电路分析(一)——电流、电压和电功率

假如想象 提交于 2020-02-10 13:00:32

电路分析(一)——电流、电压和电功率

所谓电路,就是各种电器元件构成的电流的通路,因此,明确什么是电流,就有助于我们对电路展开分析,那么什么是电流呢,电流就是定向运动的电荷。

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电荷

对于电荷,我们先从他的属性开始,电荷是物质的一种物理性质,举个例子,我们说的物质带电,摩擦起电树说的就是该物质带有电荷,而我们平时所理解的电荷时一种粒子,其实是基本电荷或元电荷,即带正电的质子和带负电的电子,对于基本电荷,他们所携带的电荷量是1.9×10^19库伦,记为 e ,而其他电荷所带的电荷量为 e 的整数倍。而正是因为存在正电荷和负电荷,也就会有下面的性质:同性相斥,异性相吸和电荷守恒。

电压

说完电荷,我们在说一说电荷是因为什么进行移动的,关键在于电压,而电压的定义也恰好说明了这一点:电压,就是将正电荷从点 b 移动到点 a (或将负电荷从点 a 移动到点 b )所做的功,关于电压推动电荷的而运动,有两种解释,分别是从力的角度和从能量的角度进行解释,下面我们分别进行介绍。

第一种,力的角度:从上面的定义中,我们知道电荷的做功是由于做功形成的,那么是什么进行做功的呢,答案是电场力。前文我们说到了电荷的分类,现在我们来继续说电荷之间的相互作用,电荷之间的相互作用是通过电场力来实现的,电场是电荷周围存在的一种不是由原子和分子组成,但是却真实存在的特殊物质。正是因为电场力的做功,才有了电压。而对于电场力的大小的描述,就是电场强度。

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说完了力的角度,接下来就说说能量的角度。

第二种,能量的角度,电场不但能够对在电场内的电荷有力的作用。同时,由于携带电荷量的不同,因此电荷所具有的能量也不同,这种性质叫做电位(静电场中叫做电势),而两点之间的电位的差距,所以为了形成稳定的结构,定要进行相应的功能转化,而这也就是电流形成原因。而这,也是电压的另一种表示。电压分为直流(DC)电压和交流(AC)电压。

总结一下,电流形成的原因就是由于电荷周围电场的存在,电场内部对于电荷的作用而形成电流,而电场的这种作用被科学家描述为电压,从力的角度和能量的角度被描述为电场力做功和电位差,但本质上都是一样的。

功率

最后,我们再来探讨一个概念——功率,功率,功率,做功的速率,物质做功存在能量上的转化,因此他也是描述能量上的变化的速率的。对于功率,存在着功率守恒,即电路提供的功率和电路消耗的功率相等。

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最后总结一下,电路的一切皆因电荷而起,因功能转化而与众不同:电荷因做功形成电流,做功本身被描述成电压,而做功的速度被描述成功率。电的大门就此打开。

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