作者：俞艳
出版社：人民邮电出版社有限公司
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电工基础(第3版)试读：
前言
本书根据教育部新颁布的中等职业学校“电工基础”教学大纲，同时参考有关行业的职业技能鉴定规范及中级技术工人等级考核标准编写。本书主要供中等职业学校机电类、电类专业“电工基础”课程使用，也可作为岗位培训教材。
第3版是在前一版的基础上，根据中等职业教育的培养目标，坚持“以满足学生（读者）多元发展需要为宗旨，以企业需求为依据，以职业实践为主线，以核心技能培养为本位”，贴近中职教学实际，努力体现“思路新颖，体系完整，注重基础，突出应用”的特点。
思路新颖——本书按“学为主体、理实一体、做学合一”的编写思路，以提高学生全面素质为基础，培养学生能力为重点，突出能力本位的职业教育思想，理论联系实际，以满足实际应用需求。紧扣大纲，体现学以致用的原则，应用性强。在行文中力求语句简练，通俗易懂，图文并茂，使之更具直观性。在编撰的体系结构上，采用模块结构，使学生在学习过程中更能体现连贯性、针对性和选择性。在方法上，注重学生兴趣，灵活多变，融知识、技能于兴趣之中。本书借助于现代信息技术，配套了数字课程资源，在相关的知识和技能点、本章小结和思考与练习旁插入了二维码标志，读者可以通过网络观看相关视频和资料，更好地理解和掌握知识与技能。本书满足经济社会发展和科技更新的时代需求，贴近中等职业学校学生的学情实际。
体系完整——本书从职业岗位群对人才的需求出发，紧扣大纲，努力适应现代电气电子工程技术的发展，将强电、弱电知识合为一体，分为必学与选学（打*号）内容，加大弹性，增加教材的灵活性，以适应不同专业、不同地区、不同学校、不同学制的教学需要。必学内容为教学大纲规定的各专业都应共同学习的“电工基础”中最基本、最重要的内容。选学内容为非共同性基本内容，供不同专业、不同学校根据实际需要选择。
注重基础——“电工基础”是中等职业学校机电类、电类专业的一门技术基础课程，它是学习后续课程必备的基础知识，是机电类、电类专业考工的必考内容。为使中职学生的能力结构能适应社会多方面的需求，体现“宽基础”的职教特色，本书注重“四基”，即基本知识、基本技能、基本能力和基本态度，为学生进一步接受高等职业教育以及面对社会就业所需要的生存能力、实践能力和创造能力打下良好的基础。
突出应用——中等职业教育旨在培养生产、技术、管理和服务第一线的中初级专门人才，其特点突出体现在应用性、实践性上。本着知识内容“必需够用”的原则，充分考虑学生的认知水平和已有的知识、技能、经验和兴趣，降低理论教学的难度，简化以学科知识体系为背景的知识要点的陈述，强化知识的应用性、可操作性。以应用为主线，体现基本理论在工作现场的具体指导与应用，加强电工基本理论与技术革新的沟通，突出与现实生活和职业岗位的联系，引导教与学向生产技术与生产岗位的实际需求方向靠拢，将电路基础知识的学习、基本技能的训练与生活生产的实际应用相结合，通过理实一体教学实践，让学生学有所乐、学有所用、学有所得。
本书建议教学总学时为126～144学时，各学校可根据教学实际灵活安排。各部分内容学时分配参见下表。
本书由杭州市萧山区第一中等职业学校俞艳任主编，杭州市中策职业学校金国砥、鲁晓阳和天津协盛科技股份有限公司刘轶超任副主编，汪衍伟、赵红琴、金邓勋、吴晴华、汤芳丽、鲍洪霖参编。在本书的编写过程中，得到了杭州市萧山区第一中等职业学校、杭州市中策职业学校、杭州市千岛湖中等职业学校、温州市职业中等专业学校领导和老师的大力支持，在此表示真挚感谢！
由于编者水平有限，书中难免存在不足之处，恳请广大读者批评指正。编者2017第1章 电路的基本知识
电对于今天的人们非常重要，不仅工农业生产、交通运输、文教卫生等方面离不开电，而且人们日常生活中用的电灯、手机、电视机……哪样都少不了电。很难想象，如果没有电，生活会是怎样？所以，同学们即将从事的“电”的工作，是多么的重要！
现在，一起走进神奇的“电”的世界，学习电路的基本知识吧。知识目标
·理解电流、电位、电压、电动势、电阻、电能、电功率等基本电量。
·知道常用电阻器的类型，熟悉常用电阻器的型号，会识别电阻器的主要参数。
·掌握欧姆定律、焦耳定律和最大功率输出定理等基本定律（定理）。技能目标
·能比较电位与电压、电压与电动势、电能与电功率，具有计算电路基本电量的能力。
·会应用电阻定律、欧姆定律、焦耳定律和最大功率输出定理，分析和解决生产、生活中的实际问题。
·会使用仪表测量电流、电压、电阻、电能等基本电量。1.1 电路学习目标
·认识电路组成的基本要素，知道电路的工作状态。
·会识读简单的电路图。
人们的生活已经离不开“电”了。现实生活中，电灯为大家带来光明，电视机让大家认识外面的世界……大家还可以列举很多的电路吧。这些电路类型多种多样，结构形式也各不相同。那么，一个完整的电路包括哪几个部分？如何来分析电路呢？1.1.1 电路的基本组成
电路是电流流过的路径。一个完整的电路通常至少要由电源、负载、连接导线、控制和保护装置4部分组成。图1.1所示为由干电池、小灯泡、导线和开关组成的简单电路。1.电源
图1.1所示电路中，干电池是电路的电源。电源是供给电能的装置，它把其他形式的能转换成电能。图1.2所示为生活中常见的干电池与蓄电池，它们把化学能转换成电能。图1.3所示为举世闻名的三峡水电站，水电站的发电机把机械能转换成电能；光电池把太阳的光能转换成电能等。图1.1 简单电路图1.2 干电池与蓄电池图1.3 三峡水电站2.负载
图1.1所示电路中，小灯泡是电路的负载。负载也称用电设备或用电器，是应用电能的装置，它把电能转换成其他形式的能量。如图1.4所示，电灯把电能转换成光能，电动机把电能转换成机械能，电热水壶把电能转换成热能等。图1.4 常见的负载3.导线
导线把电源和负载连接成闭合回路，输送和分配电能。常用的导线是铜线和铝线，如图1.5所示。4.控制和保护装置
图1.1所示电路中，开关是电路的控制装置。为了使电路安全可靠地工作，电路通常还装有开关、熔断器等器件，对电路起控制和保护作用。常见的控制和保护装置有开关、低压断路器（空气开关）和熔断器等，如图1.6所示图1.5 常见的导线图1.6 常见的控制和保护装置应用
太阳能电池是把光能直接转换成电能的一种半导体器件，如图1.7所示。太阳能发电安全可靠，无噪声，无污染；能量随处可得，无需消耗燃料；无机械转动部件，维护简便，使用寿命长；建设周期短，规模大小随意；可以无人值守，也无需架设输电线路，还可方便与建筑物相结合，是常规发电和其他发电方式所不及的。图1.7 太阳能电池
自从1954年第一个光电池问世以来，人们发现硅、锗、砷化镓等半导体材料都可以用来制造太阳能电池，而其中硅光电池应用最为广泛。它最早被用作人造地球卫星的电源。现在，某些助听器、手表、半导体收音机、无人灯塔、灯光浮标、无人气象站、无线电中继站等设施的电源，都已使用了硅光电池。随着新材料的不断开发和相关技术的发展，以其他材料为基础的太阳能电池也越来越显示出诱人的前景。1.1.2 电路图
图1.1（a）所示为简单电路的实物图，它虽然直观，但画起来很复杂，不便于分析和研究电路。在工程上，为了便于分析和研究电路，则用统一规定的符号来表示电路，称为电路图，如图1.1（b）所示。电路图是用来说明电气设备之间连接方式的图。电路图中部分常用的图形符号见表1.1。表1.1 电路图中部分常用的图形符号1.1.3 电路的工作状态
电路的工作状态有通路、开路和短路3种。1.通路
通路是指正常工作状态下的闭合电路。此时，开关闭合，电路中有电流通过，负载能正常工作。如正常发光的灯泡、转动的电动机，都处于通路状态。2.开路
开路，又称断路，是指电源与负载之间未接成闭合电路，即电路中有一处或多处是断开的。此时，电路中没有电流通过。当开关处于断开状态时，电路开路是正常状态；但当开关处于闭合状态时，电路仍然开路，就属于故障状态，需要维修电工检修。3.短路
短路是指电源不经负载直接被导线相连。此时，电源提供的电流比正常通路时的电流大许多倍，严重时，会烧毁电源和短路内的电气设备。因此，电路不允许无故短路，特别不允许电源短路。电路短路的常用保护装置是熔断器。应用图1.8 螺旋式熔断器
熔断器，俗称保险丝，是低压供配电系统和控制系统中最常用的安全保护电器，主要用于短路保护，有时也可用于过载保护。其主体是用低熔点金属丝或金属薄片制成的熔体，串联在被保护电路中。它根据电流的热效应原理，在正常情况下，熔体相当于一根导线；当电路短路或过载时，电流很大，熔体因过热而熔化，从而切断电路起到保护作用。图1.8所示为工厂中常见的螺旋式熔断器。1.2 电流学习目标
·说出电流的概念，写出电流的公式。
·说出电流的方向，区分电流的参考方向和实际方向。1.2.1 产生电流的条件
如图1.9所示，有两个带电体A、B，A带正电，B带负电。如果用一段金属导线将这两个带电体连接起来，它们之间会产生什么情形呢？
两个带电体A、B之间将形成电流。因为金属导线中存在着许多自由电子，自由电子是带负电荷的。因此，一方面带正电的带电体A吸引导体中的自由电子；另一方面带负电的带电体B则排斥导体中的自由电子。这样一吸一推，导体中的自由电子就由带负电体B一端流向带正电体A一端。靠近带负电体B一端导体中失去的自由电子则由带负电体B中的电子源源不断地补充。导体中的电子流就这样一直维持到带电体A、B的正负电荷互相完全抵消（中和）为止。这种自由电子的定向移动形成的电子流就称为电流。图1.9 两个带不同电荷的带电体连接
因此，要形成电流，首先要有可以移动的电荷——自由电子。金属导体中就有能移动的自由电子。同时，要获得持续的电流，导体两端必须保持一定的电位差（电压），才能持续不断地推动自由电子朝同一个方向移动。电流形成示意图提示
想想水流形成的条件吧。要形成水流，首先要有水（能自由移动的水分子），其次还必须保持一定的水位差（水压）。1.2.2 电流
电流的本质是自由电子的流动。电流的流动如同水在水泵作用下在水管里流动。水在水管中流动，流量有多有少；同样，电流在导体中流动，也有多有少。衡量电流大小或强弱的物理量称为电流强度，简称电流。电流物理量定义
电流的大小等于通过导体横截面的电荷量与通过这些电荷量所用的时间的比值。用公式表示为
式中：I——电流，单位是安培（A）；
q——通过导体横截面的电荷量，单位是库仑（C）；
t——通过电荷量所用的时间，单位是秒（s）。
在国际单位制中，电流的单位是安培，简称安，符号是A。如果在1s内通过导体横截面的电荷量是1C，导体中的电流就是1A。电流的常用单位还有毫安（mA）和微安（μA），它们之间的关系为361A=10mA=10μA技巧
常用单位如（mA）一般由数量级（m）和基本单位（A）组成。−−63电工中常用的数量级除了毫（m，10）、微（μ，10）外，还有皮−1236（p，10）、千（k，10）、兆（M，10）。单位换算其实就是数量级间的换算。
电流的方向习惯上规定为正电荷定向移动的方向，与电子流的方向正好相反。因此，在金属导体中，电流的方向与电子定向移动的方向相反。
一段电路中电流的方向是客观存在的，是确定的。但在具体分析电路时，有时很难判断出电流的真实方向。为了计算方便，常常事先假设一个电流方向，称为参考方向，用箭头在电路图中标明。如果电流计算的结果为正值，那么电流的真实方向与参考方向一致；如果电流计算的结果为负值，则电流的真实方向与参考方向相反。提示
在实际计算中，若不设定电流的参考方向，电流的正负号是无意义的。因此，分析电路时，一定要先假设参考方向。
电流虽然既有大小又有方向，但它只是一个标量，电流方向只表明电荷的定向移动方向。电流的方向不随时间变化的电流称为直流电流。电流的大小和方向都不随时间变化的电流称为稳恒电流，如图1.10（a）所示。电流的大小随时间变化，但方向不随时间变化的电流称为脉动电流，如图1.10（b）所示。直流电的文字符号用字母“DC”表示，图形符号用“—”表示。在实际应用中，若不特别强调，一般所说的直流电流是指稳恒电流。如果电流的大小和方向都随时间周期性变化，这样的电流称为交流电流，如图1.10（c）所示。交流电的文字符号用字母“AC”表示，图形符号用“～”表示。电流参考方向图1.10 直流电流、脉动电流和交流电流【例1.1】某导体在0.5min的时间内通过导体横截面的电荷量是120C，求导体中的电流是多少？【分析】t=0.5min=30s。
解：由电流公式可得科学家小传
安培（1775—1836年），法国物理学家。
安培最主要的成就是对电磁作用的研究：发现了安培定则、电流的相互作用规律，发明了电流计，提出了分子电流假说，总结了安培定律。1827年安培将他的研究综合为《电动力学现象的数学理论》，成为电磁学史上一部重要的经典论著。安培被誉为“电学中的牛顿”，为了纪念他在电磁学上的杰出贡献，电流的单位就是以他的姓氏命名的。1.3 电压与电位学习目标
·说出电压、电位的概念，写出电压、电位的公式。
·会比较电压与电位。1.3.1 电压
俗话说：“水往低处流”。水总是从水位高的地方流向水位低的地方。如图1.11所示，如果高处的水槽A装满了水，水流自然流向了低处的水槽B。在这个过程中，水会做功。图1.11 水往低处流
电与水类似，如图1.12所示，如果带正电体A和带负电体B之间存在一定的电位差（电压），只要用导线连接带电体A、B，就会有电流流动，电流也会做功，即电荷在电场中受到电场力的作用而做功。电压就是衡量电场力做功能力大小的物理量。图1.12 电流从高电位流向低电位提示
电场是存在于电荷周围的一种特殊的物质。电场对任何处在其中的电荷或带电体作用着一种力，即电场力。
A、B两点间的电压U在数值上等于电场力把电荷由A点移到BAB点所做的功W与被移动电荷的电荷量q的比值。用公式表示为AB
式中：U—A、B两点间的电压，单位是伏特（V）；AB
W——电场力将电荷由A点移到B点所做的功，单位是焦耳AB（J）；
q——由A点移到B点的电荷量，单位是库仑（C）。
在国际单位制中，电压的单位是伏特，简称伏，符号是V。电压的常用单位还有千伏（kV）和毫伏（mV），它们之间的关系为31kV=10V31V=10mV电压的概念电压的表示方法和方向
规定电压的方向由高电位指向低电位，即电位降低的方向。因此，电压也常被称为电压降。电压的方向可以用高电位指向低电位的箭头表示，也可以用高电位标“+”，低电位标“−”来表示，如图1.13所示。
电压有正负。如果U>0，说明A点电位比B点电位高；如果ABU=0，说明A点电位与B点电位相等；如果U<0，说明A点电位比ABABB点电位低。图1.13 电压方向的表示提示
与电流相似，在电路计算时，事前无法确定电压的真实方向，常事先选定参考方向。用“+”、−标在电路图中，如果电压计算的结果为正值，那么电压的真实方向与参考方向一致；如果电压计算的结果为负值，则电压的真实方向与参考方向相反。1.3.2 电位
电压就是两点间的电位差。在电路中，A、B两点间的电压等于A、B两点间的电位之差，即U=V−V （1-3）ABAB电位的概念
如同水路中的每一处都是有水位一样，电路中的每一点都是有电位的。讲水位首先要确定一个基准面（即参考面），讲电位也一样，要先确定一个基准，这个基准称为参考点，规定参考点的电位为零。原则上参考点是可以任意选定的，但习惯上通常选择大地为参考点。在实际电路中也选取公共点或机壳作为参考点，一个电路中只能选一个参考点。综合案例
电路如图1.14所示，已知：以O点为参考点，V=10V，V=5V，ABV=−5V。C（1）求U、U、U；ABBCAC（2）若以B点为参考点，求各点电位和电压U、U、U。ABBCAC
思路分析
求解本题的关键是要明确电压与电位的关系，即：U=VABA−V，V=U+V。BAABB图1.14 综合案例电路图
优化解答（1）U=V−V=10−5=5（V）ABAB
U=V−V=5−（−5）=10（V）BCBC
U=V−V=10−（−5）=15（V）ACAC（2）若以B点为参考点，则
V=0B
V=U=5VAAB
V=UCB=−U=−10（V）CBC
U=V−V=5−0=5（V）ABAB
U=V−V=0−（−10）=10（V）BCBC
U=V−V=5−（−10）=15（V）ACAC小结
电压和电位的单位都是伏特，但电压和电位是两个不同的概念。电压是电场中两点间的电位差，即U=V－V，它是不变值，与参ABAB考点的选择无关；而电位是电场中某点对参考点的电压，即V=U（B为参考点），它是相对值，与参考点的选择有关。AAB科学家小传
伏特（也称伏打）（1745—1827年），意大利物理学家。
伏特最伟大的成就是发明了伏特电堆（伏打电池）。电堆能产生连续的电流，它的强度的数量级比从静电起电机得到的电流大，由此开始了一场真正的科学革命。电压的单位伏特就是以他的姓氏命名的。1.4 电源与电源电动势学习目标
·认识常见电源。
·说出电动势的概念，写出电压、电位的公式。
·会比较电动势与电压。1.4.1 电源
图1.15所示为一个闭合的水路，水槽B处的水由水泵从低处送到高处的水槽A，再由水槽A从高处流向低处的水槽B。在这个水路中，如果水泵不工作，水路中就没有水流，也就是说水泵是这个水路的水源。图1.15 闭合水路示意图
电路也类似，图1.16所示为一个闭合的电路。当正电荷由干电池正极A经外电路移到负极B时，与负极B上的负电荷中和，使A、B两极板上聚集的正、负电荷数减少，两极板间电位差随之减小，电流随之减小，直至正、负电荷完全中和，电流中断。为保证电路中有持续不断的电流，就需要干电池把正电荷从负极B源源不断地移到正极A，保证A、B两极间电压不变，电路中才能有持续不断的电流，干电池是这个电路的电源。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]