内容简介
电工电路广泛应用于电力系统、家用电器、轨道交通、照明设备等方面。《秒懂电工电路》旨在帮助初学者理解电工电路的基础知识,逐步掌握直流电路、交流电路的工作原理及其在日常生活中的应用。
《秒懂电工电路》共分为9章,内容涵盖直流电路与交流电路的基本原理、电气测量、音频信号、电力系统、电能在动力与化学等领域的应用,以及电力与碳中和。借助大量插图,讲解电工电路的基本原理和实际应用,如铁路系统中的电力应用、热泵的节能原理、燃料电池的工作原理、光伏发电的机制等。
目录
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第1章 电路基础知识
第1讲 电流的方向:从正极到负极? 002
第2讲 推动电流的“压力”—电压 004
第3讲 电流通路与阻碍:导体与绝缘体 006
第4讲 电路分析的基础—欧姆定律 010
专栏1 留下单位命名的科学巨匠(之一) 013
第5讲 电的作用与消耗:功率与电能 014
第6讲 两种电流形式:直流与交流 016
第7讲 电与磁的亲密关系 018
第2章 直流电路入门
第8讲 串联与并联,谁增谁减? 024
第9讲 电路的动力源:电压源与电流源 026
第10讲 复杂电路分析—回路方程 028
第11讲 大规模电路分析—节点方程 032
第12讲 电路分析技巧:电压源?电流源 036
第13讲 电路分析技巧:叠加定理 040
第3章 交流电路入门
第14讲 交流电呈正弦波 044
专栏2 三角函数 046
第15讲 理解交流波形:瞬时值与有效值 047
第16讲 阻碍电流的电感器,储存电荷的电容器 051
专栏3 虚数与复数的计算方法 055
第17讲 交流电压转换—变压器 056
专栏4 磁场与磁通密度的关系 058
第18讲 向量表示—极坐标与复数 059
第19讲 交流功率的基本概念 063
专栏5 瞬态现象 067
第4章 三相交流电路入门
第20讲 交流输电主力—三相交流 070
第21讲 星形接法与三角形接法 072
第22讲 记住3:三相交流电压、电流、功率 074
第23讲 三相交流的优势 076
专栏6 三相不平衡电路的分析方法 078
第5章 认识电的本质—电气测量
第24讲 捕捉电的“形”:电气测量与误差 080
第25讲 模拟仪表的结构与种类 084
第26讲 畸变波测量注意事项 088
第27讲 电费计量—电能测量方法 090
第28讲 电阻测量方法:因对象而异 092
第29讲 高压大电流测量—仪用互感器 096
第6章 作为信息的电—音频信号
第30讲 用分贝表示声音的强度 100
第31讲 电与声的桥梁:麦克风与扬声器 103
第32讲 滤波电路知多少 106
第33讲 滤波电路应用:LC谐振电路 110
第34讲 音频信号处理:运算放大器 113
第35讲 音频信号传输:调幅与调频 116
第36讲 二进制、数字信号、数/模转换 118
第7章 电气工程的核心—电力系统
第37讲 电流大战:直流与交流 124
第38讲 动脉与毛细血管:输电线与配电线 126
第39讲 中性点接地方式与接地故障特性 130
专栏7 留下单位命名的科学巨匠(之二) 133
第40讲 跨电压等级计算:标幺值法 134
第41讲 电力系统保护机制 138
第42讲 电力品质的关键—频率 142
第43讲 交流输电线的输电容量限制 146
专栏8 功率-相位角*线*的推导 148
第44讲 电力品质的关键—电压 149
第45讲 弥补交流输电短板——高压直流输电 153
专栏9 高次谐波 157
第8章 动力、化学等领域的电力应用
第46讲 电能与动能的关系 160
第47讲 发电:将其他能量转化为电能 162
第48讲 电动机的种类与特征 166
第49讲 铁路系统中的电力应用 170
第50讲 节能的**—热泵 174
第51讲 电化学的原理与应用 176
第52讲 感应加热与微波加热 179
第53讲 照明器具 182
专栏10 照明亮度指标 186
第54讲 生活离不开电:家电与信息设备 187
第9章 电力与碳中和
第55讲 电力拯救地球:碳中和与电气化 190
第56讲 电力助力脱碳—可再生能源 192
第57讲 蓄电池:太阳能与风力发电的靠山 196
第58讲 火电脱碳路径探索 198
专栏11 燃料电池的工作原理 201
第59讲 虚拟电厂、智能社区、直流供电 202
试读
第1章电路基础知识
电路是指电流流动的路径,呈闭合回路。在第1章中,我们将学习“路径”本身以及在该路径上流动的“电流”的基本知识。如果在后续章节中遇到困难,请随时回顾本章内容!
第1讲电流的方向:从正极到负极?
一般认为,电流是从正极流向负极的。电流的本质是带电粒子一电荷的定向移动。
然而,随着19世纪末物理学和电学研究的深入,科学家发现,电流实际上是负电荷(电子)从负极流向正极而形成的。这意味着,早期在尚未完全理解电的本质时,人们定义的电流方向与电子流方向相反。
尽管如此,考虑到“正电荷从正极流向负极”与“负电荷从负极流向正极”在电路分析中的数学等效性,传统电流方向的定义并未更改,并沿用至今。这种约定俗成的定义被称为“常规电流方向”,而实际的电子流动方向被称为“电子流方向”。
在电路中流动的负电荷主要来源于构成物质的原子中的电子。电荷量以库仑(C)为单位。一个电子所带的电荷量约为-1.602x10-19C。因此,大约6.24xl01s个电子的总电荷量为-1C。
电流的单位是安培(A)。Is内通过导体横截面的电荷量为1C时,电流为1A。
推动电流的“压力”——电压
要使电荷定向移动从而产生电流,需要施加电势差一电压。电压的大小以伏特(VI为单位,该单位源于1800年意大利科学家亚历山德罗?伏特(Alessandro Volta)发明的伏打电堆(voltaic pile)。
电压与电流的关系,可用水压与水流的关系来类比。水位差产生的水压驱动水流动,类似于电压推动电流。管道中的水流量对应电流的大小。管道的粗细、长度,以及堰坝、水闸等因素会影响水流量,这相当于第3讲所述的电阻。为维持水位差而将水抽至高处的泵,则相当于产生电压的电源。
从上图可展开诸多联想。*先,要增加管道中的水流量,只需抬高上游水槽以增大水位差,这相当于提高电压会增大电流。其次,若要保持水位差不变而增加流量,可拓宽管道(即减小阻力);管道分支时,总流量在分支前后保持不变;抽升的水通过各种管道*终全部回流至原水池(对应闭合回路);泵的能力决定了其抽水量和扬程的极限等。将这些管道类比直接应用于电路,可理解直至第?章的大部分内容。
电流通路与阻碍:导体与绝缘体
能让电流通过的物质被称为导体,无法导电的物质被称为绝缘体。导体为电荷提供可移动的路径,是电流流动的通路。
关于导体
金属是典型的导体。金属中存在可相对自由移动的“自由电子”,这些电子是传输电荷的主要载体。除了金属,石墨、氯化钠等也是导体。
导体存在电阻,电流通过时会受到类似摩擦的阻碍作用。在常用金属中,银的电阻率*低,但其成本高昂,电线通常采用铜。近年来,质量较小的铝在电线中的应用逐渐增多。