第1章
电工电路基础

1.1 电和磁

变化的电流可以产生变化的磁场，变化的磁场也可以产生变化的电流。下面将学习电和磁的基本概念及电和磁的关系。

1.1.1 电和磁的基本概念

1．电的基本概念

电具有同性相斥、异性相吸的特性，如图1-1所示，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；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。

资料与提示

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库仑约等于6.24×1018个电子所带的电量。

电根据种类和特性可分为直流电和交流电。直流电包括直流电流和直流电压；交流电包括交流电流和交流电压。

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。

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。电压的方向为高电位指向低电位，如图1-3所示。

资料与提示

常用的电流单位有微安（μA）、毫安（mA）、安（A）、千安（kA）等，换算关系为

1μA=10-6A 1mA=10-3A 1kA=103A

常用的电压单位有微伏（μV）、毫伏（mV）、千伏（kV）等，换算关系为

1μV=10-6V 1mV=10-3V 1kV=103V

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。

交流电的电流大小和方向随时间的变化而变化，用AC或ac表示，如图1-5所示。

2．磁的基本概念

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为磁的基本概念。

资料与提示

◇ 磁场

磁场是磁体周围存在的一种特殊物质。磁体之间的相互作用力是通过磁场传送的。在线圈、电动机、电磁铁和磁头的磁隙附近都存在磁场。

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。

◇ 磁极和磁性

磁铁能吸引铁、钴、镍等物质的性质叫磁性。具有磁性的物体叫磁体。磁体上磁性最强的部分叫磁极。两个磁极之间相互作用，同性磁极互相排斥，异性磁极互相吸引。当一个棒状磁体处于自由状态时，总是倾向于指向地球的南极或北极。指向北极的一端为N极。指向南极的一端为S极。

◇ 磁力线

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。

◇ 磁通量和磁通量密度

穿过磁场中某一个截面的磁力线条数叫做穿过这个截面的磁通量，用Φ表示，单位为韦伯。垂直穿过单位面积的磁力线条数叫做磁通量密度，用B表示，单位为特斯拉（T）。

◇ 磁导率

磁通量密度B与磁场强度H的比值叫磁导率，用μ表示（μ=B/H）。空气的磁导率μ=1。高磁导率的材料，如坡莫合金和铁氧体等材料的磁导率可达几千至几万，常用来制作磁头的磁芯。

◇ 磁场强度和磁感应强度

磁场强度和磁感应强度是表征磁场性质的两个物理量。由于磁场是由电流或运动电荷引起的，而磁介质（除超导体以外不存在磁绝缘的概念，故一切物质均为磁介质）在磁场中发生的磁化对源磁场也有影响。因此，磁场的强弱可以有两种表示方法。

在充满均匀磁介质的情况下，磁场的强弱用磁感应强度B表示，单位为特斯拉（T），是一个基本物理量；若是单独由电流或运动电荷所引起的磁场，则磁场的强弱用磁场强度H表示，单位为安培每米，是一个辅助物理量。

磁感应强度是一个矢量。它的方向即为该点的磁场方向。匀强磁场中各点磁感应强度的大小和方向均相同。用磁力线可以形象地描述磁感应强度B的大小，在B较大的地方，磁场较强，磁力线较密；在B较小的地方，磁场较弱，磁力线较稀。磁力线的切线方向即为该点磁感应强度B的方向。

1.1.2 电和磁的关系

1．电流感应磁场

电流感应磁场如图1-7所示。

资料与提示

图1-7中，如果在一根直的金属导线中通过电流，那么在金属导线周围将产生圆形磁场；通电螺线管周围的磁场形状与条形磁铁产生的磁场形状相同。

资料与提示

安培定则是表示电流和由电流激发磁力线方向之间关系的定则，也叫右手螺旋定则。

直线电流的安培定则：用右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向与电流的方向一致，则弯曲的四指所指的方向就是磁力线的环绕方向；环形电流的安培定则：让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致，则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的方向，如图1-8所示。

2．磁场感应电流

磁场也能感应电流，将螺线管的两端接上检流计，在螺线管内部放置一根磁铁，当将磁铁很快抽出时，可以看到检流计的指针发生了偏摆，抽出的速度越快，指针偏摆越大；同样，如果将磁铁插入螺线管，则指针也会偏摆，但偏摆方向与抽出时相反。检流计指针偏摆表明螺线管内有电流产生，如图1-9所示。

当闭合回路中的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，线圈中就有电流产生。这种由磁产生电的现象被称为电磁感应现象，产生的电流叫感应电流，如图1-10所示。

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，即当闭合回路中的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螺旋定则来判断：伸开右手，使拇指与四指垂直，并都与手掌在一个平面内，让磁力线穿入手掌，拇指指向导体的运动方向，四指所指即为感应电流的方向，如图1-11所示。