电工技术自学宝典：电与磁的基础知识

电工技术自学宝典：电与磁的基础知识

1.1　电与磁

1.1.1　电的特性

如图1-1所示，电有同性相斥、异性相吸的特性。

图1-1　电的特性
划重点

1. 当使用带正电的玻璃棒靠近带正电的软木球时会相互排斥。
2. 当使用带负电的橡胶棒靠近带正电的软木球时会相互吸引。
   多说两句！
   当一个物体与另一个物体相互摩擦时，其中一个物体会失去电子而带正电荷，另一个物体会得到电子而带负电荷。这里所说的电是静电。带电物体所带电荷的数量被称为电量，用Q表示。电量的单位是库仑。1库仑相当于6.24146×1018个电子所带的电量。
   电可分为直流电和交流电。
   电流是单位时间内通过导体横截面的电量，用符号I或i（t）表示。
   图1-2为电流的基本概念和相关知识。
   
   图1-2　电流的基本概念和相关知识
   划重点
3. 电流方向与电子的移动方向相反。
4. 电流是由自由电子的定向移动形成的。电流的方向为正电荷的移动方向。
   图1-3为电压的基本概念和相关知识。
   
   图1-3　电压的基本概念和相关知识
5. 电压是单位正电荷受电场力的作用从A点移动到B点所做的功。
6. 电压的方向为高电位指向低电位。
   一般电池、蓄电池等可产生直流电，即电流的大小和方向不随时间变化，记为DC或dc，如图1-4所示。
   
   图1-4　直流电的特性
7. 在直流电路中，直流电压的大小及方向都不随时间变化，用大写字母U表示。
8. 在直流电路中，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。
   图1-5为交流电的特性。交流电流的大小和方向随时间的变化而变化，用AC或ac表示。
   
   图1-5　交流电的特性
   划重点
   在交流电路中，交流电流的大小和方向（正、负极性）随时间的变化而变化，用字母i（t）表示。
   交流电压的大小和方向随时间的变化而变化，用u（t）表示。

1.1.2　磁的特性

任何物质都具有磁性，只是有的物质磁性强，有的物质磁性弱；任何空间都存在磁场，只是有的空间磁场强度强，有的空间磁场强度弱。
图1-6为磁的特性。

图1-6　磁的特性

1. 磁场具有方向性，可将自由转动的小磁针放在磁场中的某一点，小磁针N极所指的方向即为该点的磁场方向，也可使用指南针确定磁场的方向。
2. 磁力线是为了理解方便而假想的，即从磁体的N极出发经过空间到磁体的S极，在磁体内部从S极又回到N极，形成一个封闭的环。磁力线的方向就是磁体N极所指的方向。

1.1.3　电磁感应

电流与磁场可以通过某种方式互换，即电流感应出磁场或磁场感应出电流。

1. 电流感应出磁场
   电流感应出磁场的示意图如图1-7所示。
   
   图1-7　电流感应出磁场的示意图
   划重点
2. 如果一条直的金属导线通过电流，那么在导线周围的空间将产生圆形磁场。导线中流过的电流越大，产生的磁场就越强。
3. 通电的螺线管也会产生出磁场。在螺线管外部的磁场形状和一块条形磁铁产生的磁场形状是相同的，判别磁场的方向也遵循右手定则。
   图1-8为右手定则示意图。
   
   图1-8　右手定则示意图
4. 直的金属导线：用右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致，那么弯曲的四指所指的方向就是磁力线的环绕方向。
   图1-8　右手定则示意图（续）
   划重点
5. 螺线管：让右手弯曲的四指和环形电流的方向一致，那么伸直的大拇指所指的方向就是环形电流中心轴线上磁力线（磁场）的方向。
6. 磁场感应出电流
   磁场感应出电流的示意图如图1-9所示。
   
   图1-9　磁场感应出电流的示意图
   图1-10为电磁感应实验。当闭合回路中一部分导体在磁场中做切割磁力线运动时，回路中就有电流产生；当穿过闭合线圈的磁通发生变化时，线圈中有电流产生。这种由磁产生电的现象，称为电磁感应现象。
7. 把一个螺线管两端接上检测电流的检流计，在螺线管内部放置一根磁铁。
8. 当把磁铁很快地抽出螺线管时，可以看到检流计指针发生了偏转，而且磁铁抽出的速度越快，检流计指针的偏转程度越大。
9. 同样，如果把磁铁插入螺线管，则检流计也会偏转，但是偏转的方向与抽出时相反，检流计指针偏摆表明线圈内有电流。
   
   图1-10　电磁感应实验
   划重点
10. 一部分导体在磁场里做切割磁力线的运动，在导体中可产生感应电流。
11. 拖动永磁体，或将永磁体插入线圈，或从线圈中拔出，线圈中的电流大小会发生变化。
    图1-11为感应电流方向的判断方法。
    图1-11　感应电流方向的判断方法
    感应电流的方向与导体切割磁力线的运动方向和磁场方向有关，即当闭合回路中一部分导体做切割磁力线运动时，所产生的感应电流方向可用右手定则来判断。
    
    伸开右手，使拇指与四指垂直，并都跟手掌在一个平面内，让磁力线穿入手掌，拇指指向导体运动方向，四指所指的方向即为感应电流的方向。