电工技术基础与技能第二版任务一，电的认识任务分析。生活中，当我们打算收看新闻联播时，一般会这样操作，先把电视机电源插头插进插座，按下电视电源开关，再拿起遥控器就能观看节目了如图1-2所示这时我们或许会好奇，为什么接通电源就能用电？电究竟是什么？又从何而来？在本任务中我们就先来认识店。同学们好，今天我们来聊聊电。其实人类认识电的过程可是一段相当漫长又曲折的旅程。早在公元前6世纪，也就是两千多年前，古希腊人就发现了一个很有趣的现象。如果你拿琥珀在羊皮上摩擦，它就能吸起小纸片或者碎布头这些轻的东西。这其实就是我们最早对电的认识。不过真正开始系统研究这件事要等到17世纪。当时有一位英国的物理学家叫吉尔伯特，他专门研究了这种现象，还给他起了个名字叫摩擦起电。大家看课本上的图，1-3讲的就是这个。到了18世纪，一位法国的物理学家杜飞又有了新发现，他发现摩擦后的物体带的电其实是有两种性格的。简单来说就是同一种电会互相排斥，不一样的店才会互相吸引，这个规律非常重要。大家看图1-4，理解一下这个相互作用。说到对电的探索，有一位大家肯定不陌生，就是美国的本杰明富兰克林。大家看图1-5，这就是他那个著名的风筝实验。想象一下那个画面，富兰克林把一把钥匙系在风筝线上用金属线把风筝送入雷雨云层中。当雨水淋湿了风筝线，空中的闪电顺着线引到了钥匙上，甚至让他他指尖感到了电击。通过这个惊险的实验，他向世人证明了原来天上吓人的闪电和我们平时摩擦产生的电本质上是一回事。基于这个发现，他后来发明了避雷针，这可以说是人类第一次真正开始应用电学知识，非常了不起。时间来到18世纪后期，意大利物理学家伏打又搞了个大发明。就是图1至6里的福打电堆。这东西其实挺巧妙的，它是怎么做的呢？简单来说就是白银版、新版。还有用盐水泡过的硬纸板，按照特定的顺序一层层叠起来，形成一个柱体。神奇的地方在于，只要你用导线把两端连起来，导线里就会有源源不断的电流流出来。这就是最早的电池，它让我们第一次拥有了可以控制的持续电流。化学电源出现后，给电学研究充满电。同学们，化学电源也就是我们常说的电池，它的出现可太重要了，它就像给电学研究充满电一样。为什么这么说呢？因为在这之前我们很难获得稳定持续的电流。有了电池我们不仅能得到稳定的电流，还能控制电压的高低和电流的强弱。这就好比我们终于有了一个听话的店来做实验，为接下来一系列重大发现创造了绝佳条件。电磁学的黄金时代，电与磁的第一次握手。有了稳定的电流，科学家们就开始研究电流本身有什么特性。1820年丹麦物理学家奥斯特做了一个非常著名的实验。他发现通电的导线能让旁边的小磁针发生偏转，这说明什么？说明电流能产生磁场，这就是电流的磁效应，是人类第一次发现电和磁之间有联系。就在同一年，法国物理学家安培也忙个不停。他发现两根通了电的平行导线会互相吸引或排斥，这说明电流之间也有相互作用力。他还进一步研究总结出了判断电流磁场方向的规律，也就是我们现在学的安培定则。大家还记得右手螺旋定则吗？就是它深入探索从宏观现象到微观粒子，电和磁的联系被发现后，科学家们就像打开了新世界的大门。英国的法拉第就在想，既然电能生磁，那词能不能生电呢？他经过无数次实验，终于发现了电磁感应现象，并确立了电磁感应定律。这个发现太伟大了，他告诉我们如何通过磁场的变化来产生电流，直接为发电机、变压器这些改变世界的发明铺平了道路，让我们能够大规模的开发和利用电能。与此同时，科学家们也开始思考电流的本质到底是什么。1862年物理学家韦伯提出电流可能是带电粒子移动形成的，后来他又提出原子内部可能存在带正电和带负电的粒子，这让人们的视野从宏观世界一下子缩小到了原子内部。电路定律与电子的真身在理论研究热火朝天的同时，对电路本身规律的研究也在进行。德国的欧姆通过实验发现了电流、电压和电阻之间的关系，也就是大名鼎鼎的欧姆定律。基尔霍夫则解决了更复杂的分支电路问题，建立了我们大学才会学的基尔霍夫定律。还有俄国的楞次，他发现了感应电流方向的规律，也就是楞次定律。最后我们来揭晓电流的主角电子。英国物理学家约翰汤姆生通过大量精巧的实验，最终证实了阴极射线是由一种带负电的质量极小的粒子组成的，它给这种粒子起名叫电子，这一下打破了原子不可再分的传统观念。那么电子的电荷量到底是多少呢？1909年，美国物理学家密立根用一个非常漂亮的油滴实验，精确测出了电子的电荷值是1.6乘以10的负19次方库仑，完美证实了汤姆生的预言。至此，我们对电的认识从宏观现象终于深入到微观粒子的层面了。2、电能的产生、输送和分配。同学们，电是一种非常特殊的能量，它不仅是能量的一种形式，更是我们人类用起来最方便、最清洁的能源。你想想家里哪个电器离得开它？但是电从被生产出来到点亮我们家里的灯，可不是一步到位的，他要经历一个完整的旅程，这个旅程主要分为四个大站，发电、输电、配电，最后才是用电。今天我们先来认识第一站，发电一、电能的产生我们国家现在大部分的电力还是靠烧东西产生的，也就是火力发电。它的原理其实有点像我们烧开水，具体来说就是燃烧煤炭、石油或者天然气，产生巨大的热能，这些热能会把锅炉里的水烧成高温高压的蒸汽，然后这些蒸汽就像一股强大的力量去推动一个叫汽轮机的设备飞快地转动，汽轮机一转就带动了发电机，电就这么产生了。不过烧煤烧油会污染环境，所以科学家们一直在努力开发更清洁、更环保的发电方式。比如利用太阳光发电的太阳能，利用风吹动叶片发电的风能，还有利用水流、地球内部热量甚至海洋潮汐来发电。大家请看课本上的图1-7到图1-10，这些都是我们未来能源的希望。2、电能的输送和分配。讲完了发电，接下来电就要开始他的长途旅行了。大家有没有想过为什么我们很少在市中心看到巨大的火力发电厂？其实为了安全和节约成本，也为了减少污染，发电厂通常都建在能源产地，比如煤矿附近，或者交通特别方便的地方。这就带来了一个问题，电发出来了，可我们住在几十甚至几百公里外的城市里该怎么办呢？这时候就需要高压输电大显身手了。通过高压输电线路，电能可以像坐上高铁一样，跨越千山万水，快速高效的输送到我们用电的地区。但是这么庞大的一个系统，如果各自为政肯定不行。为了保证我们家里的灯不忽明忽暗，也就是供电质量，也为了随时有电可用，也就是供电可靠性，国家建立了一个超级强大的电力系统，这个系统就像一个大管家，对全国的电力进行集中管理和统一调度，哪里缺电就补哪里，确保整个电网安全稳定的运行。大家请看图1-11，这就是我们国家电力系统的示意图，是不是很壮观？电能的输送和分配，升压与降压的奥秘同学们，电从发电厂出来后，可不能直接就顺着电线跑过来，他得先经过一个升压的过程。大家看发电厂发出来的电会先送到升压变电站，在这里电压会被抬得非常高，变成我们常说的高压电。为什么要这么做呢？这里有个小窍门，我们知道输送的功率是固定的，根据公式P等于UI当功率P一定时，电压U越高，电流I就越小电流小了。有什么好处呢？第一，我们可以用更细的电线来输电，这样就节约了大量的金属材料，降低了成本。第二，也是更重要的，电流在电线里流动时会发热，造成能量损耗，电流越小，这个损耗就越小。所以高压输电既能省钱又能省电，一举两得。当高压电跋山涉水来到我们城市或工厂附近时，他可不能直接进家门，那太危险了，所以他需要降压，这时降压变电站就登场了，它就像一个减压阀，把几千甚至几10万伏的高压电一步步降低到安全合适的电压，最后再通过我们小区或路边的配电变压器，变成我们家里电器能用的220伏电压，安全的送到千家万户。简单来说，电的旅程就是发电厂升压高压长途运输、降压安全入户。3、交流电和直流电好，同学们，我们了解了电是怎么来到我们身边的。现在我们来认识一下大殿的两种不同性格，交流电和直流电。我们先来看第一种，也是我们现在用的最多的交流电。它的英文名叫alternating current，我们通常简称为AC在电路图里大家会看到一个波浪线符号，它就是交流电的标志。那么什么叫交流呢？顾名思义就是互相交换的意思。在交流电里电流的大小和方向不是一成不变的，而是会像一个荡秋千一样，随时间做周期性的变化，它的变化形态有很多种，大家看图1-12，有我们最常见的像波浪一样的正弦波，也有三角波、方波等等，其中最基础、应用最广的就是正弦交流电，这种神奇的电流是怎么来的呢？它是由一种叫交流发电机的设备产生的。根据输出方式的不同，交流发电机又可以分为单相和三相两大类。我们家里的插座里就是单相交流电，而工厂里的大型机器则多用三相交流电2直流电说完了爱变脸的交流电，我们再来看看他的好搭档直流电。他的英文名叫direct current，简称dc。在电路图上大家如果看到一条直直的横线，那就代表它是直流电，和交流电那种忽大忽小来回变化的性格完全不同。直流电是个非常专一的家伙，它的电流方向始终不变，大小也保持稳定，就像一条平静的河流，一直朝着一个方向匀速流动，绝不会回头。那直流电是从哪儿来的呢？它的来源其实特别丰富，大家看图1-13，首先它可以由专门的直流发电机产生。其次我们生活中最常见的其实是把家里的交流电通过充电器里的电子线路转换成直流电给手机供电。最后还有一种很常见的方式就是通过化学反应产生。比如我们平时用的干电池，手机里的锂电池，它们储存和释放的都是直流电。练习是电笔的使用同学们理论讲完了，现在我们来动手练习一下电工最基本的技能，使用试电笔，这可是保障我们安全的第一道防线，大家一定要认真学一、了解试电笔的结构与功能首先是电笔是干什么用的简单来说，它就是用来检测导线、插座或者电器外壳有没有带电的试电笔主要分两大类，一类是老式的奶泡式，就是我们常见的会发红光的那种。另一类是诺尔的感应式，不用接触就能报警。对于奶泡试试电笔，大家看图1-14，它又有两种外形，一种是像钢笔一样的钢笔式，另一种是前面带个一字改锥的螺丝刀式，既能测电又能拧螺丝，很方便。至于感应式试电笔，大家看图1-15，它的结构稍微复杂一点，通常带有显示屏2、掌握试电笔的使用方法了解了结构，关键是怎么用，这一步至关重要，请大家看大屏幕上的图1-16，注意我的手势使用试电笔时，姿势一定要正确，握笔，用你的拇指和中指握住电笔的绝缘杆部分，也就是塑料感按压。最关键的一步来了，一定要用食指按住笔尾的金属帽或者是金属笔挂。为什么要按住这里呢？因为只有按住金属帽，电流才能通过笔尖奶泡电阻再经过你的身体流向大地，形成一个完整的回路，奶泡才会亮。如果你不按住它，即使有电，奶泡也不会亮，这就容易造成没电的误判，非常危险。当然大家也别怕，是电比里有一个很大的电阻，流过人体的电流非常微弱，是绝对安全的。来，大家拿起手里的试电笔，我们一起做个手势，练习一下测试前的检查要求。好了，大家手势都练对了，但在真正去测之前，还有两步安全检查必须做，这直接关系到你的安全，千万不能省。第一步，检查电笔本身，拿起你的试电笔看一看里面的安全电阻还在不在，笔身有没有破裂损坏，有没有受潮或者进水的痕迹，只有检查合格了，我们才能用它。第二步，现场验身，这点特别重要，在测任何未知线路前，必须先在一个你确定有电的地方，比如一个正常的插座测一下，看看奶管亮不亮，这是为了确认你的电笔是好的，灯能亮不是个坏工具。如果他在自己该亮的时候不亮，那你用它测出来的没电就是假象，会出人命的。使用时的操作规范，接下来是操作中的铁律，大家记好了，禁止触碰笔尖，绝对绝对不要用手去碰试电笔前端的金属探头，那是直接接触带电体的部分，碰了就会触电，必须触碰笔尾，反过来，你的手必须要接触到笔尾的金属部分。刚才我们练习的手势，食指按住的正是这里，不按住它电路不通，测了也白测。简单说就是头可断，笔尖不能碰，血可流，鼻，尾必须摸。开个玩笑，但道理是这个道理，测试时的发光情况，最后我们来学怎么看结果。奶管亮了代表有电，这很简单，但有几种特殊情况，大家一定要会判断，如果奶管发光很微弱怎么办？这时候千万不要想当然的认为哦，电压不高没事，这很可能是笔头脏了或者接触不好。正确的做法是把笔头擦干净，或者换个测试点，反复多测几次。如果反复测试后，奶管还是不亮或者只是微微发亮呢？到这个时候你才能最终下结论，这个物体要么不带电，要么电压确实不够高。记住，电工测量反复确认是保命的好习惯，宁可多测几次，也绝不凭一次微弱的亮光或暗光就下判断。4、用试电笔测试带电体。好了，同学们，刚才我们讲了那么多理论，现在终于到了真刀真枪的实操环节了。请大家按照小组拿出试电笔，我们准备动手一测试直流电。首先请大家看图1-17，这是实训台提供的直流电源插孔。现在请大家用刚才学过的正确姿势去测试一下这两个插孔。在测的时候请大家瞪大眼睛仔细观察，奶管亮了吗？稍作停顿观察学生反应。大家会发现在测试直流电时，奶管通常只有一端会发光，或者发光的情况跟交流电不太一样。这是因为直流电的电流方向是固定的这也能帮我们区分正负极。2、测试交流电。接下来请看图1-18，这是实训台提供的交流电源插孔，也就是我们平时家里用的那种电。现在请大家把试电笔插进去测一下，注意观察这时候奶管的发光情况和刚才有什么不同，是不是发现整个奶管都通体发亮了，这就是交流电的特征。通过这个对比实验，大家应该能直观的感受到是电笔在测交流和直流时反应是不一样的。这也是我们判断电路性质的一种简单方法。好了，同学们，本教学任务圆满完成。看到大家从刚开始的小心翼翼，到后来能熟练规范的使用式电笔，老师真的很欣慰。店的世界很奇妙，今天只是揭开了他的一角，未来还有更多有趣的现象等着我们去探索。希望大家保持这份好奇心和严谨的态度，我们下次课再见。