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基本电路中的电流

时间:2020-02-24 10:04来源:皇朝游戏

 

1.3 基本电路中的电流

闭合电路中,电子能够在闭合环路中从高电势向低电势运动,因此形成了电流。换言之,电流的形成需要一个对电子有推力的电子源和电子的返回点。

电流(一种物理现象)有四种基本特征量:电压、电流、电阻和功禄食蜗罚皇朝游戏将使用图1-4中的简单电路作为接下来讨论的基准。注意,电路是以图片和电路图形式同时绘出的。若想了解更多的电路图符号,请参考附录B

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 1-4 简单直流电路

关于电流 这一术语,有以下几点需要说明。这个词在电子学中有不止一个含义,一开始可能会令人困惑。在一种意义上,电流是指穿过某种导体的电子流,它指的是电子所带电荷的运动。在另一种意义上,电流指的是穿过导体的电子数,它说明了在某个时间点经过电路某点的电子数量。换句话说,对电流的测量就是对运动的电子数量的测定。

对电流的一种理解方式就是记住电流必须在运动状态下测量。所以当你看见电流 这个词时,它通常指的是运动状态。更明确地说,电流 通常指的是电荷的移动。而静电荷,甚至是普通电池两极的静电荷都没有电流,也没有可测量的电流。

如图1-4所示,只沿一个方向流动的电流称为直流 (DC)。普通电池产生直流电,标准的计算机系统的直流供电也是如此。不断改变方向的电流称为交流 (AC)。交流电存在于家用壁式插座中(例如美国),它也是使音响系统中扬声器工作的电流。电流变换方向的速率称为频率 ,以每秒周数计量,单位为赫兹(缩写Hz)。因此,一个60 Hz的信号是由每秒钟改变方向60次的电流组成的。当交流电用于驱动扬声器时,对于一个频率为440 Hz的信号,皇朝游戏听起来就是高于中CA音。

按照惯例,直流电从正极流向大地(负极),而事实上,电子从电源负极流向电源正极。在图1-4中,箭头指示出了电子流。这一矛盾从根本上源于本杰明·富兰克林的错误假定,他认为电子带正电荷,从电源正极流向电源负极。他的猜想是错误的,但是当物理学家弄清楚真实情况的时候,皇朝游戏已经形成了根深蒂固的惯例,因而就有了传统电流和电子电流。虽然你应该知道了这一矛盾的存在,但从此处开始,皇朝游戏还是要使用传统电流,因为大多数电子工业都沿用这一惯例。

伏特 (V)是测量电势差、电势和电动势的单位。当使用电压 这个术语时,通常指的是电路两点之间的电势差。换言之,皇朝游戏说静电荷带有一定的伏特(电势),但在电路两点之间有一定的电压(电势差)。

电压可以被形象地理解为压力或驱动力(尽管它实际上并不是一种机械力)。这就是由电池或发电机产生的电动势(EMF),电动势可以驱动电流在电路中流动。尽管电源看起来不像发电机,它(例如插进壁式插座给手机充电的电源)也不过是某个电厂的发电机输出整流器而已。

电压也可以理解为电场中两点间的电势差。它类似于分别位于梯子顶端和高塔顶端的炮弹之间的势能之差。两枚炮弹都位于地球的重力场之中,都具有势能,而使它们达到各自的位置也需要做功。当炮弹释放时,塔顶的炮弹落到地面时比梯子顶端的炮弹落到地面时能量更大,因为它的高度更高,具有的势能也更大。

对电压的这两种描述实际上是一枚硬币正反两面的关系。为了在两点间建立电势差,必须做功。做功产生的能量消耗完之后,电势就会降低。当炮弹坠到地面上时,为了抬升它而克服重力所消耗的能量都转化为在地面上砸出一个深坑所需要的动能。

这里皇朝游戏记忆的重点是高电压比低电压有更多的可用电能(压力)。这就是为什么你用一截导线短接一块普通的9 V电池,却只能看见微弱的火花,而1000万伏(或更高)的闪电却能在一瞬间照亮云层到地面之间遥远的距离。闪电的电压更高,因此与地面的电势差也更高,它就能够克服途中空气的绝缘效应。

尽管电压可以被理解为电的压力,但电流是对某一时间点通过电路的电子总量的测量。记住,电流 有两个含义:电子的运动(电子流)和电子的流量。在电子学中,电流 这个词通常指的是在一瞬间流过导体中某一特定点的电子数量。此时电流的含义是物理学上的数量,用安培(A)这一单位测量。

既然已经了解了电压和电流,那皇朝游戏就可以检测一下在某些特定电压下,电荷在运动(有电流)时发生的事情。无论传统导体的性能多么优良,它也不可能在对电流不造成任何阻碍的情况下使电子通过(超导体可以,但此处不讨论这个问题)。电阻是对电路中的电流受到阻碍大小的衡量,单位是欧姆(Ω),以德国物理学家格奥尔格·西蒙·欧姆的名字命名。之后的1.6节对于电阻的物理特性有更详细的阐述。现在皇朝游戏来看看电阻是如何对电流产生影响的。

你可能会把电阻想象成类似机械摩擦的东西(但是这个类比并不完美)。当电流流过电阻,一部分电势差就转化为热量,在电阻两端会产生压降。所产生的热量与流过电阻的电流和压降的大小成函数关系。皇朝游戏将在1.5节详细讨论这个问题。

你也可以认为电阻是对原子的价电子层电子所表现出的黏性的量度。易于释放或接收电子的原子具有较低的电阻,而紧抓住电子不放的原子则会有较高的电阻(当然,一般情况下,不释放电子的物质是良好的绝缘体)。

例如,碳可以导电,但导电性不如铜。碳被广泛应用于制造电路中的电阻元件。

8章介绍了电阻等无源元件。

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