第1節(jié) 歐姆定律 - 電壓,、電流和電阻之間的關(guān)系
電流,、電壓和電阻之間的關(guān)系被稱為歐姆定律，由喬治 · 西蒙 · 歐姆(Georg Simon Ohm) 發(fā)現(xiàn)并發(fā)表在他 1827 年的論文“The Galvanic Circuit Investigated Mathematically”中,。 # 1. 電壓,、電流和電阻當(dāng)建立導(dǎo)電的路徑用來(lái)允許電荷連續(xù)移動(dòng)時(shí)，就會(huì)形成電路,。電荷通過(guò)導(dǎo)體的這種連續(xù)運(yùn)動(dòng)稱為電流,，它通常被稱為“流動(dòng)”，就像液體通過(guò)空心管的流動(dòng)一樣,。 促使電荷載體在電路中“流動(dòng)”的力稱為電壓,。電壓是對(duì)勢(shì)能的一種特定度量，它始終在兩點(diǎn)之間,，電壓高低是相對(duì)的,。 當(dāng)我們談到電路中存在一定量的電壓時(shí)，我們指的是測(cè)量存在多少勢(shì)能以將電荷載體從該電路中的一個(gè)特定點(diǎn)移動(dòng)到另一個(gè)特定點(diǎn),。不提及兩個(gè)特定點(diǎn),，術(shù)語(yǔ)“電壓”是沒(méi)有意義的。 電流傾向于以某種程度的摩擦或與運(yùn)動(dòng)相反的方式通過(guò)導(dǎo)體,。這種對(duì)運(yùn)動(dòng)的抵抗更恰當(dāng)?shù)胤Q為阻抗,。電路中的電流量取決于電壓量和電路中阻止電流流動(dòng)的電阻量。 就像電壓一樣,，電阻也是兩點(diǎn)之間的相對(duì)量,。出于這個(gè)原因,，電壓和電阻的大小通常表示為“兩點(diǎn)之間的電壓”或“兩點(diǎn)之間的電阻”。 # 2. 物理量單位：伏特,、安培和歐姆為了能夠?qū)﹄娐分械倪@些物理量做出有意義的陳述,，我們需要能夠以與量化質(zhì)量、溫度,、體積,、長(zhǎng)度或任何其他類型的物理量相同的方式來(lái)描述它們的量值。對(duì)于質(zhì)量,，我們可以使用“千克”或“克”的單位。 對(duì)于溫度,，我們可以使用華氏度或攝氏度,。以下是電流、電壓和電阻的標(biāo)準(zhǔn)物理量單位：
為每個(gè)物理量給出的“符號(hào)”是用于在代數(shù)方程中表示該物理量的標(biāo)準(zhǔn)字母,。像這樣的標(biāo)準(zhǔn)化字母在物理和工程學(xué)科中很常見(jiàn),，并且是國(guó)際公認(rèn)的。 每個(gè)物理量的“單位縮寫”表示用作其特定物理量單位的速記符號(hào)的字母符號(hào),。那個(gè)看起來(lái)很奇怪的“馬蹄形”符號(hào)是大寫的希臘字母Ω,。 每個(gè)物理量單位都以著名的電學(xué)實(shí)驗(yàn)者命名：安培以法國(guó)人安德烈·M·安培命名，伏特以意大利人亞歷山德羅·伏打命名,，歐姆以德國(guó)人喬治·西蒙·歐姆命名,。 每個(gè)物理量的數(shù)學(xué)符號(hào)也很有意義。電阻的“R”和電壓的“V”都是不言自明的,，而電流的“I”似乎有點(diǎn)奇怪,。“I”被認(rèn)為是代表“強(qiáng)度”（電荷流）,，而電壓的另一個(gè)符號(hào)“E”代表“電動(dòng)勢(shì)”,。從我所做的研究來(lái)看，“I”的含義似乎存在一些爭(zhēng)議,。 符號(hào)“E”和“V或者U”在大多數(shù)情況下可以互換,，盡管有些文本保留“E”代表電源（例如電池或發(fā)電機(jī)）的電壓，而“V或者U”代表其他任何東西的電壓,。 所有這些符號(hào)都用大寫字母表示,，除非一個(gè)量（特別是電壓或電流）是用一個(gè)短暫的時(shí)間段（稱為“瞬時(shí)”值）來(lái)描述的。例如,，長(zhǎng)期穩(wěn)定的電池電壓將用大寫字母“E”表示,，而雷擊擊中電源線的瞬間電壓峰值很可能用大寫字母“E”表示用小寫字母“e”（或小寫“v”）來(lái)指定在某個(gè)時(shí)刻的值。 同樣的小寫約定也適用于電流,，小寫字母“i”代表某個(gè)時(shí)刻的電流,。然而，大多數(shù)直流 (DC) 測(cè)量值隨著時(shí)間的推移保持穩(wěn)定，將用大寫字母表示,。 # 3. 庫(kù)侖和電荷電學(xué)測(cè)量的一個(gè)單位庫(kù)侖是通常在電子課程開始時(shí)教授的一個(gè)基本單位,，但之后很少使用，它是與處于不平衡狀態(tài)的電子數(shù)量成正比的電荷量度,。一庫(kù)侖電荷等于 6,250,000,000,000,000,000 個(gè)電子,。 電荷量的符號(hào)為大寫字母“Q”，庫(kù)侖單位縮寫為大寫字母“C”,。碰巧的是,，電流的單位安培等于 1 庫(kù)侖的電荷在 1 秒內(nèi)通過(guò)電路中的給定點(diǎn)。用這些術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō),，電流是電荷通過(guò)導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)速率,。 如前所述，電壓是單位電荷勢(shì)能的量度,，可用于激勵(lì)電流從一個(gè)點(diǎn)流向另一個(gè)點(diǎn),。在我們準(zhǔn)確定義“伏特”是什么之前，我們必須了解如何測(cè)量這個(gè)我們稱之為“勢(shì)能”的量,。任何能量的通用公制單位是焦耳,，等于通過(guò) 1 米的運(yùn)動(dòng)（沿相同方向）施加 1 牛頓的力所做的功。 在英制單位中,，在 1 英尺的距離上施加的力略小于 3/4 磅,。通俗地說(shuō)，大約需要 1 焦耳的能量才能將 3/4 磅的重物抬離地面 1 英尺,，或者使用 3/4 磅的平行拉力將某物拖出 1 英尺的距離,。用這些科學(xué)術(shù)語(yǔ)定義，1 伏特等于每 1 庫(kù)侖電荷攜帶1 焦耳的電勢(shì)能,。因此,，一個(gè) 9 伏的電池每通過(guò)一個(gè)庫(kù)侖的電荷就會(huì)釋放 9 焦耳的能量。 當(dāng)我們開始探索電路中它們之間的關(guān)系時(shí),，了解這些電量單位和符號(hào)將變得非常重要,。 # 4. 歐姆定律方程歐姆的主要發(fā)現(xiàn)是，在任何給定溫度下,，通過(guò)電路中金屬導(dǎo)體的電流量與施加在其上的電壓成正比,。歐姆用一個(gè)簡(jiǎn)單的方程式表達(dá)了他的發(fā)現(xiàn)，描述了電壓,、電流和電阻之間的相互關(guān)系：
在這個(gè)代數(shù)表達(dá)式中,，電壓 (E) 等于電流 (I) 乘以電阻 (R)。使用代數(shù)方法,，我們可以將這個(gè)方程處理成兩個(gè)變體,，分別求解 I 和 R：
# 5. 用歐姆定律分析簡(jiǎn)單電路讓我們看看這些方程如何幫助我們分析簡(jiǎn)單的電路：
在上述電路中,，只有一個(gè)電壓源（左側(cè)的電池）和一個(gè)電流電阻源（右側(cè)的燈）。這使得應(yīng)用歐姆定律變得非常容易,。如果我們知道該電路中三個(gè)量（電壓,、電流和電阻）中任意兩個(gè)的值，我們可以使用歐姆定律來(lái)確定第三個(gè),。 在第一個(gè)示例中,，我們將計(jì)算電路中的電流量 (I)，給定電壓 (E) 和電阻 (R) 值：
該電路中的電流量 (I) 是多少,？
在第二個(gè)示例中,，我們將在給定電壓 (E) 和電流 (I) 值的情況下計(jì)算電路中的電阻 (R)：
燈提供的電阻 (R) 是多少？
在最后一個(gè)示例中,，我們將計(jì)算電池提供的電壓量,，給定電流 (I) 和電阻 (R) 值：
電池提供的電壓是多少？
# 6. 歐姆定律三角技術(shù)歐姆定律是用于分析電路的非常簡(jiǎn)單且有用的工具,。它在電力和電子學(xué)的研究中經(jīng)常使用，以至于需要認(rèn)真記住它,。對(duì)于那些還不熟悉代數(shù)的人來(lái)說(shuō),，記住如何解決任何一個(gè)變量，給定其他兩個(gè)數(shù)值,，下面是一個(gè)技巧,。 首先，將字母 E,、I 和 R 排列成一個(gè)三角形,，如下所示：
如果您知道 E 和 I，并希望確定 R,，只需從圖片中消除 R,，然后看看剩下的內(nèi)容：
如果您知道 E 和 R，并希望確定 I,，則消除 I 并查看剩下的內(nèi)容：
最后,，如果您知道 I 和 R，并希望確定 E,，則消除 E 并查看剩下的內(nèi)容：
最終,，你必須熟悉代數(shù)才能認(rèn)真學(xué)習(xí)電學(xué)和電子學(xué)，但這個(gè)技巧可以讓你的第一次計(jì)算更容易記住,。 # 7. 總結(jié)
# 8. 原文參考# 9. 向?qū)恼聟⒖?/h2> |
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