電學的基本物理量,五大要素,電量、電流、電壓、電動勢、電阻

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一、電量

自然界中的一切物質都是由分子組成的,分子又是由原子組成的,而原子是由帶正電荷的原子核和一定數量帶負電荷的電子組成的。在通常情況下,原子核所帶的正電荷數等於核外電子所帶的負電荷數,原子對外不顯電性。但是,用一些辦法,可使某種物體上的電子轉移到另外一種物體上。失去電子的物體帶正電荷,得到電子的物體帶負電荷。物體失去或得到的電子數量越多,則物體所帶的正、負電荷的數量也越多。

物體所帶電荷數量的多少用電量來表示。電量是一個物理量,它的單位是庫侖,用字母C表示。1C的電量相當於物體失去或得到6.25×1018個電子所帶的電量。

二、電流

電荷的定向移動形成電流。電流有大小,有方向。 1.電流的方向

1、人們規定正電荷定向移動的方向為電流的方向。金屬導體中,電流是電子在導體內電場的作用下定向移動的結果,電子流的方向是負電荷的移動方向,

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與正電荷的移動方向相反,所以金屬導體中電流的方向與電子流的方向相反,如圖1—1所示。

2.電流的大小

電學中用電流強度來衡量電流的大小。電流強度就是l秒鐘通過導體截面的電量。電流強度用字母I表示,計算公式如下:

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式中 I——電流強度,單位安培(A);

Q——在t秒時間內,通過導體截面的電量數,單位庫侖(C);

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t——時間,單位秒(s)。

實際使用時,人們把電流強度簡稱為電流。電流的單位是安培,簡稱安,用字母A表示。如果1秒內通過導體截面的電量為1庫侖,則該電流的電流強度為1安培,習慣簡稱電流為1安。實際應用中,除單位安培外,還有千安(kA)、毫安(mA)和微安(A)。它們之間的關係為:

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三、電壓

為了弄清楚電荷在導體中定向移動而形成電流的原因,我們對照圖1—2a水流的形成來理解這個問題。

從圖1—2a可以看到外水由一A槽經C管向8槽流去。水之所以能在C管中進行定向移動,是由於A槽水位高,B槽水位低所致:A,B兩槽之間的水位差即水壓,是實現水形成水流的原因。與此相似,當圖1—2b中的開關S閉合後,電路里就有電流。這是因為電源的正極電位高,負極電位低。兩個極間電位差(電壓)使正電荷從正極出發,經過負載R移向負極形成電流。所以,電壓是自由電荷發生定向移動形成電流的原因。在電路中電場力把單位正電荷由高電位a點移向低電位b點所做的功稱為兩點間的電壓,用ab

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U表示。所以電壓是a與b兩點

間的電位差,它是衡量電場力做功本領大小的物理量。

電壓用字母U表示,單位為伏特,電場力將1庫侖電荷從a點移到b點所做的功為1焦耳,則ab間的電壓值就是1伏特,簡稱伏,用字母V表示。常用的電壓單位還有千伏(kV),毫伏(mV)等。它們之間的關係為:

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電壓與電流相似,不但有大小,而且有方向。對於負載來說,電流流人端為正端,電流流出端為負端。電壓的方向是由正端指向負端,也就是說負載中電壓實際方向與電流方向一致。在電路圖中,用帶箭頭的細實線表示電壓的方向

電動勢、電阻!

四、電動勢、電源

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在圖1—2a中,為使水在C管中持續不斷地流動,必須用水泵把B槽中的水不斷地泵入A槽,以維持兩槽間的固定水位差,也就是要保證C管兩端有一定的水壓。在圖1—2b中,電源與水泵的作用相似,它把正電荷由電源的負極移到正極,以維持正、負極間的電位差,即電路中有一定的電壓使正電荷在電路中持續不斷地流動。

電源是利用非電力把正電荷由負極移到正極的,它在電路中將其他形式能轉換成電能。電動勢就是衡量電源能量轉換本領的物理量,用字母E表示,它的單位也是伏特,簡稱伏,用字母V表示。

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電源的電動勢只存在於電源內部。人們規定電動勢的方向在電源內部由負極指向正極。在電路中也用帶箭頭的細實線表示電動勢的方向,如圖1—2b所示。當電源兩端不接負載時,電源的開路電壓等於電源的電動勢,但二者方向相反。

生活中用測量電源端電壓的辦法,來判斷電源的狀態。比如測得工作電路中兩節5號電池的端電壓為2.8 V,則說明電池電量比較充足。

五、電阻

一般來說,導體對電流的阻礙作用稱為電阻,用字母R表示。電阻的單位為歐姆,簡

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式中 R——導體電阻,單位為歐();

L——導體長度,單位為米(m);

S——導體截面積,單位為平方毫米(2

mm);

——電阻率,單位為歐·米(·m)。

式中電阻率是與材料性質有關的物理量。電阻率的大小等於長度為1m,截面積為12

mm的導體在一定溫度下的電阻值,其單位為歐米(:m)。例如,銅的電阻率為1.7×8

10·

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m,就是指長為1m,截面積為1mmz的銅線的電阻是1.7×8

10。幾種常用材料在20°

C時的電阻率見表1—1。

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從表中可知,銅和鋁的電阻率較小,是應用極為廣泛的導電材料。以前,由於我國鋁的礦藏量豐富,價格低廉,常用鋁線作輸電線。由於銅線有更好的電氣特性,如強度高、電阻率小,現在銅製線材被更廣泛應用。電動機、變壓器的繞組一般都用銅材。

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