第一讲 职业化训练预备知识
课堂一 水电工基础知识
一、电路基本定律
（一）欧姆定律
在一段不含电动势只有电阻的电路中，流过电阻R的电流I与加在该电阻两端的电压U成正比，与电阻阻值成反比，称作无源支路的欧姆定律。
无源支路欧姆定律的计算公式为
式中 I——无源支路电流，A；
U——电阻两端的电压，V；
R——支路电阻，Ω。
在一段含有电动势的电路中，其支路电流的大小和方向与支路电阻、电动势的大小和方向、支路两端的电压有关，称作有源支路欧姆定律。有源支路欧姆定律的计算公式为
式中 I——有源支路电流，A；
U——电阻两端的电压，V；
R——支路电阻，Ω；
E——支路电动势，V。
（二）基尔霍夫定律
基尔霍夫第一定律又称节点电流定律，几条支路所汇集的点称作节点。对于电路中任一节点，任一瞬间流入该节点的电流之和等于流出该节点的电流之和。或者说，流入任一节点的电流的代数和等于0（假定流入的电流为正值，流出的电流则看作是流入一个负极的电流），即
I1+I2-I3+I4-I5=0 （IX为任一节点电流）
基尔霍夫第二定律又称回路电压定律，电路中任一闭合路径称作回路。在任一瞬间，电路中任一闭合回路中各电阻上电压降的代数和恒等于回路中各电动势的代数和。
（三）安培右手螺旋定律
右手握住螺旋线圈，让四指指向线圈中电流的方向，则大拇指所指的方向就是螺旋线圈内部磁力线的方向。
如图1-1所示，通电导体缠绕在一根铁棒上，这样就会在铁棒的内部和周围产生磁场，产生磁场的方向符合安培右手螺旋定律。
图1-1 安培右手螺旋定律
（四）弗莱明右手定则
弗莱明在法拉第和楞次等科学家的研究基础上，推论出了用磁场方向和导体运动方向来表示感应电动势方向的法则，称为弗莱明右手定则，如图 1-2所示。
图1-2 弗莱明右手定则
伸开右手，使大拇指与其余四指垂直，让磁力线的方向竖直穿过手心，大拇指所指的方向为导体运动的方向，则其余四指所指的方向为感应电动势的方向。感应电动势的计算公式为
e=BLvsinθ
可见，在磁场中运动的导体会产生感应电动势（电压），导体就形成了一个电源（可以想象成电池）。如果外面接上一个电路，则电路中存在电流，灯泡会放光。
（五）弗莱明左手定则
如图1-3所示，在磁极之间悬挂一导体，如果有电流通过导体，导体就会运动。这是由于磁极形成的磁场和电流形成的磁场间相互作用所致，这个力称为电磁力。
图1-3 弗莱明左手定则
电磁力的方向取决于电流的方向和磁场的方向。运用弗莱明左手定则可进行判定：伸开左手，使大拇指与其余四指垂直，让磁力线的方向竖直穿过手心，四指所指的方向为导体电流的方向，则大拇指所指的方向为导体受力的方向。计算公式表示为
F=BILsinθ
（六）焦耳定律
电流通过导体时所产生的热量Q与电流I的平方成正比，与导体的电阻R成正比，与通电时间t成正比，这一结论称为焦耳定律。焦耳定律用公式表示为Q=I2Rt。
焦耳定律是设计电照明、电热设备及计算各种电气设备温升的重要公式。在串联电路中，电流是相等的，则电阻越大时产生的热量越多。在并联电路中，电压是相等的，通过变形公式，即W=Q=Pt=（U2/R）t，当U一定时，R越大则Q越小。
（七）叠加定理
在线性电路中，任一支路的电流（或电压）可以看成是电路中每一个独立电源单独作用于电路时，在该支路产生的电流（或电压）的代数和（叠加）。线性电路的这种叠加性称为叠加定理。
图 1-4 叠加定理
叠加定理可用图1-4表示。线性电阻电路中的任一节点电压、支路电压或支路电流均可用以下形式表示：
y=H1us1+H2us2+…+Hmusm+K1is1+K2is2+…+Knisn
式中，usk（k=1，2，…，m）表示电路中独立电压源的电压；isk（k=1，2，…，n）表示电路中独立电流源的电流；Hk（k=1，2，…，m）和Kk（k=1，2，…，n）是常量，它们取决于电路的参数和输出变量的选择，而与独立电源无关。
值得指出的是，叠加定理只能用于计算线性电路（即电路中的元件均为线性元件）的支路电流或电压，不适用于计算功率。
（八）戴维南定理
戴维南定理又称为等效电压源定律。戴维南定理可以在单口外加电流源i，用叠加定理计算端口电压表达式的方法如图1-5所示。
图1-5 戴维南定理
在单口网络端口上外加电流源i，根据叠加定理，端口电压可以分为两部分组成：一部分由电流源单独作用（单口内全部独立电源置零）产生的电压u'=Roi；另一部分是外加电流源置零（i=0），即单口网络开路时，由单口网络内部全部独立电源共同作用产生的电压u″=uoc。由此得到：
U=u'+u″=Roi+uoc
值得指出的是，戴维南定理只对外电路等效，对内部电路不等效。也就是说，不可应用该定理求出等效电源电动势和内阻之后，又返回来求原电路（即有源二端网络内部电路）的电流和功率。另外，戴维南定理只适用于线性有源二端网络。如果有源二端网络中含有非线性元件，则不能应用戴维南定理求解。