《电工学绪论.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电工学绪论.ppt（30页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、电工学电工学Electrotechnics 物理科学与技术学院物理科学与技术学院 谭兴文谭兴文 Email： Tel：13996027409绪论绪论一、电工学课程简介一、电工学课程简介二、电工电子技术的发展及应用二、电工电子技术的发展及应用三、教学安排三、教学安排四、基本要求四、基本要求一一、电工学电工学课程简介课程简介1、课程性质、课程性质 电工电子技术（电工学）研究电工技术和电子技术的理论及其应用的技术基础课程。电工电子技术：电工技术（上册）电子技术（下册）模拟电子技术 现代一切新的科学技术无不与电有着密切的关系。教育技术是文与理、技术与艺术兼容的综合性实践性非常强的学科，电工学就是为学生
2、今后的专业课程学习作好必要的知识储备与理工科思维能力的准备。二、电工技术的发展与应用1、古代发现 在中国，古人认为电的现象是阴气与阳气相激而生成的，说文解字有“电，阴阳激耀也，从雨从申”。字汇有“雷从回，电从申。阴阳以回薄而成雷，以申泄而为电”。在古籍论衡(Lun Heng，约公元一世纪，即东汉时期)一书中曾有关于静电的记载，当琥珀或玳瑁经摩擦后,便能吸引轻小物体，也记述了以丝绸摩擦起电的现象。韩非子中提到“司南”实际上就是指南针的原型，我国在11世纪就发明了指南针，直到12世纪才经阿拉伯人传入欧洲。西元前600年左右，希腊的哲学家泰利斯（Thales,640-546B.C.）就知道琥珀的摩擦
3、会吸引绒毛或木屑，这种现象称为静电(static electricITy)。而英文中的电（Electricity）在古希腊文的意思就是“琥珀”(amber)。希腊文的静电为(elektron)富兰克林（Benjamin Franklin,17061790）美国实业家、科学家、社会活动家、思想家、文学家和外交家。起草了美国独立宣言和宪法，美国的第一位驻外大使（法国）。18世纪时西方开始探索电的种种现象。富兰克林认为电是一种没有重量的流体，存在于所有物体中。当物体得到比正常份量多的电就称为带正电；若少于正常份量，就被称为带负电，所谓“放电”就是正电流向负电的过程，这个理论并不完全正确，但是正电、负
4、电两种名称则被保留下来。此时期有关“电”的观念是物质上的主张。古代发现 富兰克林又做了多次实验，进一步揭示了电的性质，并提出了电流这一术语。富兰克林对电学的另一重大贡献，就是通过1752年著名的风筝实验，“捕捉天电”，证明天空的闪电和地面上的电是一回事。他用金属丝把一个很大的风筝放到云层里去。金属丝的下端接了一段绳子，另在金属丝上还挂了一串钥匙。当时富兰克林一手拉住绳子，用另一手轻轻触及钥匙。于是他立即感到一阵猛烈的冲击（电击），同时还看到手指和钥匙之间产生了小火花。他的手被弹开了，这个实验表明：被雨水湿透了的风筝的金属线变成了导体，把空中闪电的电荷引到手指与钥匙之间。这在当时是一件轰动一时的
5、大事。一年后富兰克林制造出了世界上第一个避雷针。2、近代探索 （1）电流的探索 意大利的解剖学教授伽伐尼（17371798）电流现象的研究，对于人们深入研究电学和电磁现象有着重要的意义。最早开始电流研究的是伽伐尼。伽伐尼的发现源自于1780年的一次极为普通的闪电现象。闪电使伽伐尼解剖室内桌子上与钳子和镊子环连接触的一只青蛙腿发生痉挛现象。严谨的科学态度，使他没有放弃对这个“偶然”的奇怪现象的研究。他花费了整整12年的时间，研究象青蛙腿这种肌肉运动中的电气作用。最后，他发现如果使神经和肌肉同两种不同的金属（例如铜丝和铁丝）接触，青蛙腿就会发生痉挛。这种现象是在一种电流回路中产生的现象。但是，伽伐
6、尼对这种电流现象的产生原因仍然未能回答，他认为蛙腿的痉挛现象是“动物电”的表现，由金属丝构成的回路只是一个放电回路。伽伐尼的看法在当时的科学界中引起了巨大的反响，库仑（Charlse-Augustin de Coulomb 1736-1806）法国工程师、物理学家。1736年6月14 日生于法国昂古莱姆。1806年8月23日在巴黎逝世。1777年开始研究静电和磁力问题。当时法国科学院悬赏征求改良航海指南针中的磁针问题。库仑认为磁针支架在轴上，必然会带来摩擦，提出用细头发丝或丝线悬挂磁针。研究中发现线扭转时的扭力和针转过的角度成比例关系，从而可利用这种装置测出静电力和磁力的大小，这导致他发明扭秤
7、。他还根据丝线或金属细丝扭转时扭力和指针转过的角度成正比，因而确立了弹性扭转定律。他根据1779年对摩擦力进行分析，提出有关润滑剂的科学理论，于1781年发现了摩擦力与压力的关系，表述出摩擦定律、滚动定律和滑动定律。设计出水下作业法，类似现代的沉箱。17851789年，用扭秤测量静电力和磁力，导出著名的库仑定律。库仑定律使电磁学的研究从定性进入定量阶段，是电磁学史上一块重要的里程碑。（2）1785年，库仑确定电荷间的作用力乔治西蒙欧姆(Georg Simon Ohm，17891854)提出了经典电磁理论中著名的欧姆定律。为纪念其重要贡献，人们将其名字作为电阻单位。欧姆的名字也被用于其他物理及相
8、关技术内容中，比如“欧姆接触”、“欧姆杀菌”、“欧姆表”等。从1820年起，他开始研究电磁学。1826年，欧姆发现了电学上的一个重要定律欧姆定律，这是他最大的贡献。这个定律在我们今天看来很简单，然而它的发现过程却并非如一般人想象的那么简单。欧姆为此付出了十分艰巨的劳动。在那个年代，人们对电流强度、电压、电阻等概念都还不大清楚，特别是电阻的概念还没有，当然也就根本谈不上对它们进行精确测量了；况且欧姆本人在他的研究过程中，也几乎没有机会跟他那个时代的物理学家进行接触，他的这一发现是独立进行的。欧姆独创地运用库仑的方法制造了电流扭力秤，用来测量电流强度，引入和定义了电动势、电流强度和电阻的精确概念。
9、欧姆定律及其公式的发现，给电学的计算，带来了很大的方便。人们为纪念他，将电阻的单位定为欧姆（简称“欧”，符号为）。（3）欧姆定律的提出（1926）亚历山德罗朱塞佩安东尼奥安纳塔西欧伏特伯爵（Count Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta，1745年2月18日1827年3月5日）意大利物理学家，1799年，意大利科学家伏特以含食盐水的湿抹布，夹在银和锌的圆形板中间，堆积成圆柱状，制造出世界上最早的电池伏特电池。这是历史上的神奇发明之一。伏特发现导电体可以分为两大类，第一类是金属，它们接触时会产生电势差；第二类是液体(在现代语言中称为电解质)，它
10、们与浸在里面的金属之间没有很大的电差。而且第二类导体互相接触时也不会产生明显的电势差，第一类导体可依次排列起来，使其中第一种相对于后面的一种是正的，例如锌对铜是正的，在一个金属链中，一种金属和最后一种金属之间的电势差是一样的，仿佛其中不存在任何中间接触，而第一种金属和最后一种金属直接接触似的。伏特最后得到了一种思想，他把一些第一种导体和第二种导体连接得使每一个接触点上产生的电势差可以相加。他把这种装置称为“电堆“，因为它是由浸在酸溶液中的锌板、铜板和布片重复许多层而构成的。电堆能产生连续的电流，它的强度的数量级比从静电起电机能得到的电流大，因此开始了一场真正的科学革命。安德烈玛丽安培（Andr
11、-Marie Ampre，1775年1836年）法国化学家，在电磁作用方面的研究成就卓著，对数学和物理也有贡献。电流的国际单位安培即以其姓氏命名。安培最主要的成就是18201827年对电磁作用的研究。1820年7月，H.C.奥斯特发表关于电流磁效应的论文后，安培报告了他的实验结果：通电的线圈与磁铁相似；9月25日，他报告了两根载流导线存在相互影响，相同方向的平行电流彼此相吸，相反方向的平行电流彼此相斥；对两个线圈之间的吸引和排斥也作了讨论。通过一系列经典的和简单的实验，他认识到磁是由运动的电产生的。他用这一观点来说明地磁的成因和物质的磁性。他提出分子电流假说：电流从分子的一端流出，通过分子周围
12、空间由另一端注入；非磁化的分子的电流呈均匀对称分布，对外不显示磁性；当受外界磁体或电流影响时，对称性受到破坏，显示出宏观磁性，这时分子就被磁化了。安培在物理学方面的主要贡献是对电磁学中的基本原理有重要发现，如安培定律、安培定则和分子屯流等。1820年七月二十一日丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应。汉斯汉斯奥斯特奥斯特（HansØrsted，1777年8月14日1851年3月9日）丹麦物理学家、化学家。1820年4月，在一次讲演快结束的时候，奥斯特抱着试试看的 心情又作了一次实验。他把一条非常细的铂导线放在一根用玻璃罩罩着的小磁针上方，接通电源的瞬间，发现磁针跳动了一下。这一跳，
13、使有心的奥斯特喜出望外，竟激动得在讲台上摔了一跤。但是因为偏转角度很小，而且不很规则，这一跳并没有引起听众注意。他从实验总结出：电流的作用仅存在于载 流导线的周围；沿着螺纹方向垂直于导线；电流对磁针的作用可以穿过各种不同的介质；作用的强弱决定于介质，也决定于导线到磁针的距离和电流的强弱；铜和其 他一些材料做的针不受电流作用；通电的环形导体相当于一个磁针，具有两个磁极，等等。正式向学术界宣告发现了电流磁效应。（4 4）18311831年，法拉第发现电磁感应现象年，法拉第发现电磁感应现象迈克尔法拉第（Michael Faraday，公元1791-公元1867）1821年英国人法拉第完成了一项重大的
14、电发明。在这两年之前，奥斯特已发现如果电路中有电流通过，它附近的普通罗盘的磁针就会发生偏移。法拉第从中得到启发，认为假如磁铁固定，线圈就可能会运动。根据这种设想，他成功地发明了一种简单的装置。在装置内，只要有电流通过线路，线路就会绕着一块磁铁不停地转动。事实上法拉第发明的是第一台电动机，是第一台使用电流将物体运动的装置。虽然装置简陋，但它却是今天世界上使用的所有电动机的祖先。1831年，法拉第制出了世界上最早的第一台发电机。他发现第一块磁铁穿过一个闭合线路时，线路内就会有电流产生，这个效应叫电磁感应。一般认为法拉第的电磁感应定律是他的一项最伟大的贡献。1834年，雅可比造出第一台电动机；186
15、6年德国人西门子（Siemens）制成世界上第一台工业用发电机。楞次（Lenz,Heinrich Friedrich Emil 1804-1865）在电热方面，1843年楞次在不知道焦耳发现电流热作用定律(1841年)的情况下，独立地发现了这一定律。他用改善实验方法和改用酒精作传热介质，提高了实验的精度。1831年，楞次基于感应电流的瞬时和类冲击效应，利用冲击法对电磁现象进行了定量研究，确定了线圈中的感应电动势等于每匝线圈中电动势之和，而与所用导线的粗细和种类无关1838年，楞次还研究了电动机与发电机的转换性，用楞次定律解释了其转换原理。1844年，楞次在研究任意个电动势和电阻的并联时，得出了
16、分路电流的定律，比基尔霍夫发表更普遍的电路定律早了4年。（6）1864年，麦克斯韦提出电磁波理论 麦克斯韦（James Clerk Maxwell 公元1831-公元1879）麦克斯韦主要从事电磁理论、分子物理学、统计物理学、光学、力学、弹性理论方面的 研究。尤其是他建立的电磁场理论，将电学、磁学、光学统一起来，是19世纪物理学发展的最光辉的成果，是科学史上最伟大的综合之一。他预言了电磁波的存在。这种理论预见后来得到了充分的实验验证。他为物理学树起了一座丰碑。造福于人类的无线电技术，就是以电磁场理论为基础发展起来的。对前人和他自己的工作进行了综合概括，将电磁场理论用简洁、对称、完美数学形式表示
17、出来，经后人整理和改写，成为经典电动力学主要基础的麦克斯韦方程组。据此，1865年他预言了电磁波的存在，电磁波只可能是横波，并推导出电磁波的传播速度等于光速，同时得出结论：光是电磁波的一种形式，揭示了光现象和电磁现象之间的联系。1888年德国物理学家赫兹用实验验证了电磁波的存在。托马斯阿尔瓦爱迪生（Thomas Alva Edison，1847年1931年）1877年，爱迪生改进了早期由贝尔发明的电话，并使之投入了实际使用。他还发明了他心爱的一个项目留声机。电话和电报“是扩展人类感官功能的一次革命”；留声机是改变人们生活的三大发明之一，“从发明的想象力来看，这是他极为重大的发明成就”。爱迪生在
18、发明留声机的同时，经历无数次失败后终于对电灯的研究取得了突破，1879年10月22日，爱迪生点燃了第一盏真正有广泛实用价值的电灯。爱迪生又企图为眼睛做出留声机为耳朵做出的事，电影摄影机即产生于此。1903年，他的公司摄制了第一部故事片“列车抢劫”。爱迪生为电影业的组建和标准化做了大量工作。1887年爱迪生把他的实验室迁往西奥兰治以后，为了他的多种发明制成产品和推销，他创办了许多商业性公司；这些公司后来合并为爱迪生通用电气公司，后又称为通用电气公司。3、现代电子工业革命1895年，马可尼和波波夫实现第一次无线电通信；1904年，弗莱明发明第一只电子管（二极管）；1906年德福雷斯发明电子三极管。
19、1947年，贝尔实验室发明第一只晶体管；1958年集成电路面世。1946年第一台电子计算机诞生。电子工业发展的速度和技术水品直接影响到到工业、农业、科学技术、国防建设，关系到亿万人民的物质、文化生活水平和质量。10kV330kV10kV400V电工电子技术应用举例电工电子技术应用举例1、电力工业（能源、电力、电工制造）、电力工业（能源、电力、电工制造）电工学科是电力工业主要依靠的技术学科电工学科是电力工业主要依靠的技术学科电工电子技术的应用电工电子技术的应用电工电子技术应用举例电工电子技术应用举例必必不不可可少少的的支支持持技技术术电电工工学学科科是是基基础础工工业业2、基础工业（运输、铁路、
20、冶金、化工、机械等）、基础工业（运输、铁路、冶金、化工、机械等）电工电子技术应用举例电工电子技术应用举例 3、高新技术、高新技术电电工工电电子子技技术术是是高高新新技技术术必必不不可可少少的的组组成成部部分分（生物、光学、半导体、卫星、空间站、核弹、导弹等）（生物、光学、半导体、卫星、空间站、核弹、导弹等）在农业生产的现代化进程中电力也是其主要动力。在农业生产的现代化进程中电力也是其主要动力。大型农场的机械化、自动化播种、收割、储藏和大型农场的机械化、自动化播种、收割、储藏和加工以及农业水利设施的修建和农田的自动灌溉等等加工以及农业水利设施的修建和农田的自动灌溉等等都离不开电工电子技术。都离不
21、开电工电子技术。电工电子技术应用举例电工电子技术应用举例 4、农业生产、农业生产5、日常生活、日常生活 在我们日常的生活中，电在我们日常的生活中，电能就更是不能缺少的了。能就更是不能缺少的了。例如：我们生活中的最例如：我们生活中的最基本的要求就是照明。基本的要求就是照明。此外，为了提高物质生此外，为了提高物质生活活水平，有空调、冰箱、洗水平，有空调、冰箱、洗衣机、微波炉、电饭煲等。衣机、微波炉、电饭煲等。丰富精神生活的丰富精神生活的 电视机、电视机、音响、家用音响、家用PC等。等。电工电子技术应用举例电工电子技术应用举例结论：结论：电工科学技术的进步，电能的开发与利用，在电工科学技术的进步，电
22、能的开发与利用，在国民经济的发展及人民生活水平提高的过程中起到国民经济的发展及人民生活水平提高的过程中起到了重要的促进作用。了重要的促进作用。新世纪，它将在开拓新科学技术领域及促进新新世纪，它将在开拓新科学技术领域及促进新学科发展中发挥更大的作用。学科发展中发挥更大的作用。物理学与电工学关系极为密切，你中有我，我物理学与电工学关系极为密切，你中有我，我中有你。要能成为一名合格的中学物理教师，必须中有你。要能成为一名合格的中学物理教师，必须掌握电工学的基本理论和基本技能。掌握电工学的基本理论和基本技能。三、教学安排三、教学安排1、学时、学时2、考试方式及成绩评定、考试方式及成绩评定理论授课理论授
23、课 54学时学时+实验实验18学时学时闭卷闭卷+综合评定综合评定期末考试成绩期末考试成绩60%+平时平时40%3、授课方式授课方式部分章节内容和作业题由学生讲解部分章节内容和作业题由学生讲解4、主要内容和任务、主要内容和任务研究电磁理论及其在工程技术方面的应用。研究电磁理论及其在工程技术方面的应用。内容包括：内容包括：第一章 电路的基本概念与基本定律；第二章 电路的分析方法；第三章 电路的暂态分析；第四章 正弦交流电路；第五章 三相电路；第六章 磁路与铁心线圈电路；第七章 交流电机；第十章 继电接触器控制系统；第十二章 安全用电。第十三章 电工测量 教学重点：电路的基本概念与基本定律；电路的分
24、析方法；教学重点：电路的基本概念与基本定律；电路的分析方法；电路的暂态分析；正弦交流电路；三相电路。电路的暂态分析；正弦交流电路；三相电路。课程目的要求：通过本课程的学习，学生应能：1、掌握电工学的基本理论、基本知识和电路分析的基本方法；2、能够运用常用电工仪表，进行电路测量；3、能够根据要求设计简单的电路；4、初步具备理工科的思维方式方法；5、具有对生活用电中的常见问题进行分析的能力；四、基本要求四、基本要求1、认真听课积极参与课堂讨论、认真听课积极参与课堂讨论2、按时交作业、按时交作业3、注意学习方法、注意学习方法预习听课作业实验4、重视实验、重视实验上篇上篇 电工技术电工技术电路理论电路理论 直流电路直流电路直流电路直流电路 交流电路交流电路交流电路交流电路 暂态电路暂态电路暂态电路暂态电路磁路理论磁路理论 磁路磁路 变压器变压器 电磁铁电磁铁电机原理与控制电机原理与控制 异步电动机异步电动机 电气控制电气控制 安全用电及电工测量安全用电及电工测量