一、電流
(一)電流的形成
1、電流:
電荷有規則的定向運動形成電流。用I、i表示。
瞭解電流的實質,就要從物質內部結構進行分折:
任何物質都是由分子組成,分子是由原子組成,而原子又是由帶正電原子核和帶負電的電子組成。
在常態下,原子核所帶的正電荷數等於電子所帶的負電荷數,物質呈中性。
在金屬導體中存在較多脫離原子核吸引力的自由電子,它們相互碰撞,處於無定向無規則運動,所以也不顯電性。
例如,13號元素鋁的原子結構。電子分層排列(2,8,3)
當人們給一定外加條件時,如導體兩端加一個電場(即按上電源),則導體內自由電子受到電場力的作用,正電場吸引電子,負電場排拆電子,所以導體內自由電子就向著正電場方向移動。
2、電場力:
帶電導體的周圍存在著電場,電場對處在場內的電荷有力的作用。在金屬導體中,電子在外電場的作用下有規則的運動形成電流。
3、電流強度:
電流的大小取決於在一定時間內通過導體橫截面的電荷量的多少,在單位時間內通過導體橫截面的電荷量越多,表示通過該導體的電流越強,反之較弱,所以電流大小用電流強度來衡量。
為方便起見,人們把電流強度簡稱電流。
4、電流密度:
在實際工作中,經常需要選擇導體(線)的粗細即截面積,這就需要用到電流密度這一概念。
當電流在導體的橫截面上均勻分佈時,該電流與導體橫截面的比值,就稱為電流密度。
電流密度與導體橫截面不呈線性關係。因為導體的截面積選用必須考慮諸多綜合因素,如環境、敷設方式、敷設長度。耐熱、散熱要重點考慮。
一般電流密度選擇:負載電流越大,電流密度相對越小。
如:橫截面2.5mm2的BVR塑料多股線的電流密度可選為7A/mm2,一般情況下:2.5mm2BVR最大可通過17.5A電流,可配用3.8kW的單相用電設備。
又如:現需要安裝一路供電線路,此線路計算總負荷電流為125A,選配電纜前應先根據實際情況確定電流密度,通常100A以上電路選用電纜的電流密度,每平方毫米不大於2A,即J=2A/mm2,那麼,
(二)電流的方向
1、電流的方向——正電荷移動的方向為電流方向。
不同的導電物質中,形成電流的運動電荷,可以是正電荷,也可以是負電荷。甚至兩者都有。為統一起見規定:正電荷定向移動的方向為電流方向。
按照這個規定,在電源外部,電流的方向是從電源的正極流向負極。
在金屬導體中,電子運動的方向與電流方向相反。
2、電流方向的表示:
例:如圖所示電路,求出Iao的大小和方向。
解:先設定Iao的方向,如圖所示
根據基爾霍夫節點電流定律:
Iao+Ibo=Ioc
Iao=Ioc-Ibo 將已知數代入
Iao=3-4=-1A
得數為負值,實際電流方向為Ioa。
(三)電流的單位
電流的國際單位為安培,簡稱為安,用A表示。
常用的電流單位:千安(kA)、毫安(mA)、微安(μA)。
kA、A、mA、μA依次為千進位,即:
1kA=103A=106mA=109μA
(四)電流的種類
電流的種類即電流的性質,通常分直流電、交流電兩種。
二、電阻
電阻是反映物體對電流起阻礙作用大小的一個物理量。
電阻這一物理量可衡量物體的導電能力,物體電阻小導電能力就強,反之就弱。
電阻用字母R、r表示。
電阻的單位:歐姆,簡稱歐,用字母Ω表示。
物體的電阻是客觀存在的,不隨電壓的高低而變化。
實驗證明:
物體的電阻跟物體長度成正比,跟物體截面積成反比,並與物體的材料(電阻率)和溫度有關,可用以下公式表達
1、電阻率ρ:
是與物體材料性質有關的物理量,稱為電阻係數或電阻率。它是指長度1米,橫截面1平方毫米的某種材料的物體在20℃時的電阻值。單位:Ω·m。
不同的材料其電阻率也不同,下表列出幾種常用金屬的電阻率。
表1-1 常用金屬材料的電阻率及電阻溫度係數
材料名稱
20℃時的電阻 率/ Ω·m
電阻溫度係數/℃-1
銀
1.6×10-8
0.00361
銅
1.72×10-8
0.0041
金
2.2×10-8
0.00365
鋁
2.9×10-8
0.00423
鉬
4.77×10-8
0.00478
鎢
5.3×10-8
0.005
鐵
9.78×10-8
0.00625
康銅(銅54%,鎳46%)
50×10-8
0.00004
2、溫度係數α:
表中溫度係數α,說明電阻率與溫度有關,實驗證明,物體的溫度變化,電阻也隨之變化,一般導體溫度升高後,導體的電阻值隨之增大,相對導電能力下降。(注:導體碳相反)
我們把溫度升高1℃時,電阻所產生的變動值與原電阻值的比值,稱為電阻溫度係數,用α表示,單位1/℃
一般金屬材料電阻溫度係數很小,但溫度很高時,電阻變化顯著,不可忽視。
在實際工作中,我們不但用電阻去衡量物體的導電能力,我們還將具有一定阻值物質製作成實體元件,稱為電阻器。
電阻元件主要參數:電阻值、功率、允許偏差等。
電阻器的作用:在直流電路中,常用於分壓、分流、阻抗匹配等;交流電路中,電阻器常用於限流。
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