第一章 汽车电工电子基础知识
第一节  电路的基本知识
一、电路的组成
电路是电流通过的路径。电路是一些电气设备，电器元件，按一定的方式组合起来，构成的电流的通路。图1-1（a）所示为由电池、小灯泡、开关和连接导线构成的一个简单电路。当合上开关时，电池向外输出电流，电流流过小灯泡，小灯泡就会发光。
1、电路的组成 一般电路是由电源、负载、中间环节三部分组成。
（1）电源是提拱电能的装置，它把其他形式的能量转换为电能。例如，干电池，发电机等。
（2）负载是取用电能的装置，是各种用电设备的总称．它把电能转换为其他形式的能量．例如：电灯、电炉、电动机等。
（３）导线、开关等称为中间环节。用来传送，分配电能，控制电路的通断，保护电路安全正常运行。
(a)                        (b)
图1-1灯泡发光的电路图
二、电路的基本物理量
1．电流
电荷的定向移动形成电流，正电荷和负电荷的定向移动都形成电流。在金属导体中，电流是自由电子有规则的定向运动形成。
电流的大小用电流强度来表示。电流强度简称为“电流”，等于单位时间内通过某一导体横截面的电荷量，电流分两种，即直流电流和交流电流。单位是安培，简称安，符号为A。
2．电压和电位
电压是电路中两点之间的电位差，它反映电场力对电荷做功的能力，数值上等于电场力把单位正电荷从电源的正极经外电路移到负极所做的功。单位是伏特，简称伏，符号为V汽车电路图。
图1-2 电位的表示
在电路中任意选一点为参考点，则某点到参考点的电压就叫做这一点（相对于参考点）的电位。参考点在电路图中用符号“⊥”表示，如图1-2所示。在电气设备和汽车中常用大地和机壳及汽车车身作为接地点。电位用符号V表示，如A点电位记作VA。当选择O点为参考点时，则VA=UAO。电路中某一点的电位实质上就是将单位正电荷从电路中的某一点移到参考点时获得或失去的能量大小。
电位与电压的关系：（1）电路中某一点的电位等于该点与参考点之间的电压。因些，离开参考点讨论电位是没有意义的。（2）参考点选的不同，电路中各点的电位值也不同，但是，任意两点之间的电压是不变的。所以，电路中各点的电位值的大小是相对的，而两点之间的电压值是绝对的。
3．电动势
    非电场力把单位正电荷从电源内部低电位b端移到高电位a端所做的功，称为电动势，用字母E表示
                                                      （1-1）
电动势的单位与电压相同，也用伏（V）表示。电动势的极性和实际方向是客观存在的。
在电路中，要想维持电流流动，必须有一种外力把正电荷源源不断地从低电位处移到高电位处，才能在整个闭合的电路中形成电流的连续流动，这个任务是由电源来完成的。在电源内部，由于电源力的作用，正电荷从低电位移向高电位。在不同类型的电源中，电源力的来源不同。例如，电池中的电源力是由化学作用产生的；发电机的电源力则是由电磁作用产生的。电源电动势的实际方向由负极指向正极，即由电源的低电位指向高电位，也就是电位升高的方向。
4．电能与电功率
电流能使电灯发光、电动机转动、电炉发热，这些都说明电流通过电气设备时做了功，消耗
了电能，我们把电气设备在工作时间消耗的电能（也称为电功）用W表示。电能的大小与通过电气设备的电流和加在电气设备两端的电压以及通过的时间成正比，即
                                                            （1-2）
电能的单位是焦耳，简称焦（J）。
    电气设备在单位时间内消耗的电能称为电功率，简称功率，用P表示，即
                                          （1-3）
电功率的单位是瓦特，简称瓦（W）。
在电工应用中，功率的常用单位是千瓦（kW），电能的常用单位是千瓦（kWh），千瓦时（kWh），1千瓦时即为上度电，千瓦时与焦耳之间的换算关系是：
1度＝
我们把电气设备在给定的工作条件下正常运行而规定的最大容许值称为额定值。实际工作时，如果超过额定值工作，会使电气设各使用寿命缩短或损坏；如果小于额定值，会使电气设备的利用率降低甚至不能正常工作。额定电压、额定电流、额定功率分别用、、来表示。
5．电阻与欧姆定律
电路中具有阻碍电流通过的作用称为电阻，电阻的单位为欧姆，简称欧。电路中流过电阻R的电流I与电阻两端的电压U成正比，这就是欧姆定律，其表达式如下：
                                  （1-4）
三、电路的工作状态
1.有载工作状态
图1-3 电路的有载工作状态
在有负载的工作状态下，负载电流的变化将引起端电压的变化。在图1-3所示电路中，当开关合上之后，就是电路的有载工作状态。电路中的电流为
                                                    （1-5）
当电压源和内电阻为定值时，由上式可见，负载电阻越小，则电路中的电流越大。
负载电阻两端的电压为
                                              （1-6）
2．开路状态
若图1-4所示电路中的开关是断开的，或者电流过大使熔断器熔断等，电路即处于开路状态，又叫做断路状态或空载状态。
图1-4  电路的开路状态 
    开路时，外电路的电阻对电源来说等于无穷大，因此电路中的电流为零。此时负载上的电流、电压、功率都等于零。开路时电源的端电压叫做开路电压，用表示。
  由于开路时电流，故开路电压，即开路电压等于电源电压。
    3．短路状态
在正常状态下工作的电路中，如果电路由于绝缘损坏或接线不当或操作不慎等原因，使负载端或电源端造成电源线直接触碰或搭接，则形成电路的短路状态。电源和负载都被短路状况如图l－5所示。此时，电流不再流经负载，外电路的电阻对电源来讲为零。短路电流为
                              （1-7）
1-5电路的短路状态
        由于很小，所以短路电流很大，一般超过电源的额定电流许多倍，这样大的电流不仅在内阻上会产生很大的功率损失，使电源严重发热，而且会产生很大的电磁力使设备发生机械损伤。
短路后，负载上的电压、电流和功率都为零，电源所产生的电能全部被内阻所消耗。即
                                              （1-8）
短路通常是一种严重故障，应该尽量防止。为此，电路中一般都要接入熔断器或其他自动保护装置，以便在发生短路时在规定的时限内自动切断故障电路与电源的联系。
四、电路中电阻的串联与并联
1．串联电路
图1-6 电阻的串联
把电阻一个接一个地首尾依次连接起来，就组成串联电路，如图1-6所示。串联电路的基本特点是：
（1）电路中各处的电流强度相等。
（2）电路两端的总电压等于各部分电路两端的电压之和。
（3）串联电路的总电阻等于各个电阻之和，即
                                          （1-9）
（4）串联电路的电压分配，串联电路中各个电阻两端的电压与它的阻值成正比，即
                 
                  （1-10）
                   
图1-7  电阻的并联
2．并联电路
把两个或两个以上电阻接到电路中的两点之间，电阻两端承受的是同一个电压的电路，叫做电阻并联电路。图1-7是三个电阻R1、R2、R3组成的并联电路。并联电路的基本特点是：
（1）电路中各支路两端的电压相等。
（2）电路中的总电流强度等于各支路的电流强度之和。
（3）并联电路的总电阻，即
                        （1-11）
这就是说，并联电路总电阻的倒数，等于各个电阻的倒数之和。
（4）并联电路的电流分配，并联电路中通过各个电阻的电流强度与它的阻值成反比。即
                                              （1-12）
第二节  磁场与磁路的基本概念
一、磁场与电磁感应
1．磁场
静止不动的带电粒子（电荷）周围存在着电场，电场对静止的电荷有电场力的作用。而运动的电荷周围不仅有电场，还有另一种看不见的物质存在，这种由运动电荷产生的物质叫磁场，磁场对运动的电荷有力的作用。