A-level 物理/电子、波和光子/电流

电能之所以有用，是因为我们可以很容易地将其转化为其他形式的能量，例如光、声和热。电能通过导线以电流的形式从一个地方传输到另一个地方。

电流和电荷

电流是指带电粒子（通常是电子）在电路中流动。金属是良好的导体，因为它们具有可以轻松移动的自由电子。

电流的单位是安培。

带电粒子具有正电荷或负电荷。可以使用以下公式找到电荷的强度：

$Q=I\times t$

其中 Q 是电荷量（库仑），I 是电流（安培），t 是时间（秒）。

我们可以用这个公式来定义库仑。

一库仑是指当 1 安培的电流持续 1 秒时，流过某一点的电荷量。

电子流

当你用导线将电池连接到一个小灯泡时，你会说电流从电池的正极流向负极。这被称为常规电流。然而，电子是从负极流向正极。这种电子流的方向与常规电流相反，必须注意不要混淆两者。当我们只说电流时，假设我们指的是常规电流。

这样做的原因是，在人们了解导体中电流流动时内部发生的事情之前，就已经选择了常规电流的方向。

在 A-level 中，以库仑为单位的电荷量是电流（安培）与时间（秒）的乘积。

电阻

任何具有电阻的元件都会阻碍电流的流动。

电阻

在电路中，电流环绕电路流动。电路中的每个元件都具有一定的电阻，该电阻会阻碍电流的流动。

电源提供的电压可以简单地描述为给电子提供的“推力”，使其在电路中流动。

因此，可以认为电压越大，电流越大，电阻越大，电流越小。那么，流过电路的电流可以用以下公式表示：

$I={\frac {V}{R}}$.

例如，如果你将一个 9 伏特的电源连接到一个 3 Ω（读作 3 欧姆）的电阻器上，你可以使用上面的公式来计算电流。$I={\frac {9}{3}}$，所以 $I=3A$。

该公式的一种特殊形式用于定义电阻和欧姆。

$R={\frac {V}{I}}$.

这意味着元件的电阻是在通过该元件的每单位电流下，该元件两端的电压。更正式地说，可以写成：

电路中元件的电阻是该元件两端电压与其电流之比。

电阻的单位，欧姆（Ω），定义为：当通过元件的电流为 1 安培时，元件两端的电压为 1 伏特。换句话说，一欧姆等于一伏特每安培。

欧姆定律

在许多元件中，其两端的电压与其通过的电流成正比。你可以在一个包含已知电阻的电阻器、电压表、电流表和具有可变电压的电源的电路中观察到这一点。当你增加电压时，电流也会增加。你会得出结论，$V\propto I$，比例常数等于 $R$。这给了我们 $V=IR$，这是我们熟悉的公式的一种形式。

其中 $V\propto I$的元件被称为欧姆导体，其电阻为常数。它们被称为遵循欧姆定律，该定律指出：

如果电源电压保持不变，电流的大小与电阻成反比。

      OR

如果温度保持不变，通过导体的电流与其两端的电压成正比。

需要注意的是，并非所有元件都是欧姆导体，它们的电阻值可能会有所变化。您需要使用公式$R={\frac {V}{I}}$来计算特定$V$和$I$值的电阻。

下面你可以看到3个图，纵轴表示电流，横轴表示电压。当图线为直线时，电压与电流成正比。因此，只有金属导体是欧姆导体。

二极管和灯丝灯是**非欧姆**导体的两个例子。二极管被设计为只允许电流在一个方向上通过，因此其图中使用了负值。灯丝灯的温度不恒定，而根据欧姆定律，元件要成为欧姆导体，其温度必须恒定。相反，当电流通过它时，它会发热，这会影响电阻。

电阻率

材料的**电阻率**是决定其单位长度和单位横截面积电阻的属性。例如，铜比铅导电性更好，换句话说，铅的电阻率比铜高。你可以用这种方式比较不同的材料。

电阻率，ρ（希腊字母rho），由以下公式定义

$\rho ={\frac {RA}{l}}$

其中ρ是电阻率，R是电阻，A是材料的横截面积，l是材料的长度。

电阻率的单位是欧姆米，Ωm。

如果我们将上述公式重新排列，使

$R={\frac {\rho l}{A}}$

你可以看到，随着导线长度的增加，其电阻也会增加，而随着导线横截面积的增加，其电阻会减小。前提是温度保持恒定，并且始终使用相同的材料，以确保电阻率保持不变。

电压和能量

前面，我们简单地说电压是给予电子或电荷单位的“推力”。现在，我们将从能量的角度来考察电压，并找到伏特的更准确定义。

电势差

当你在元件两端连接电压表时，你测量的电压就是**电势差**(PD)。电能正在被元件消耗，因此我们可以说电势差是电荷**损失能量**的电压。电势差的符号为V。

根据定义，电势差是指将单位电荷从一点移动到另一点时，从电能转换为其他形式能量的能量。因此，如果电阻的PD为2V，则如果3库仑的电荷通过它，则消耗的能量为6焦耳。

电势差是单位电荷损失的能量，可以用以下公式表示

$V={\frac {W}{Q}}$

电动势

电池向电路提供一定的电压，电子在流过电池时**获得能量**。这种电荷获得能量的电压称为**电动势**(EMF)，以伏特(V)为单位测量。其符号为ε。

EMF是单位电荷获得的能量，可以用以下公式表示

$E={\frac {W}{Q}}$

PD和EMF都以伏特为单位测量，一伏特等于一焦耳每库仑。

电能和功率

功率是能量转换的速率，用以下公式表示

$P={\frac {W}{t}}$

为了找到电功率的公式，我们取电压的以下公式，并将W作为主语

$V={\frac {W}{Q}}$

$W=QV$

然后我们需要将两边除以t以得到功率

${\frac {W}{t}}={\frac {QV}{t}}$

回想一下，电荷除以时间是电流，我们现在有

$P=I\times V$

从上面的公式可以看出，电功率仅仅是电流和电压的乘积。你可以将它与$V=IR$结合起来，得到另外两个公式

$P=I^{2}R$

$P={\frac {V^{2}}{R}}$

最后一个公式是关于能量的，它由功率公式推导而来。

$P={\frac {W}{t}}=IV$

$W=IVt$