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图书分类

Book classification
  1. 本书城市轨道交通职业教育系列教材之一,全书共有12章内容。主要内容有交直流电路,磁与电磁,谐振与滤波电路,电路的过渡过程等。本书内容适应专业课对电工知识的要求,以需要够用为度,以突出概念的掌握及应用。本书具有很强的针对性与适用性,可作为高职高专驾驶、检修、供电等城轨专业的电工课教材,也可作为中等职业学校和职工岗位培训教材,还可作为相关工程技术人员的学习参考书。
  2. 本书是为顺应快速发展的铁路运输及城市轨道交通对高等职业教育的需要,并满足技能型人才的培养目标及专业课的要求而编写的。其内容的选取以必需和够用为原则,适当降低了理论深度,精简了内容,以突出概念的掌握及应用为内容编排的重点。同时,本书在叙述上力求通俗易懂,尽量符合学生的认知规律。
    本书可以作为高职高专院校机车、车辆、供电类专业的教材或参考书,建议学时为100个左右。
    本书第四、七、九、十二章由陈敏编写,第一、二、三章由徐亚辉编写,第五、六、十章由万玉编写,第八、十一、十三章由夏卫民编写,全书由陈敏统稿。在此仅向关心和支持本书编写的各方人士表示感谢,同时向参考文献的作者表示感谢。
    由于编者水平有限,书中难免会有不少疏漏之处,敬请读者提出宝贵意见,以便今后修订。


    编 者   
    2015年4月

     
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  1. 第一章  电路基础
    第一节  电路的基本物理量
    一、电流与电路
    1. 电  荷
    如果一个物体能吸引轻小物体,说明这个物体带有电荷,我们把这个物体称为带电体。摩擦、感应等,都可以使原本不带电的物体带电。得到电子的物体对外显负电性(带负电荷),失去电子的物体对外显正电性(带正电荷)。
    在自然界中存在两种电荷:正电荷和负电荷。
    电荷之间存在相互作用,相互作用的规律是:同种电荷互相排斥,异种电荷互相吸引。
    物体所带电荷数量的多少叫作电荷量,简称电量,用q或Q表示。电量的单位为库仑(C),简称库。一个电子所带电量的数值是1.602×10-19C。物体所带的电量总是一个电子所带电量的整数倍,因此,把1.602×10-19C作为基本电量,1C约等于6.24×1018个电子所带的电量。
    2. 电  流
    电荷有规则的运动称为电流。运动的电荷又称载流子。载流子是多种多样的,例如,金属导体中的自由电子、电解液中的离子等。
    电流的大小用电流强度来衡量。在单位时间内通过导体横截面的电量,称为电流强度(简称电流),用符号I或i(t)表示。讨论一般电流时可用符号i。
    设在t=t2-t1时间内,通过导体横截面的电荷量为q=q2-q1,则在t时间内的电流强度可用数学公式表示为
            (1.1.1)
    式中,t为很小的时间间隔,单位为秒(s);电量q的SI(国际单位制)单位为库仑(C);电流 (t)的SI单位为安培(A),简称安。
    例如,在1s内通过导体横截面的电量为1C,则导体中的电流强度就是1A。除安培外,常用的电流单位还有千安(kA)、毫安(mA)和微安(A)。各词头之间的换算关系如表1-1-1所示。
    表1-1-1  单位换算
    中文名称 吉 兆 千 百 十 个 分 厘 毫 丝 忽 微 纳 皮
    符  号 G M k h da — d c m dm cm  n p
    因  数 109 106 103 102 10 — 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8
    电路中电流的大小,可以用电流表(安培表)进行测量,如图1-1-1所示。测量时应注意以下几点:
    (1)对交、直流应分别使用交流电流表和直流电流表进行测量。
    (2)电流表必须串联在被测电路中。
    (3)直流电流表表壳接线柱上标明的“+”“-”记号,应和电路的极性相一致,不能接错,否则指针要反转,严重的甚至会损坏仪表。
    (4)应合理选择电流表的量程。如果量程选用不当,例如用电流表小量程去测量大电流,就会烧坏电流表;若用大量程电流表去测量小电流,会影响测量的准确度。在进行电流测量时,一般要先估计被测电流的大小,再选择电流表的量程。若无法估计,可先用电流表的最大量程挡测量,若指针偏转不到1/3刻度,再改用较小挡去测量,直到测得正确数值为止。
     
    图1-1-1  直流电流的测量
    电流的方向:在不同的导电物质中,形成电流的运动电荷可以是正电荷,也可以是负电荷,甚至两者都有。为统一起见,规定以正电荷移动的方向为电流的方向。按照这一规定可以知道,在金属导体中,电子移动方向与电流的方向相反;在酸、碱、盐溶液中,正离子移动方向就是电流的方向,而负离子移动方向与电流的方向相反。
    电流的参考方向:在分析或计算电路时,常常要求标出电流的方向。但当电路比较复杂时,某段电路中电流的实际方向往往难以确定,此时可先假定电流的参考方向(也称正方向),然后列方程求解。当解出的电流值为正值时,就认为电流实际方向与参考方向一致,如图1-1-2(a)所示。反之,当解出的电流值为负值时,就认为电流实际方向与参考方向相反,如图1-1-2(b)所示。
                      
    (a)I>0                       (b)I<0
    图1-1-2  电流的正负
    如果电流的大小及方向都不随时间变化,即在单位时间内通过导体横截面的电量相等,则称之为稳恒电流或恒定电流,简称为直流(Direct Current),记为DC或dc。直流电流要用大写字母I表示。
    I=        (1.1.2)
    直流电流I与时间t的关系在I-t坐标系中为一条与时间轴平行的直线,如图1-1-3(a)所示。
    方向不随时间变化,但大小随时间改变的直流电叫作脉动直流电,如图1-1-3(b)所示。
    如果电流的大小及方向均随时间变化,则称为交流电流。大小及方向均随时间按正弦规律作周期性变化的电流称为正弦交流电流,简称交流(Alternating Current),记为AC或ac,如图1-1-3(c)所示。交流电流的瞬时值要用小写字母i或i(t)表示。
                     
    (a)                       (b)                     (c)
    图1-1-3  稳恒直流电流、脉动电流与交流电流
    例1-1-1  某导体在5min内均匀通过的电荷量为4.5C,则导体中的电流是多少毫安?
    解:          
    3. 电流密度
    在实际工作中,有时要选择导线的粗细(横截面),这就涉及电流密度这一概念。
    电流密度是指,当电流在导体的截面上均匀分布时,该电流与导体横截面面积的比值,用字母J表示。其数学表达式为
            (1.1.3)
    式中,当电流用A作单位,横截面面积用mm2作单位时,电流密度的单位是A/mm2。
    选择合适的导线横截面面积就是使导线的电流密度在允许的范围内,保证用电安全。导线允许的电流密度随导体横截面面积的不同而不同。例如,1 mm2、2.5 mm2铜导线的J取6 A/mm2,而120 mm2铜导线的J取2.3 A/mm2。当导线中通过的电流超过允许值时,导线将过热,甚至着火引发事故。
    例1-1-2  某照明电路需要通过21 A的电流,应采用多粗的铜导线?(设J=6 A/mm2)
    解:因为     
    所以     
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  1. 第一章  电路基础 1
    第一节  电路的基本物理量 1
    第二节  电阻和欧姆定律 10
    第三节  电功和电功率 16
    第四节  电路中电位的计算及电路的简化 19
    本章小结 22
    第二章  直流电路 23
    第一节  电阻的串联、并联与混联 23
    第二节  电压源与电流源 31
    第三节  基尔霍夫定律 37
    第四节  支路电流法 40
    第五节  叠加定理 42
    第六节  戴维南定理 45
    第七节  节点电压法 47
    第八节  Y形与△形电阻网络 53
    本章小结 58
    第三章  电容器 60
    第一节  电容器与电容 60
    第二节  电容器的连接 65
    第三节  电容器的充放电和电场能量 69
    本章小结 73
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  2. 0

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