电力基础知识

早在电学研究开始之前，古希腊人就观察到了电现象。用羊毛或毛皮摩擦半宝石琥珀石就足够了，因为它开始吸引干稻草、纸或绒毛和羽毛。

现代学校的实验使用玻璃和橡胶棒，上面涂有丝绸或羊毛。在这种情况下，认为玻璃棒上残留正电荷，而硬质橡胶棒上残留负电荷。这些杆还可以吸引小纸片等。小物体。这种吸引力就是查尔斯·库仑研究的电场效应。

在希腊语中，琥珀被称为电子，因此为了描述这种吸引力，威廉·希尔伯特（William Hilbert，1540-1603）提出了“电”一词。

1891年，英国科学家斯托尼·乔治·约翰斯顿假设物质中存在带电粒子，他称之为电子。该声明使理解电线中的电气过程变得更加容易。

金属中的电子非常自由，很容易从原子中分离出来，在电场的作用下，更准确地说，金属原子之间的电位差移动，产生 电……因此，铜线中的电流是电子流沿着铜线从一端流向另一端。

不仅金属能够导电。在某些条件下，液体、气体和半导体是导电的。在这些环境中，电荷载体是离子、电子和空穴。但是现在我们只谈论金属，因为即使在金属中，一切也不是那么简单。

现在，我们谈论的是直流电，其方向和幅度不会改变。因此，在电路图上可以用箭头指示电流流向的位置。电流被认为是从正极流向负极，这是电学研究早期得出的结论。

后来事实证明，电子实际上是在完全相反的方向上移动——从负到正。但尽管如此，他们并没有放弃“错误”的方向，而且这个方向被称为当前的技术方向。如果灯仍然亮着，那有什么不同呢？电子的运动方向称为真实方向，最常用于科学研究。

如图 1 所示。

图片1。

如果将开关“甩”到电池上一段时间，电解电容C就会被充电，并在其上积累一些电荷。给电容器充电后，开关转向灯泡。灯闪烁并熄灭 - 电容器放电。很明显，闪光的持续时间取决于电容器中存储的电荷量。

伽伐尼电池也储存电荷，但比电容器多得多。因此，闪光时间足够长——灯可以燃烧数小时。

电荷、电流、电阻和电压

电荷的研究是由法国科学家库仑 (C. Coulomb) 进行的，他于 1785 年发现了以他的名字命名的定律。

在公式中，电荷表示为 Q 或 q。这个量的物理意义是带电体进入电磁相互作用的能力：电荷相斥，异相相吸，电荷间的相互作用力与电荷的大小成正比，与距离的平方成反比它们之间。如果是公式的形式，看起来是这样的：

F = q1 * q2 / r2

电子的电荷非常小，所以在实践中他们使用称为库仑的电荷量值......国际系统 SI (C) 中使用的正是这个值。一个吊坠包含不少于6.24151 * 1018（十的十八次方）个电子。如果每秒从这个电荷中释放出 100 万个电子，那么这个过程将持续长达 20 万年！

国际单位制中电流的测量单位是安培 (A)，以法国科学家安德烈·玛丽·安培 (1775 - 1836) 的名字命名。在 1A 的电流下，1 秒内正好有 1C 的电荷通过导线的横截面。这种情况下的数学公式如下：I = Q / t。

在此公式中，电流以安培为单位，电荷以库仑为单位，时间以秒为单位。所有设备都必须符合 SI 系统。

换句话说，每秒释放一个吊坠。与以公里每小时表示的汽车速度非常相似。因此，电流的强度无非就是电荷的流动速率。

在日常生活中更多的是使用系统外单位安培*小时。召回汽车电池就足够了，其容量仅以安培小时表示。每个人都知道并理解这一点，尽管没有人记得汽车配件商店的任何吊坠。但同时还有一个比例：1C=1*/3600安培*小时。可以将这样的量称为安培*秒。

在另一个定义中，1 A 的电流流过电阻为 1 Ω 的导体 电位差（电压） 在导线的末端为 1 V。这些值之间的比率由下式确定 欧姆定律... 这也许是最重要的电气定律，民间智慧说：“如果你不知道欧姆定律，就呆在家里吧！”这并非偶然。

欧姆定律测试

这个定律现在已经为大家所熟知：«电路中的电流与电压成正比，与电阻成反比。»好像只有三个字母——I = U / R，每个学生都会说：«So what?»。但实际上，通往这个简短公式的道路是充满荆棘和漫长的。

要测试欧姆定律，您可以组装图 2 中所示的最简单电路。

图 2。

调查非常简单——通过在纸上逐点增加电源电压，构建如图 3 所示的图形。

图 3。

看起来图形应该是一条完美的直线，因为关系 I = U / R 可以表示为 U = I * R，在数学上它是一条直线。事实上，在右侧，线向下弯曲。也许不多，但它可以弯曲，并且出于某种原因非常通用。在这种情况下，弯曲将取决于加热测试电阻的方法。它是由一根长铜线制成的，这并非没有：您可以将线圈紧紧地缠绕在线圈上，可以用一层石棉将其封闭，也许今天房间的温度是一样的，但是昨天是不一样，或者房间里有风口。

这是因为温度影响电阻的方式与加热时物理物体的线性尺寸相同。每种金属都有自己的电阻温度系数 (TCR)。但几乎每个人都知道并记得膨胀，却忘记了电气特性（电阻、电容、电感）的变化。但在这些实验中，温度是最稳定的不稳定源。

从文学的角度来看，这是一个相当优美的同义反复，但在这种情况下，它非常准确地表达了问题的本质。

19 世纪中叶的许多科学家试图发现这种依赖性，但实验的不稳定性干扰并引发了对所得结果真实性的怀疑。只有乔治·西蒙·欧姆 (Georg Simon Ohm) (1787-1854) 成功了，他设法拒绝了所有副作用，或者正如他们所说，只见树木不见森林。 1 欧姆电阻仍然以这位杰出科学家的名字命名。

每种成分都可以用欧姆定律表示：I = U / R，U = I * R，R = U / I。

为了不忘记这些关系，有所谓的欧姆三角或类似的东西，如图 4 所示。

图 4. 欧姆三角形

使用它非常简单：只需用手指关闭所需的值，其他两个字母将告诉您如何处理它们。

仍然需要回忆张力在所有这些公式中扮演什么角色，它的物理意义是什么。电压通常被理解为电场中两点的电势差。为了更容易理解，他们通常使用水箱、水和管道进行类比。

在这个“管道”方案中，管道中水的消耗量（升/秒）只是电流（库仑/秒），而水箱中上层水位与打开的水龙头之间的差值就是电位差（电压） .另外，如果阀门打开，出口压力等于大气压，可以作为条件零位。

在电路中，这种约定使得可以为公共导体（“接地”）取一个点，所有测量和调整都针对该点进行。大多数情况下，电源的负极端子被假定为这根电线，尽管情况并非总是如此。

电位差的单位是伏特 (V)，以意大利物理学家亚历山德罗·伏特 (Alessandro Volta) (1745-1827) 的名字命名。根据现代定义，在 1 V 的电位差下，移动 1 C 的电荷需要 1 J 的能量。消耗的能量由电源补充，类似于“管道”电路，它将是支撑水箱中水位的泵。