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第一节 电工基础知识
一 、电荷的产生
构成一切物质的基础是原子，而原子是由原子核及围绕原子核旋转的电子组成的。原子 核带正电荷，环绕原子核旋转的电子带负电荷。所有电子的大小、质量和电荷都是完全一样 的。不同的化学元素，原子的结构也不同。如图1-1所示的几种原子结构。原子中存在原子 核所带正电和电子所带负电互相吸引的作用，所以电子环绕原子核运动而不从原子中飞出去。
铜原子
(a)
(b)
正负电相等 自由电子从 自由电子进入
的状态(中性) 原子中逃失的 原子的状态(原
状态(原子带正电) 子带负电)
(c)
图 1 - 1 电荷的产生
(a) 原子不同结构；(b) 自 由 电 子 ；(c) 电子运动状态。
完整的原子，原子核所带的正电荷，刚好等于它外围所有电子所带的负电荷，所以整个原 子就是一个不带电的、电性中和的粒子。应该注意的是，金属元素的原子中电子数目比较多， 它们分布在几层轨道上，如图1-1(a) 中的金属原子所示，那些靠近原子核轨道上的电子与原 子核的吸引力就比较强，所以不容易脱离原子核。但是最外层轨道上的电子，受核的吸引力比 较弱，就很容易脱离原子核的束缚，跑到轨道外面去，成为“自由电子”。这些自由电子在原子 间穿来穿去做着没有规则的运动，如图1-1(b) 所示。原子失去了最外层电子后，它的电中性
就被破坏了，这个原子就带正电，称为正离子。飞出轨道的电子也可能被另外的原子所吸收， 这个吸收了额外电子的原子就带负电，称为负离子，如图1-1(c) 所示。原来处于中性状态的 原子，由于失去电子或额外地获得电子变成带电离子的过程，叫做电离。
二 、电 压
众所周知，河水总是从高处流向低处。因此要形成水流，就必须使水流两端具有一定的水 位差，即水压，如图1-2(a) 所示。与此类似，在电路里，使金属导体中的自由电子做定向移动 形成电流的原因是导体的两端具有电压。电压是形成电流的必要条件之一。自然界物体带电 后就会带上一定的电压，一般情况下，物体所带正电荷越多电位越高，如果把两个电位不同的 带电体用导线连接起来，电位高的带电体中的正电荷便向电位低的那个带电体流去，于是导体
中便产生了电流。
(a) (b)
图1 - 2 电压
(a) 水 压 ；(b) 电池电压。
在电路中，任意两点之间的电位差，称为该两点间的电压。电压分直流电压和交流电压。 电池上的电压为直流电压，它是通过化学反应维持电能量的，电池电压电位差示意，如图1-2 (b) 所示。而交流电压是随时间周期变化的电压，发电厂的电压一般为交流电压，这种电压就 是我们常用的交流电。
所谓电压是指两点之间的电压，它是以认定的某一点作为参考点。所谓某点的电压，就是 指该点与参考点之间的电位差。一般来说，在电力工程中，规定以大地作为参考点，认为大地 的电位等于零。如果没有特点说明的话，所谓某点的电压，就是指该点与大地之间的电压。电 压用字母U 来表示，其单位是伏特，用符号“V” 来表示，大的单位可用千伏(kV) 表示，小的单 位可用毫伏(mV) 表示。它们之间的关系如下
1kV=1000V
1V=1000mV
我国规定标准电压有许多等级，安全电压为12V 、36V,民用市电单相电压220V, 低压三相 电压380V, 城乡高压配电电压10kV 和35kV, 输电电压110kV 和220kV, 还有长距离超高压输 电电压330kV 和500kV。
三、电流
在各种金属中都含有大量的自由电子，如果将金属导体和一个电源连接起来时，导体中的
自由电子(负电荷)就会受到电池负极的排斥和正极的吸引，使它们朝着电池正极运动，如 图 1 - 3(a) 所示。自由电子的这种有规则的运动，形成了金属导体中的电流。习惯上人们都 把正电荷移动的方向定为电流的方向，它与电子移动的方向相反。
热运动方向 电场力方向
(a)
(b) (c)
图1- 3 电流
(a)自由电子运动；(b)直流电流；(c)交流电流。
在现实中，通常要知道电路中电流的大小。电流的大小可以用每单位时间内通过导体任 一横截面的电荷量来计算，称为电流强度，简称电流。电流强度的单位是安培(A), 它是这样 规定的，1s 内通过导体横截面上的电荷量Q 为 1C(注：1C 相当于6.242×10⁸个电子所带的电
荷量),则电流强度就是1A,即
安培用符号“A” 表示。在实际工作中，还常常用到较小的单位，即毫安(mA) 和微安 (μA),它们的关系是
1A=1000mA
1mA=1000μA
大小和方向都不随时间变化的电流，称为直流电流，如图1-3(b) 所示；大小和方向均随 时间作周期性变化的电流，称为交流电流，如图1-3(c) 所示。在实际生活中，我们最常用交 流电。
四、电阻
自由电子在导体中沿一定方向流动时，不可避免地会受到阻力，这种阻力是自由电子与导 体中的原子发生碰撞而产生的。导体中这种阻碍电流通过的阻力叫电阻，电阻用符号R 或 r 表示。
电阻的基本单位是欧姆，用“Q”来表示。如果在电路两端所加的电压是1伏特(V), 流过 这段电路的电流是1安培(A), 那么这段电阻就定为1欧姆(Ω)。在日常应用中，如果电阻较 大，常常采用较大的单位——千欧(kΩ) 和兆欧(MΩ), 关系如下
1kΩ=10³Ω
1MQ=10⁶Ω
图1-4所示为各种电阻图形及符号。
碳膜电阻器 金属膜电阻器
2WIQD 熔断电阻器
碳质电阻器 热敏电阻器
水泥电阻器
线绕电阻器 电阻器的符号
图1-4 电阻
特体电阻的大小与制成物体的材料、几何尺寸和温度有关。一般导线的电阻可由以下公 式求得
式中：l 为导线长度(m);S 为导线的横截面积(mm²);p 为电阻系数，也叫电阻率，单位为 Ω·mm²/m。
电阻系数p 是电工计算中的一个重要物理常数，不同材料物体的电阻率各不相同。电阻 系数直接反映着各种材料导电性能的好坏。材料导电性能越好，它的电阻系数越小，反之也 是，常用导体材料的电阻系数见表1-1。