第一節 電路的基本概念
在漁船上,電氣照明、通訊導航設備等等都離不開電。電到底是什麼?根據原子結構學說,自然界的一切物質都是由分子組成的,分子由原子組成,原子又由一個帶正電的原子核和圍繞著原子核高速旋轉著的帶負電的電子組成。
在正常情況下,原子核帶的正電同核外電子總共帶的負電數量相等,所以不顯示帶電性能。當兩物體摩擦時(例如用絲綢摩擦玻璃棒),一物體因部分失去電子而帶正電,另一個物體因得到電子而帶負電。這就是說有了電或者說物體帶了電荷。
人們為了使正電和負電分離,經過反複實驗,製成了發電機(利用電磁方法產生電)、電池(利用化學方法產生電)等,從而使電能得到了應用。
一、電路的組成
所謂電路,就是電流所通過的路徑。是一個最簡單的電路,但它包括了電路最基本的組成部分。任何電路都是由電源、負載和中間環節(包括開關和導線)三部分組成。
二、電流、電壓與電阻
在理解電流、電壓與電阻這三個抽象的概念之前,我們來比較一水壩與最簡單電路的比較,它們在原理上是一樣的。
(一)電流
1.電流的形成
如同水能在管中流動一樣,電荷也能在導體中流動。電路接通後,電荷有規則地定向運動就形成了電流。
在直流電中,我們規定:在外電路,電流從電源正極到負極;在電源內部,電流從電源負極到正極。電流流動的方向是從電池的陽極流向陰極。
水在流動中有快慢之分,電荷在流動中也有強弱之分,電流的強弱用電流強度來衡量,用I表示。其電流強度用單位時間內通過導體橫截麵的電量來衡量。
在我國法定計量單位中,電流I的單位為安培,簡稱安(A)。
常用的電流單位還有:微安(μA)、毫安(mA)、千安(kA)等。
它們與安培(A)的換算關係為:
1千安(kA)=1000安(A);1安(A)=1000毫安(mA);1毫安(mA)=1000微安(μA)
2.直流電與交流電
直流電:大小和方向不隨時間變化的電流,稱為直流電。在直流電的作用下的電路稱為直流電路。
交流電:大小和方向隨時間作周期性變化的電流,稱為交流電。在交流電的作用下的電路稱為交流電路。
直流電與交流電的波形。
(二)電壓
1.電壓
如同水在管子中之所以能流動,是因為有位差使水從高處流向低處,電流所以能夠流動,也是因為在電路中有著高電位和低電位之間的差別。電路中任意兩點間的電位差,稱為這兩點間的電壓,用字母U表示。例如A、B兩點間的電壓為:UAB=VA-VB。電壓的實際方向規定為由高電位點指向低電位點。
2.電動勢
電源內部由於其他能量的作用而產生一定的電位差,我們稱之為電動勢,用字母E表示。電動勢是衡量不同電源轉換電能本領的物理量。電動勢的實際方向規定為從低電位點指向高電位點,即由“-”極指向“+”極,因此沿電動勢的實際方向電位是逐點升高的。
若持續使該水泵旋轉,則會連續不斷地產生水流。就像水泵的作用那樣,幹電池的電動勢的作用就是保持燈泡兩端的電位差,使小燈泡持續點亮。
電位、電壓和電動勢的國際單位製為伏特(V),常用的單位還有毫伏(mV)、微伏(μV)、千伏(kV)等,它們與伏特(V)的換算關係為:
1千伏(kV)=1000伏特(V);1伏特(V)=1000毫伏(mV);1毫伏(mV)=1000微伏(μV)
(三)電阻
1.電阻
如同水在管中流動要受到一定的阻力一樣,電子在導體中流動也受著一定的阻力。導體對電流的阻礙作用稱為電阻,用R表示。電阻元件是對電流呈現阻礙作用的耗能元件,例如燈泡、電熱爐等。