電力基礎知識

早在電學研究開始之前，古希臘人就觀察到了電現象。用羊毛或毛皮摩擦半寶石琥珀石就足夠了，因為它開始吸引幹稻草、紙或絨毛和羽毛。

現代學校的實驗使用玻璃和橡膠棒，上面塗有絲綢或羊毛。在這種情況下，認為玻璃棒上殘留正電荷，而硬質橡膠棒上殘留負電荷。這些桿還可以吸引小紙片等。小物體。這種吸引力就是查爾斯·庫侖研究的電場效應。

在希臘語中，琥珀被稱為電子，因此為了描述這種吸引力，威廉希爾伯特（1540-1603）提出了“電”一詞。

1891年，英國科學家斯托尼·喬治·約翰斯頓假設物質中存在帶電粒子，他稱之為電子。該聲明使理解電線中的電氣過程變得更加容易。

金屬中的電子非常自由，很容易從原子中分離出來，在電場的作用下，更準確地說，金屬原子之間的電位差移動，產生 電……因此，銅線中的電流是電子流沿著銅線從一端流向另一端。

不僅金屬能夠導電。在某些條件下，液體、氣體和半導體是導電的。在這些環境中，電荷載體是離子、電子和空穴。但是現在我們只談論金屬，因為即使在金屬中，一切也不是那麼簡單。

現在，我們談論的是直流電，其方向和幅度不會改變。因此，在電路圖上可以用箭頭指示電流流向的位置。電流被認為是從正極流向負極，這是電學研究早期得出的結論。

後來事實證明，電子實際上是在完全相反的方向上移動——從負到正。但儘管如此，他們並沒有放棄“錯誤”的方向，而且這個方向被稱為當前的技術方向。如果燈仍然亮著，那有什麼不同呢？電子的運動方向稱為真實方向，最常用於科學研究。

如圖 1 所示。

圖片1。

如果將開關“甩”到電池上一段時間，電解電容C就會被充電，並在其上積累一些電荷。給電容器充電後，開關轉向燈泡。燈閃爍並熄滅 - 電容器放電。很明顯，閃光的持續時間取決於電容器中存儲的電荷量。

伽伐尼電池也儲存電荷，但比電容器多得多。因此，閃光時間足夠長——燈可以燃燒數小時。

電荷、電流、電阻和電壓

電荷的研究是由法國科學家庫侖 (C. Coulomb) 進行的，他於 1785 年發現了以他的名字命名的定律。

在公式中，電荷表示為 Q 或 q。這個量的物理意義是帶電體進入電磁相互作用的能力：電荷相斥，異相相吸，電荷間的相互作用力與電荷的大小成正比，與距離的平方成反比它們之間。如果是公式的形式，看起來是這樣的：

F = q1 * q2 / r2

電子的電荷非常小，所以在實踐中他們使用稱為庫侖的電荷量值......國際系統 SI (C) 中使用的正是這個值。一個吊墜包含不少於6.24151 * 1018（十的十八次方）個電子。如果每秒從這個電荷中釋放出 100 萬個電子，那麼這個過程將持續長達 20 萬年！

國際單位制中電流的測量單位是安培 (A)，以法國科學家安德烈·瑪麗·安培 (1775 - 1836) 的名字命名。在 1A 的電流下，1 秒內正好有 1C 的電荷通過導線的橫截面。這種情況下的數學公式如下：I = Q / t。

在此公式中，電流以安培為單位，電荷以庫侖為單位，時間以秒為單位。所有設備都必須符合 SI 系統。

換句話說，每秒釋放一個吊墜。與以公里每小時表示的汽車速度非常相似。因此，電流的強度無非就是電荷的流動速率。

在日常生活中更多的是使用系統外單位安培*小時。召回汽車電池就足夠了，其容量僅以安培小時表示。每個人都知道並理解這一點，儘管沒有人記得汽車配件商店的任何吊墜。但同時還有一個比例：1C=1*/3600安培*小時。可以將這樣的量稱為安培*秒。

在另一個定義中，1 A 的電流流過電阻為 1 Ω 的導體 電位差（電壓） 在導線的末端為 1 V。這些值之間的比率由下式確定 歐姆定律... 這也許是最重要的電氣定律，民間智慧說：“如果你不知道歐姆定律，就呆在家裡吧！”這並非偶然。

歐姆定律測試

這個定律現在已經為大家所熟知：«電路中的電流與電壓成正比，與電阻成反比。»好像只有三個字母——I = U / R，每個學生都會說：«So what?»。但實際上，通往這個簡短公式的道路是充滿荊棘和漫長的。

要測試歐姆定律，您可以組裝圖 2 中所示的最簡單電路。

圖 2。

調查非常簡單——通過在紙上逐點增加電源電壓，構建如圖 3 所示的圖形。

圖 3。

看起來圖形應該是一條完美的直線，因為關係 I = U / R 可以表示為 U = I * R，在數學上它是一條直線。事實上，在右側，線向下彎曲。也許不多，但它可以彎曲，並且出於某種原因非常通用。在這種情況下，彎曲將取決於加熱測試電阻的方法。它是由一根長銅線製成的，這並非沒有：您可以將線圈緊緊地纏繞在線圈上，可以用一層石棉將其封閉，也許今天房間的溫度是一樣的，但是昨天是不一樣，或者房間裡有風口。

這是因為溫度影響電阻的方式與加熱時物理物體的線性尺寸相同。每種金屬都有自己的電阻溫度係數 (TCR)。但幾乎​​每個人都知道並記得膨脹，卻忘記了電氣特性（電阻、電容、電感）的變化。但在這些實驗中，溫度是最穩定的不穩定源。

從文學的角度來看，這是一個相當優美的同義反复，但在這種情況下，它非常準確地表達了問題的本質。

19 世紀中葉的許多科學家試圖發現這種依賴性，但實驗的不穩定性干擾並引發了對所得結果真實性的懷疑。只有喬治·西蒙·歐姆 (Georg Simon Ohm) (1787-1854) 成功了，他設法拒絕了所有副作用，或者正如他們所說，只見樹木不見森林。 1 歐姆電阻仍然以這位傑出科學家的名字命名。

每種成分都可以用歐姆定律表示：I = U / R，U = I * R，R = U / I。

為了不忘記這些關係，有所謂的歐姆三角或類似的東西，如圖 4 所示。

圖 4. 歐姆三角形

使用它非常簡單：只需用手指關閉所需的值，其他兩個字母將告訴您如何處理它們。

仍然需要回憶張力在所有這些公式中扮演什麼角色，它的物理意義是什麼。電壓通常被理解為電場中兩點的電勢差。為了更容易理解，他們通常使用水箱、水和管道進行類比。

在這個“管道”方案中，管道中水的消耗量（升/秒）只是電流（庫侖/秒），而水箱中上層水位與打開的水龍頭之間的差值就是電位差（電壓） .另外，如果閥門打開，出口壓力等於大氣壓，可以作為條件零位。

在電路中，這種約定使得可以為公共導體（“接地”）取一個點，所有測量和調整都針對該點進行。大多數情況下，電源的負極端子被假定為這根電線，儘管情況並非總是如此。

電位差的單位是伏特 (V)，以意大利物理學家亞歷山德羅·伏特 (Alessandro Volta) (1745-1827) 的名字命名。根據現代定義，在 1 V 的電位差下，移動 1 C 的電荷需要 1 J 的能量。消耗的能量由電源補充，類似於“管道”電路，它將是支撐水箱中水位的泵。