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)、

亳瓦(mW)等。它們之間的關系為：

lkW=103W

lW=103mW

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匕。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。對于串聯電阻電路，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。對于并聯電阻電路，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：

lk\Vh=lkWxlh=3.6xlO6J

例題1一臺42英寸(I英寸=2.54厘米)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048元，問一年(以365天計算)要交納多少電費

解：

電視機的功率P=300W=0.3kN

電視機一年開機的時間t=3X365=1095h

電視機一年消耗的電能gPt=3.3X1095=328.5kW?h

一年的電費為328.5X0.48=157.68元

—想一想：現在的電氣在不工作時經常是通電的，(待機狀態)，

此時的功耗很低，一般不超過10W(計算時可以估算為5W),假定

家中有空調、電視機、DVD播放器、家庭影院功放、計算機主機、

計算機顯示器，如果這些電氣長期處在待機狀態，它們一年要消耗

多少電費有沒有其他問題

七、電流的熱效應

電流通過導體使導體發熱的現象叫做電流的熱效應。電流的熱效應是電流通過導體時電

能轉換成熱能的效應。

電流通過導體產生的熱量，用焦耳一楞次定律表示如下：

式中。——熱量，單位焦耳(J);

I一一通過導體的電流，單位安培(A)；

R——導體電阻，一單位歐姆(C)；

/——導體通過電流的時間，單位秒(S)

焦耳一楞次定律的物理意義是：電流通過導體所產生的熱量，與電流強度的平方、導體

的電阻及通電時間成正比。

在生產和生活中，應用電流熱效應制作各種電氣。如白熾燈、電烙鐵、電烤箱、熔斷器

等在工廠中最為常見；電吹風、電褥子等常用于家庭中。但是電流的熱效應也有其不利的一

面，如電流的熱效應能使電路中不需要發熱的地方(如導線)發熱，導致絕緣材料老化，甚至

燒毀設備，導致火災，是一種不容忽視的潛在禍因。

例題2已知當一臺電烤箱的電阻絲流過5A電流時，每分鐘可放出1.2X106J的熱量,

求這臺電烤箱的電功率及電阻絲工作時的電阻值。

解：

根據公式(1-4),電烤箱的電功率為：

電阻絲工作時電阻值為：

§1—2電路

一、電路的組成和作用

電流所流過的路徑稱為電路。它是由電源、負載、開關和連接導線等4個基本部分組成

的，如圖1—3所示。電源是把非電能轉換成電能并向外提供電能的裝置。常見的電源有干

電池、蓄電池和發電機等。負載是電路中用電器的總稱，它將電能轉換成其他形式的能。如

電燈把電能轉換成光能；電烙鐵把電能轉換成熱能；電動機把電能轉換成機械能。開關屬于

控制電器，用于控制電路的接通或斷開。連接導線將電源和負載連接起來，擔負著電能的傳

圖1-3電路的組成圖1-4電路圖

1-電源2-導線3-燈泡

4-開關

輸和分配的任務。電路電流方向是由電源正極經負載流到電源負極，在電源內部，電流

由負極流向正極，形成一個閉合道路。

二、電路圖

在設計、安裝或維修各種實際電路時，經常要畫出表示電路連接情況的圖。如果是畫如

圖1—3所示的實物連接圖，雖然直觀，但很麻煩。所以很少畫實物圖，而是畫電路圖。所

謂電路圖就是用國家統一規定的符號，來表示電路連接情況的圖。表1—2是幾種常用的電

工符號。圖1—4是圖1—3的電路圖。

表1一2幾種常用的電工符號

名稱符號名稱符號

電池電流表_0-

導線—電壓表

—

開關熔斷器——

電阻―IZO—電容

照明燈接地

三、電路的三種狀態

電路有三種狀態：即通路、開路、短路。

通路是指電路處處接通。通路也稱為閉合電路，

簡稱閉路。只有在通路的情況下，電路才有正常的工

作電流開路是電路中某處斷開，沒有形成通路的電路。

開路也稱為斷路，此時

電路中沒有電流；短路是指電源或負載兩端被導

線連接在一起，分別稱為電源短路或負載短路。電源

短路時電源提供的電流要比通路時提供的電流大很多

倍，通常是有害的，也是非常危險的，所以一般不允,圖1-5一段電阻電路

許電源短路。

§1-3歐姆定律

一、一段電阻電路的歐姆定律

所謂一段電阻電路是指不包括電源在內的外電路，如圖1—5所示。實驗證明，一段電

阻電路歐姆定律的內容是，流過導體的電流強度與這段導體兩端的電壓成正比；與這殷導體

的電阻成反比。其數學表達式為：

式中/——導體中的電流，（A）；

U---導體兩端的電壓，（V）；

R——導體的電阻，（。）。

在公式（1—7）中，已知其中兩個量，就可以求出第三個未知量；公式（1一7）又可寫成另

外兩種形式：

1.已知電流、電阻，求電壓：

2.已知電壓、電流，求電阻：

例題3一臺直流電動機勵磁繞組在220V電壓作用下，通過繞組的電流為0.427A,求

繞組的電阻。

解：

已知電壓U=220V,電流I=Q427A,由公式（1—9）得：

二、全電路歐姆定律

全電路是指含有電源的閉合電路。全電路是由各段電路連接成的閉合電路。如圖1一6

所示，電路包括電源內部電路和電源外部電路，電源內部電路簡稱內電路，電源外部電路簡

稱外電路。在全電路中，電源電動勢石、電源內電阻廠、外電路電阻R和電路電流/之商的

關系為：

式中/——電路中的電流，（A）；

E——電源電動勢，（V）;

R——外電路電阻，（Q）；

圖1-6簡單的全電路

r----內電路電阻，（Q）。

公式（1一10）是全電路歐姆定律。定律說明電路中的電流強度與電源電動勢（E）成正比，

與整個電路的電阻（R+r）成反比。

將公式（1一10）變換后得到：

式中U——外電路電壓；

Ir----內電路電壓。

外電路電壓是指電路接通時電源兩端的電壓，又叫做路端電壓，簡稱端電壓。這樣，公

式（1一11）的含義又可敘述為：電源電動勢在數值上等于閉合回路的各部分電壓之和。根據

全電路歐姆定律研究全電路處于三種狀態時，全電路中電壓與電流的關系是：

I.當全電路處于通路狀態時，由公式（1一11）可以得出端電壓為：

由公式可知，隨著電流的增大，外電路電壓也隨之減小。電源內阻越大，外電路電壓減

小得越多。在直流負載時需要恒定電壓供電，所以總是希望電源內阻越小越好。

2.當全電路處于斷路狀態時，相當于外電路電阻值趨于無窮大，此時電路電流為零，

開路內電路電阻電壓為零，外電路電壓等于電源電動勢。

3.當全電路處于短路狀態時，外電路電阻值趨近于零，此時電路電流叫短路電流。由

于電源內阻很小，所以短路電流很大。短路時外電路電壓為零，內電路電阻電壓等于電源電

動勢。

全電路處于三種狀態時，電路中電壓與電流的關系見表1—3。

表1—3電路中電壓與電流的關系

電路狀態負載電阻電路電流外電路電壓

通路R二常數EU=E-Ir

1=------

R+r

開路Rf8/=0U=E

短路RTOEU=0

/=—

r

通常電源電動勢和內阻在短時間內基本不變，且電源內阻又非常小，所以可近似認為電

源的端電壓等于電源電動勢。今后不特別指出電源內阻時，就表示其阻值很小忽略不計。但

對于電池來說，其內阻隨電池使用時間延長而增大。如果電池內阻增大到一定值時，電池的

電動勢就不能使負載正常工作了。如舊電池開路時兩端的電壓并不低，但裝在收音機里，卻

不能使收音機發聲，這是由于電池內阻增大所致。

例題4如圖1—6所示的電路。電源電動勢￡>24V,電源內阻負載電阻R=20

求電路中的電流，電源的端電壓，負載電壓和電源內阻電壓。

解：

根據公式（1—10）,電路中的電流：

由公式（1—11）,電路中電源的端電壓：

根據公式（1—8）,電路中的負載電壓：

根據公式（1—8）,電路中電源內阻的電壓：

§1-4電阻的串聯、并聯電路

一、電阻的串聯電路

在一段電路上，將幾個電阻的首尾依次相連所構成的一個沒有分支的電路，叫做電阻的

串聯電路。如圖l-7a所示是電阻的串聯電路。圖l-7b是圖l-7a的等效電路。電阻的串

聯電路有以下特點：

I.串聯電路中流過各個電阻的電流都相等，即：

2.串聯電路兩端的總電壓等于各個電阻兩端的電壓之和，即:

圖1-7電阻的串聯電路及等效電路

a）電阻的串聯電路b）等效電路

U=Uy+U2+-+Un

3.串聯電路的總電阻（即等效電阻）等于各串聯的電阻之和，即：

R=R+R2+…+&

根據歐姆定律得出，4=陽，U2=IR2,…，U=/R可以得出：

U.U2=???--U

U~R2~R

或者

此公式表明，在串聯電路中，龜阻的阻值越大，這個電阻所分配到的電壓越大；反之，

電壓越小，即電阻上的電壓分配與電阻的阻值成正比。這個理論是電阻串聯電路中最重要的

結論，用途極其廣泛。比如，用串聯電阻的辦法來擴大電壓表的量程：

在如圖I—7a所示的，電路中，將冗=坊+&代人公式（1—14）式中

這兩個公式可以直接計算出每個電阻從總電壓中分得的電壓值，習慣上就把這兩個式子

叫做分壓公式。

電阻串聯的應用極為廣泛。例如：

(1)用幾個電阻串聯來獲得阻值較大的電阻。

(2)用串聯電阻組成分壓器，使用同一電源獲得兒種不同的電壓。如圖1—8所示，由

R1?R4組成串聯電路，使月同一電源，輸出4種不同數值的電壓。

(3)當負載的額定電壓(標準工作電壓值)低于電源電壓時，采用電阻與負載串聯的方法，

使電源的部分電壓分配到串聯電阻上，以滿足負載正確的使用電壓值。例如，一個指示燈額

定電壓6V,電阻6C,若將它接在12V電源上，必須串聯一個阻值為6c的電阻，指示燈

才能正常工作。

(4)用電阻串聯的方法來限制調節電路中的電流。在電工測量中普遍用串聯電阻法來擴

大電壓表的量程。

二、電阻的并聯電路

將兩個或兩個以上的電阻兩端分別接在電路中相同的兩個節點之間，這種連接方式叫做

電阻的并聯電路。如圖1—9a所示是電阻的并聯電路，圖1—9b是圖1—9a的等效電路。

電阻的并聯電路有如下特點：

1.并聯電路中各個支路兩端的電壓相等，即：

u=ui+u2+-+un

2.并聯電路中總的電流等于各支路中的電流之和，即：

/=/]+，2+,,?+/”

3.并聯電路的總電阻(即等效電阻)的倒數等于各并聯電阻的倒數之和，即：

1111

—='+''■??+

R&R?&

若是兩個電阻并聯，根據公式1-18可求并聯后的總電阻為：

根據公式(1-16)及歐姆定律可以得出：

公式(1-20)表明，在并聯電路中，電阻的阻值越大，這個電阻所分配到的電流越小，

反之越大，即電阻上的電流分配與電阻的阻值成反比。這個結論是電阻并聯電路特點的重要

推論，用途極為廣泛，比如，用并聯電阻的辦法，擴大電流表的量程。

電阻并聯的應用，同電阻串聯的應用一樣，也很廣泛。例如:

(1)因為電阻并聯的總電阻小于并聯電路中的任意一個電阻，因此，可以用電阻并聯的

方法來獲得阻值較小的

電阻。

(2)由于并聯電阻各

個支路兩端電壓相等，

因此，工作電壓相同的

負載，如電動機、電燈

圖1-9電阻的并聯電路及等效電路

a)電阻的并聯電路b)等效電路

等都是并聯使用，任何一個負載的工作狀態既不受其他負載的影響，也不影響其他負載。在

并聯電路中，負載個數增加，電路的總電阻減小，電流增大，負載從電源取用的電能多，負

載變重：負載數目減少，電路的總電阻增大，電流減小，負載從電源取用的量能少，負載變

輕。因此，人們可以根據工作需要啟動或停止并聯使用的負載。

（3）在電工測量中應用電阻并聯方法組成分流器來擴大電流表的量程。

§1-5電工測量基本知識

自然界中的物理量，都可以使用特定的工具來進行測量。測量各種電量的儀器儀表，統

稱為電工測量儀表。電工測量儀表種類繁多，最常見的是測量基本電量的儀表。

電工儀表依據測量方法、儀表結構、儀表用途來分，有很多種。概括來說，電工儀表用

來測量電路中的電流、電壓、電功率、電功、功率因數、電量的頻率｛電阻、絕緣狀況等物

理量。由此就有用各種被測物理量冠名的儀表，如電流表、電壓表等。其中一些電量要在后

續課程中介紹。本書簡單介紹電工應用中最常用的儀表一一萬用表。萬用表是一種便攜式儀

表。由于其能夠測量交流、直流電壓或電流參數：以及電路中的電阻等：被稱為萬用表。根

據萬用表內部結構、工作原理的不同，可以把萬用表分為：機械指針式萬用表（簡稱機械表）

籠和電子數顯式萬用表（簡稱電子表）兩類。本節重點介紹機械表。

一、萬用表的外形及基本組成

如圖1-10所示，是機械指針式萬用表的外形。

操作萬用表的主要部分有三個：擋位撥盤、表筆、讀數表頭。萬用表除了這幾部分外，

最主要的是表內電路和表頭機電基本體模塊部分。萬用表的表殼部分承擔著各部分的保護與

承載的責任。由于萬用表是一種移動測量儀表，容易受到磕碰摔砸的損害，所以應注意防護：

1.擋位撥盤

如圖i—ii所示，用于選擇測量哪種物理量，一般萬用表都至少設有如下四個擋位，每

個擋位又分為幾個不同量限或不同倍率的擋位：

交流電壓擋：測量交流電壓，如圖1—11所示，又分為10V,50V,250V,500V,1

000V五個子擋位。

直流電壓擋：測量直流電壓，如圖1—11所示，又分為0.25V,2.5V,10V,50V,

250V,500V六個子擋位。

直流電流擋：用于測量直流電流值，如圖1—11所示，又分為1mA,10mA,100mA,

1000mA四個子擋位。

電阻擋：用于測量電器阻值，如圖1一11所示，又分為XI,X10,X100,XIk四個

子擋位。

電壓、電流的每個擋位的數值表示的是量限（或量程），待測的物理量值應小于該值。在

選擇擋位時，要選擇一個擋位量限大于被測量值,并且與被測量值最接近的一個量限的擋位。

比如，要測一個直流電壓，估計其值約為I90V,則應選擇直流250V擋位。此時擋位值250

V大于被測量190V,且250V擋位比500V,1000V兩個擋位更接近被測量值。這樣選擇

既能保證萬用表的安全，又能保證測量精度。

機械表電阻擋的幾個擋位表示幾個不同的倍率。由于機械表的表頭指針在整個刻度的

20%?80%之間，讀數比較準確，尤其是電阻擋位對應的表頭刻度的非均勻性，在這個范圍

內更利于讀取數值，所以，利用電阻擋的倍率選擇，可以使表頭指針落在該范圍內。電子表

電阻擋位的標示數值與電流、電壓的數值一樣，表示量限，不是倍率。電子表的擋位選擇方

法與電流、電壓擋位一樣。

2.表頭

如圖1—12所示為萬用表表頭。

機械表頭有若干條刻度線：刻度線1是電阻值讀取線，指針指向最右端，指示值為0;

指針指向最左端，指示值為8。注意被測電阻的實際阻值是指示值與所選擋位的倍率的乘積。

比如，在RXlk擋，當從刻度線上讀取35時，如圖1-13所示，電阻的測量阻值為35X1

kC=35kQ；刻度線2是均勻刻度線，用于

讀取電壓、電流的指示值。被測對象的測量值也經常需要從讀取值換算而得到。比如使

用直流電壓500V擋，按50刻度線讀數，如果讀取值為43,如圖1一14所示，則被測電

壓的測量值為43X(500+50)=430V；如果按250刻度線讀數，見刻度線，讀數應為215,則

被測電壓的測量值為215X(500+250)=430V,即從同二類的刻度線讀數，經過換算，得到

的測量值是一樣的。機械表頭經常還有其他一些刻度線，請參照有關書籍。

電子表頭的讀數比較簡單，可直接讀數，然后冠以所選擋位的單位，即是被測對象的測

量值。比如使用電流20mA擋，讀數值為15.5,則測量值為15.5mA。

3.表筆

萬用表的兩表筆一般使用紅黑兩種顏色，紅表筆一般插在標有“十”的插孔內，黑表筆

一般插在標有“一”的插孔內。測量電壓時，紅、黑表筆分別接在高、低電位端；測量電流

時，紅、黑表筆分別接在電流的流入端和流出端。否則表針會反向打針，對萬用表不利。

二、萬用表的使用步驟

1.確認萬用表的狀態，保證各部分的功能正常可靠。

2.明確要測量的物理量。一般包括交流電壓、直流電壓、直流電流和電阻器阻傅。

3.選擇合適的擋位，如前所述。

4.適當接人被測對象。測量電壓時，直接將紅、黑表筆并接在被測元件的高、低電位

兩端或電路中的高、低電位點上。測量電流時，須斷開被測電路，將紅、黑表筆接八電路的

電流流出、流入端，使電流經紅表筆流入表內，從黑表筆流出時測量電阻器阻值時，電阻器

須脫離電路，然后將表筆兩端接在電阻器兩端測量即可。

5.獲取測量值。讀取刻度值，并進行必要的換算及冠以單位，如前所述。

6.測量值的分析。對測得值要進行確認，是否合理，是否具備科學性。

三、萬用表的使用注意事項

1.萬用表是便攜式儀表，本身精度不高，可能有5%以內的誤差。

2.測量電阻時，首先要進行電阻值調零，方法是將表筆短接，使用萬用表面板上的調

零鈕進行調整。

3.注意檢查萬用表內的電池，當電量不足時，會影響電阻的測量。

4.萬用表最容易發生的損壞是，當萬用表處在電流擋時，測量電壓，此時極易永久性

損壞內部電路及表頭。避免的辦法是，每次用完萬用表，都將擋位置于交流電壓最高擋(一

般為1000V)。

習題

1.電流是用來表示的物理量，常用的單位是。

2.電阻是用來表示的物理量，常用的單位是。

3.電壓是用來表示的物理量，常用的單位是o

4.分別用公式來表示下面各組量之間的關系：

(1)電量、電流、時間

(2)電流、電壓、電阻

(3)電功、電功率、時間

5.電流通過導體的發熱現象叫,發熱的多少與的平方成正比，與

電阻的阻值成,與時間成正比，這個關系寫成公式是o

6.導體中電流的方向規定是的方向。電流方向與電子流方向°

7.簡單描述電路各組成部分的作用。

8.畫圖表示電路的3種狀態。

9.銀格電爐絲的電阻率是1.1X10*C-m,爐絲截面積0.6mn?。如果將電爐接在220

V的電源上，使爐絲通過3A的電流，應選用多長的電爐絲

10.有兩只燈泡，一只110V110W,另一只110V60W,試問哪只燈泡的電阻大若將

兩只燈泡串聯接在220V的線路中，是否可以正常使用，通電后有什么現象。

11.有3個電阻0=5C,R2=3C,R3=2C,串聯后接在12V的電源上，求電路

中的電流，各電阻上的電壓。

12.有兩只220v的燈泡，一只15W,另一只25W,并聯接在220V電源上。求電路的等

效電阻、總電流和各燈泡流過的電流。

13.有60W,40W,20W三只220v的燈泡，要接在220v電源上E常使用，應采取哪種

連接方式畫出電路圖。

14.將兩只220V60W的燈泡串聯接入220V電路中，每只燈泡實際消耗的電功率是多

少燈泡的壽命有何變化這種情況是否可以應用到實際生活中(舉例說明)

15.簡單敘述電工技術中廣泛使用銅材料的原因。

16.列舉幾項節電方法。

17.萬用表一般有________和__________兩種類型，一般萬用表可用來測量

、和三種物理量。

18.萬用表最容易發生的永久損壞是當萬用表處于________擋位時，被用來測量

19.用萬用表測量電阻時，要先對萬用表進行________操作。

20.使用萬用表測量交、直流電壓、電流。

第二章電磁的基本知識

本章學習要點：

1.熟悉磁的特性及磁的表示方法，熟悉磁通、磁感應強度、

磁導率的概念以及鐵磁材料的特點。

2.熟悉電生磁、-磁生電及磁對電流的力的作用的三個現象,

了解三個現象方向判定關系，定性掌握磁場對電流的力的作用規

律。

3。熟悉自感、互感現象，了解典型應用和避害知識。

人們的生活因為有了電而便捷、精彩、時尚。人們總愛假想“如果有一天，這個世界突

然沒了電……”，可是，如果這個世界沒有了磁，會怎樣呢

實際上電與磁有著密不可分的關系。正因為有了這個關系，我們才有了電、電燈、電視、

電話、計算機、電動機……，同時一也因為這個關系，導致了我們的電氣壽命的短暫，突發

故障的不約而至。你想知道這是什么原因嗎

§2-1磁的基本知識

一、磁現象

早在2000多年前，我們的祖先就發現了磁鐵礦石具有吸引鐵的性質。人們把物體能夠

吸引鐵、鉆、銀及其合金的性質稱為磁性，把具有磁性的物體叫做磁體。磁體上磁性最強的

位置稱為磁極，磁體有兩個磁極：即南極和北極，通常用字母S表示南極（常涂紅色），用字

母N表示北極（常涂綠色或白色）。條形、蹄形、針形磁鐵的磁極位于它們的兩端。值得注意

的是任何一個磁體的磁極總是成對出現的。若把一個條形磁鐵分割成若干段，則每段都會同

時出現南極、北極。這叫做磁極的不可分割性。磁極與磁極之間存在的相互作用力稱為磁力：

其作用規律是同性磁極相斥，異性磁極相吸。一根沒有磁性的鐵棒，在其他磁鐵的作用下獲

得磁性的過程叫磁化。如果把磁鐵拿走，鐵棒仍有的磁性則稱為剩磁。

二、磁場、磁感應線

磁體周圍存在磁力作用的空間稱為磁場。我們經常看見兩個互不接觸的磁體之間具有相

互作用力，它們是通過磁場這一特殊物質進行傳遞的。磁場之所以是一種特殊物質，是因為

它不是由分子和原子等粒子組成的。雖然磁場是一種看不見、摸不著的特殊物質，但通過實

驗可以證明它的存在。例如，在一塊玻璃板上均勻地撒些鐵粉，在玻璃板下面放置一個條形

磁鐵。鐵粉在磁場的作用下排列成規則線條，如圖2—1所示。這些線條都是從磁鐵的。N

極到S極的光滑曲線，如圖2—1b所示。我們把這些曲線稱為磁感應線，用它能形象描述

磁場的性質。

圖2-1磁感應線的發布情況

a)磁感應線均勻發布b)磁感應線從噥到S極

實驗證明磁感應線具有下列特點：

1.磁感應線是閉合曲線

在磁體外部，磁感應線從N極出發，然后回到S極，在磁體內部，是從S極到N極，這

叫做磁感應線的不可中斷性，如圖2—2所示。

2.磁感應線互不相交

這是因為磁場中任何一點磁場方向只有一個。

3.磁感應線的疏密程度與磁場強弱有關。

磁感應線稠密表示磁場強，?磁感應線稀疏表示磁場弱。

三、磁通、磁感應強度

為了描述磁場在上定面積上的分布情況而引入了磁

通這一物理量。

在磁場中，把通過與磁場方向垂直的某一面積的磁

感應線的總數目，叫做通過該面積的磁通，用字母中表

示。磁通的單位是韋伯“簡稱韋，用Wb表示。

磁感應強度是用來表示磁場中各點磁場強弱和方向

的物理量，用字母B表示。

垂直通過單位面積的磁感應線的數目叫做該點的磁

感應強度。它既有大小，又有方向。在磁場中某點磁感

應強度的方向,就是位干該點磁針北極所指的方向，它的大小在均勻磁場中可表示為：

式中8——磁感應強度(T)；

①磁通(Wb)；

S一—垂直于磁感應線方向通過磁感應線的面積(n?)。

公式(2—1)說明磁感應強度的大小等于單位面積的磁通。如果通過單位面積的磁通越

多，則磁感應線越密，磁場也越強，反之磁場越弱。

磁感應強度的單位是韋/米2,稱為特斯拉，簡稱特，用字母T表示。

四、磁導率

實驗證明，鐵、鉆、銀及其合金對磁場影響強烈，具有明顯的導磁作用。但是自然界絕

大多數物質對磁場影響甚微，導磁作用很差。為了衡量各種物質導磁的性能，引入磁導率這

一物理量，用字母〃表示。磁導率的單位為亨利/米(H/m)。不同物質有不同的磁導率。在其

他條件相同的情況下，某些物質的磁導率比真空中的強，另一些物質的磁導率比真空中的弱。

經實驗測得真空的磁導率為%=44x10-7H/m,且是常數。

為了便于比較各種物質的導磁性能，把各種性質的磁導率與真空中的磁導率進行比較,

引人相對磁導率這一物理量。任何一種物質的磁導率與真空的磁導率的比值叫做相對磁導

率，用以表示。即：

相對磁導率沒有單位，只是說明在其他條件相同的情況下，物質的磁導率是真空磁導率

的多少倍。

根據各種物質的磁導率的大小，可將物質分成三類。

vl的物質叫做反磁物質，如銅、銀等；

的物質叫做順磁物質，如空氣、鋁等;

Pr?l的物質叫做鐵磁物質，如鐵、鉆、銀及其合金等。

由于鐵磁物質的相對磁導率很高，所以鐵磁物質被廣泛地應用于電工技術方面（如制作

變壓器、電磁鐵。電動機的鐵心等）。

表2—1中列出了兒種鐵磁物質的相對磁導率，供參考。

表2-1幾種鐵磁物質的相對磁導率

鐵磁物質名稱相對磁導率〃，

鉆174

銀1120

退火的鐵7()0()

軟鋼2180

硅鋼片7500

銀鐵合金60000

坡莫合金115000

§2-2電流的磁場

一、通電直導線的磁場

磁鐵周圍有磁場，通電直導線的周圍也有磁場。例如，

一根直導線垂直穿過水平放置的紙板，在紙板上均勻地撒些

鐵粉。當直導線通電時，鐵粉以導線為中心形成許多同心圓，

如圖2-3所示：鐵粉的分布情況表示磁感應線分布情況。

若直導線中電流消失，則紙板上的鐵粉又呈均勻分布。從而

證明了“動電生磁”，即磁場是伴隨電流而存在的，而電流

永遠被磁場所包圍。經實驗證明，磁場方向與電流方向有關。

若直導線垂直紙面，電流向著讀者而來，則磁場方向是逆時

針方向；若直導線上的電流是離開讀者而丟，則磁場方向為

圖2-3通電直導線

的磁場

順時針方向，如圖2—4a

所示：為了討論問題方便起見；規定用符號，"區分別表示電流或磁感應線垂

直進人和流出紙面的方向。

圖2-4直導線周圍的磁場方向

a）通電直導線周圍磁場與關系b）右手螺旋定則

通電直導線周圍磁場方向與導線中的電流方向之間的關系可用安培定則（又稱右手螺旋

定則）進行判定。其具體內容是：右手拇指指向電流方向，貼在導線上，其余四指彎曲握住

直導線，則彎曲四指的方向就是磁感應線的環繞方向；如圖2—4b所示。

實驗證明，通電直導線四周的磁感應線距直導線越近，磁感應線越密，磁感應強度越大,

反之，磁感應線越疏k磁感應強度越小。導線中通過電流越大，靠近直導線的磁感應線越密

集，磁感應強度越大；反之，導線中通過電流越小，靠近直導線的磁感應線越稀疏，磁感應

強度越小。

二、通電螺線管的磁場

已經知道通電直導線周圍有磁場存在。若將通電直導線繞成多匝螺線管后，在它的周圍

還有磁場存在嗎為證實這個問題。將磁針放在螺線管附近科當螺線管不通電時，磁針沒有偏

轉。當通電時，磁針發生偏轉。這就說明通電螺線管周圍有磁場存在。對于一個確定的螺線

管，磁場的強弱與螺線管中所通過的電流大小成正比。

通電螺線管磁場方向，與螺線管中通過的電流方向的關系，用右手螺旋定則進行判定，

如圖2—5所示。

右手螺旋定則的內容是：用右手握住螺線管，讓彎曲的四指所指的方向與螺線管中流過

的電流方向一-致，則拇指所指的那一端就是螺線管的N極。由圖2—5可知，通電螺線管的

磁場與條形磁鐵的磁場相似。因此，一個通電螺線管相當于一塊條形磁鐵。

總之，凡是通電的導線，在其周圍必定會產生磁場，從而說明電流與磁場之間有著不可

圖2-5右手螺旋定則

分割的聯系。電流產生磁場的這種現象叫做電流的磁效應。

—想一想：如果將一個鐵磁性材料插入到線圈中，對線圈的

磁場有什么影響這一點會有什冬應用

三、磁場對載流直導線的作用

通過前面學習已經知道，兩塊磁鐵之間有力的作用一截流直導線周圍也存在磁場，若將

其放入磁場中，兩者之間也會產生力，現在用如圖2—6所示的實驗來證實這一問題。

在圖2—6a中，U形磁鐵中水平放置一根直導線，它與磁感應線垂直。當導線上沒有電

流通過時，導線在磁場里靜止不動。當導線上有電流通過，且背離讀者而去，則導線因受磁

場作用而向左運動。若改變導線中的電流方向(見圖2—6b),即電流方向指向讀者，則導線

圖2-6磁場對截流導線的作用

a)導線上的電流方向背離讀者b)導線上的電流指向讀者

受磁場作用向右運動。上述實驗說明載流直導線在磁場的作用下而產生運動。在磁極固定時,

運動方向與電流方向有關；若導線中電流方向不變，只改變磁極方向，則導線的運動方向也

發生改變。電動機就是利用載流導線在磁場中產生運動的原理制成的。

載流直導線在磁場作用下產生運動，而運動是在力的作用下產生的。載流直導線在磁場

中所受到的力稱為電磁作用力，簡稱電磁力，用字母F表示。電磁力既有大小，也有方向。

電磁力方向(即導線運動方向)、電流方向和磁場方向三者相互垂直。因為電磁力的方向

與磁場方向及電流方向有關。所以，用左手定則(又稱電動機定則)來判定蘭者之間的關系。

左手定則的內容是：伸平左手，使大拇指與其

余四指垂直，手心對著N極，讓磁感應線垂直穿過

手心，四指的指向代表電流方向，則大拇指所示的

方向就季磁場對載流直導線的作用力方向，如圖2

—7所示。

實驗證明，在勻強磁場中，當載流直導線與磁

場方向垂直時，磁場對載流直導線作用力的大小，

與導線所處的磁感應強度、通過直導線的電流以及

導線在磁場中的長度的乘積成正比。即：

式中8-----磁感應強度(Wb/m2)；

I——直導線中通過的電流(A)；

L一一直導線在磁場中的長度(m)；

F——直導線受到的電場力(N)。

四、磁場對通電線圈的作用

由于磁場對通電導線有作用力，因此，磁場對通電線圈

也有力的作用。在均勻磁場中放置一個矩形通電線圈abed,

如圖2—8所示。

當線圈平面與磁感應線平行時，因為ab和de邊與磁感

圖2-8磁場對通電

線圈的作用

應線平行，不受磁場作用，沒有電磁力，ad和be邊與磁感應線

垂直，受磁場作用而有電磁力。根據左手定則，ad邊的受力方向是垂直向上，而be邊

的受力方向是垂直向下。因為，ad=be,根據公式（2—3）,可知，ad和be邊所受的電磁力大

小相等。由于這一對電磁力大小相等，方向相反，所以構成一對力偶。故線圈在力偶的作用

下，圍繞軸線。。，做順時針旋