登陆注册
3000200000002

第2章 常见电学基本概念

一、电和电荷

电是物体本身的一种性质,不是外界加给物体的。现代科学指出,物体是由大量原子组成的,原子是由带正电的原子核和带负电的电子组成的,电子在原子核周围高速旋转运动着。同一个原子中,正负电量相等。在正常情况下,物体的正负电量相等,物体呈中性,即显示不出是带正电或负电。而当物体受到摩擦作用、热的作用、化学作用以及其他一些作用时,会失去一部分电子后而带正电;或得到额外电子而带负电。

我们把物体、原子或电子等所带电量的最小单元叫做电荷,单位是库仑,用C表示。带正电的粒子叫正电荷(表示符号为“+”),带负电的粒子叫负电荷(表示符号为“-”)。但电荷本身并不是粒子,只是人们为了描述方便把它想象成粒子。

二、同性相吸和异性相斥

电荷周围有种特殊的物质,叫做电场。电场、磁场、引力场等等叫做“场”的物质,虽然和分子原子组成的实物不同,我们看不见摸不着,但它确实存在。由静止电荷产生的电场叫静电场,由变化的磁场产生的电场叫感应电场。

这个“场”能传递作用力,在和别的物质相互作用时能够表现出自己的特性。所以两个不直接接触的带电体,它们之间也有相互作用,表现为带有同种电荷的物体之间会互相排斥,带有异种电荷的物体之间会互相吸引。

三、静电感应

假设有个导体带有正电,把另一个不带电的导体逐渐靠近它但不接触它,在它的电场作用下,这个不带电导体的两端就会出现一种现象:接近带电导体的一端带负电荷,远离带电导体的一端带正电荷;而且正负电荷数量相等。这样,放入静电场中的导体,在电场力的作用下,它的自由电子重新分布,结果使导体两端出现正、负电荷,我们把这种现象叫做静电感应。

四、气体放电

自然界中最常见的气体放电现象就是雷电现象,为什么这么说雷电是放电现象呢?我们知道,春夏季节气流变化大,急剧上升的气流与云中的水滴或冰晶发生撞碰、摩擦,使云块带上电。在两块带相反电荷的云块之间,或带电的云与大地之间,就形成了很强的电场。这种电场发生放电现象时(即带电体的电荷消失而趋于中性),产生的明亮的电火花叫闪电,产生的巨大的响声叫雷声。云和大地之间电场的放电现象叫做落雷,能对人、畜、森林、建筑物等造成危害。

五、电磁感应

如果我们把导线切割磁力线就会处在变化不定、时多时少运动状态中,此时,导线中就会有电流产生的现象,这就是电磁感应现象。导线中所产生的电流,则叫做感生电流。发电机就是按照这个原理制成的。

麦克斯韦进一步指出了,变化着的磁场在其周围产生了电场,这个电场使导线中的自由电子受到了力的作用,就沿着导线运动起来,产生了感应电流。因此,电磁感应的本质是变化的磁场产生电场。

六、导体和绝缘体

物体的导电能力取决于自由电荷的多少,根据导电能力的大小,我们把物体分为导体和绝缘体。导体中有能够自由移动的电荷,而绝缘体中几乎没有自由移动的电荷。

在金属导体中,能够自由移动的电荷是电子,叫做“自由电子”;在酸、碱、盐的水溶液中,能够自由的电荷是正离子和负离子(离子是原子失去或获得电子后形成的带电粒子)。绝缘体中原子核对电子“管束”很严,电子被束缚得“死死的”,几乎不能自由移动。

当然,导体和绝缘体也没有绝对界限,绝缘体受潮后也会导电。导电性能介于导体和绝缘体之间的物体,叫做半导体。半导体的导电性能受光照、温度变化等影响很大,在“掺杂”时导电性能变化也很大,如在纯净的半导体中掺入少量的杂质,就能大大增加导电性。

七、电源

电源是指由非电能转换成电能的装置,即把其他形式的能转换成电能的装置叫做电源。发电机能把机械能转换成电能,干电池能把化学能转换成电能。发电机、干电池等叫做电源。通过变压器和整流器,把交流电变成直流电的装置叫做整流电源。能提供信号的电子设备叫做信号源。晶体三极管能把前面送来的信号加以放大,又把放大了的信号传送到后面的电路中去。晶体三极管对后面的电路来说,也可以看做是信号源。整流电源、信号源有时也叫做电源。

八、电流

我们把电荷按照一定的方向进行移动叫做电流,或者说形成了电流。摩擦起电产生静电,它形成的电流只能存在一瞬间。电池、发电机产生的电流则可以持续不断。电流也有方向,习惯上把正电荷定向移动方向规定为电流的方向。但实际上在金属导体中的电流方向跟自由电子移动的方向恰恰相反。

产生电流必须具备两个条件:1、导体内要有可以移动的自由电荷;2、导体内要维持一个电场。电流又分为直流和交流两种:电流的大小和方向都不随时间变化的叫做直流;电流的大小和方向随时间变化的叫做交流。电流的单位是安(A),也常用毫安(mA)、微安(μA)做单位。1A=1000mA,1mA=1000μA。

电流可以用电流表测量。测量的时候,把电流表串联在电路中,要选择电流表指针接近满偏转的量程。这样可以防止电流过大而损坏电流表。

九、电压

你知道是什么力量使电荷流动吗?众所周知,“水往低处流”,原因是高处与低处的水位不同,水压不同,水压使水流动。和水流一样,电流也往“低”处流,在电源的正极上有多余的正电荷,负极上有多余的负电荷,这种电位高低的差别,就使电路中出现了电压。电压就是电荷定向移动、形成电流的原因。换句话说,电压是使电荷流动的力量。

物理中说的电压,是指电场或电路中两点之间的电位差,电压是衡量电场做功能力大小的物理量。用字母U表示。其单位是伏(V),也常用毫伏(mV)、微伏(μV)做单位。1V=1000mV,1mV=1000μV。电压可以用电压表测量。测量的时候,把电压表并联在电路上,要选择电压表指针接近满偏转的量程。如果电路上的电压大小估计不出来,要先用大的量程,粗略测量后再用合适的量程。这样可以防止由于电压过大而损坏电压表。

十、电动势

电源内部推动电荷移动的作用力称为电源力,而电源力将单位正电荷从电源负极经电源内部移动到正极所做的功,叫做电源的电动势。电动势是反映电源把其他形式的能转换成电能的本领的物理量。电动势使电源两端产生电压。在电路中,电动势常用ε表示。电动势的单位和电压的单位相同,也是伏,但其方向与电压的方向相反,是由电源的负极指向正极的,即由低电位指向高电位。电源的电动势可以用电压表测量。

测量的时候,电源不要接到电路中去,用电压表测量电源两端的电压,所得的电压值就可以看作等于电源的电动势。如果电源接在电路中,用电压表测得的电源两端的电压就会小于电源的电动势。这是因为电源有内电阻。在闭合的电路中,电流通过内电阻r有内电压降,通过外电阻R有外电压降。电源的电动势δ等于内电压Ur和外电压UR之和,即ε=Ur+UR。严格来说,即使电源不接入电路,用电压表测量电源两端电压,电压表成了外电路,测得的电压也小于电动势。但是,由于电压表的内电阻很大,电源的内电阻很小,内电压可以忽略。因此,电压表测得的电源两端的电压是可以看作等于电源电动势的。

干电池用旧了,用电压表测量电池两端的电压,有时候依然比较高,但是接入电路后却不能使负载(收音机、录音机等)正常工作。这种情况是因为电池的内电阻变大了,甚至比负载的电阻还大,但是依然比电压表的内电阻小。用电压表测量电池两端电压的时候,电池内电阻分得的内电压还不大,所以电压表测得的电压依然比较高。但是电池接入电路后,电池内电阻分得的内电压增大,负载电阻分得的电压就减小,因此不能使负载正常工作。为了判断旧电池能不能用,应该在有负载的时候测量电池两端的电压。有些性能较差的稳压电源,有负载和没有负载两种情况下测得的电源两端的电压相差较大,也是因为电源的内电阻较大造成的。

十一、电路

电流所通过的路径称为电路。其最基本的电路由电源、负载和导线、开关等组件组成。电路的工作状态可分为三种:

(1)通路状态,即电路中构成闭合回路,电流能顺利地流过;

(2)开路状态,回路中某处被切断了,此时相应电路中没有电流通过;

(3)短路状态,电路中某一部分连接起来,使电源两端直接相通。此时电源负载为零,会出现很大的短路电流,极易烧毁电源。

十二、负载

通常把电能转换成其他形式能量的装置叫做负载。如电动机能把电能转换成机械能,电阻能把电能转换成热能,电灯泡能把电能转换成热能和光能,扬声器能把电能转换成声能。电动机、电阻、电灯泡、扬声器等都叫做负载。晶体三极管对于前面的信号源来说,也可以看做是负载。

同类推荐
  • 异想天开大课堂(中小学生奥林匹克集训与选拔)

    异想天开大课堂(中小学生奥林匹克集训与选拔)

    “中小学生奥林匹克集训与选拔”丛书旨在通过向青少年提供集知识性和趣味性于一体的科学文化知识,激发他们学习科学和热爱科学的积极性,引导他们拓宽视野,不断创新,最终达到提升综合性素质的目的。其中涉及到青少年必须知道的许多知识领域,具有很强的系统性、实用性和现代性,是青少年学习的最佳读本。
  • 智慧中国

    智慧中国

    十二五期间,随着物联网、云计算的发展,国家在智慧中国(智慧城市)建设方面将投入大量资金,各城市正在加紧研究智慧城市解决方案,部分城市已经开展了具体的实践。但目前国内尚缺少系统地介绍智慧中国(智慧城市)建设方面内容与实践的书藉,本书主要阐述了如下内容:智慧中国的定义、内涵、建设现状,智慧中国的总体架构;智慧中国基础网络建设;智慧中国基础设施建设;以及智慧中国各系统的建设(智慧政务协同平台建设、智能医疗建设工程建设、智慧中国智能电网工程建设),最后介绍了智慧中国建设发展展望。
  • 学生作文知识讲话

    学生作文知识讲话

    《作文知识讲话》是作者几十年作文教学实践及其研究探讨的结晶,对中小学生和语文教师具有切实的指导和参考价值。
  • 美术鉴赏

    美术鉴赏

    本书指出美术鉴赏是观赏者对美术作品不断对话的过程,是一种视觉心理活动,人们从具有直观可感性的美术作品出发,通过对艺术作品起兴动情,运用感知、记忆、经验、知识,对美术作品进行归类、分析、判断、体验、联想和评价,从而获得审美感受,提高审美能力。欣赏者针对美术的表现形式、艺术流派、艺术技巧、思想内容等作出评判,其过程涉及美学、哲学、历史学、社会学等领域,通过欣赏书中的优秀作品,帮助我们来了解自然、历史、人生和社会,所以我们在鉴赏美术作品时不仅提高了艺术修养和想像能力,还开阔了眼界,扩大了知识面。
  • 做学生最好的成长导师:张青娟班主任工作艺术99例

    做学生最好的成长导师:张青娟班主任工作艺术99例

    作者结合20多年班主任工作经验,叙写了他和学生之间的交往故事,并从中提炼了管理班级的99个管理艺术。本书没有说教和空洞的大话,篇篇生动感人,文字优美,可与《班主任兵法》相媲美,是一线班主任可以活学活用的实践手册。
热门推荐
  • 完美复命,执行不打折扣

    完美复命,执行不打折扣

    企业员工人手一本的培训工具书,全面提升企业战斗力的执行手册。完美复命,培养有命必复的复命精神;不折不扣,锻造非凡卓越的执行能力。
  • 女主又崩坏了

    女主又崩坏了

    【已完结】末凝一直把男人当做一个麻烦的物种。然而遇到他后,画风突变。吸血鬼末凝喝着他的血,甜美的笑着:“当我的食物不好吗?”杀手末凝抽着小皮鞭,指挥道:“躺下。”女帝末凝温柔的看着他:“真乖。”……自从遇到他,她腰也不疼了,腿也不酸了,宠着他的日子过得很是有趣。
  • 无敌强化王

    无敌强化王

    大神,别人的武器一换再换,为什么你还是用着新手木剑,就能成为第一人呢?别说话,来用心来感受,说完刘海将加99的新手木剑丢在了地上……
  • 追妻无门:女boss不好惹

    追妻无门:女boss不好惹

    青涩蜕变,如今她是能独当一面的女boss,爱了冷泽聿七年,也同样花了七年时间去忘记他。以为是陌路,他突然向他表白,扬言要娶她,她只当他是脑子抽风,他的殷勤她也全都无视。他帮她查她父母的死因,赶走身边情敌,解释当初拒绝她的告别,和故意对她冷漠都是无奈之举。突然爆出她父母的死居然和冷家有丝毫联系,还莫名跳出个公爵未婚夫,扬言要与她履行婚约。峰回路转,破镜还能重圆吗? PS:我又开新文了,每逢假期必书荒,新文《有你的世界遇到爱》,喜欢我的文的朋友可以来看看,这是重生类现言,对这个题材感兴趣的一定要收藏起来。
  • 青春暖殇

    青春暖殇

    青春很短,短得来不及拥抱清晨就已经手握黄昏!青春在成长中倾泻着暖殇的汪洋。校花李然爱情与亲情、友情之间曲折亦美丽的成长之路。
  • 逍遥在武侠世界的日子

    逍遥在武侠世界的日子

    唐诗,宋词,元曲,明清小说,每一个时代的弄潮儿都用自己的文字记录那个时代的风起云涌,或壮丽,或哀怨,推之于剑法,则招式百转,剑意千回,七情入武,六欲归宗,一剑出,天地将为我风云色变。
  • 追妻无门:女boss不好惹

    追妻无门:女boss不好惹

    青涩蜕变,如今她是能独当一面的女boss,爱了冷泽聿七年,也同样花了七年时间去忘记他。以为是陌路,他突然向他表白,扬言要娶她,她只当他是脑子抽风,他的殷勤她也全都无视。他帮她查她父母的死因,赶走身边情敌,解释当初拒绝她的告别,和故意对她冷漠都是无奈之举。突然爆出她父母的死居然和冷家有丝毫联系,还莫名跳出个公爵未婚夫,扬言要与她履行婚约。峰回路转,破镜还能重圆吗? PS:我又开新文了,每逢假期必书荒,新文《有你的世界遇到爱》,喜欢我的文的朋友可以来看看,这是重生类现言,对这个题材感兴趣的一定要收藏起来。
  • 镇河

    镇河

    无帝年代,邪魔纵横。禁区的生物蠢蠢欲动,诡异的生灵暗中窥视……没落的时代,残酷真相逐渐露出水面……乱世少年起,大荒挽天弓。鸿蒙盛世现,帝血焚苍穹!抛去这头颅,洒了这热血,挫骨扬灰又如何?安敢,战否?!
  • SERMONS ON THE CARD AND OTHER DISCOURSES

    SERMONS ON THE CARD AND OTHER DISCOURSES

    本书为公版书,为不受著作权法限制的作家、艺术家及其它人士发布的作品,供广大读者阅读交流。汇聚授权电子版权。
  • Meteorology

    Meteorology

    本书为公版书,为不受著作权法限制的作家、艺术家及其它人士发布的作品,供广大读者阅读交流。汇聚授权电子版权。