电子学手册/物质与电/导体与电

导体与电

通常，导体中的电荷随机漂移。当电气源连接到导体时，电力会对电荷施加压力，迫使电荷沿直线运动，从而在导体内部产生电流。电气源的压力称为电压

电压

电压定义为电力对导体中电荷施加的压力，迫使电荷沿直线运动，并通过电荷上所做的功与电荷量的比值来计算。电压用 V 表示，单位是伏特 v。

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

$1v={\frac {1J}{1C}}$

电流

电流定义为一定时间内流过导体某一截面的电荷量。电流通过电荷量与时间的比值来计算。电流用 I 表示，单位是安培 A

$I={\frac {Q}{t}}$

$1A={\frac {1C}{1s}}$

能量

功率定义为功的能量与时间的比值。功率通过电压与电流的乘积来计算。功率用 P 表示，单位是焦耳 J 或伏安 VA

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

1 J = 1v x 1A

电导

电导定义为电流与电压的比值。电导用 Y 表示，单位是西门子 1 / Ω

$Y={\frac {I}{V}}$

$1S={\frac {1A}{1V}}$

电阻

电阻定义为电压与电流的比值。电阻用 R 表示，单位是欧姆

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

$1={\frac {1V}{1A}}$

电阻

电阻与温度

观察发现，导体的电阻会随着温度的变化而变化

对于导体，R = Ro + nT

对于半导体，R = Ro e^nT

电阻与电能损耗

此外，当电阻为 R 的导体通电时，导体会释放热能到周围环境中，导致电能直接按比例损失到导体的电阻

$P_{R}=I^{2}R={\frac {V^{2}}{R}}$

能量供应、损耗和传输

导体的能量供应

$E_{V}=VI$

作为散热而损失的能量

$E_{R}=I^{2}R={\frac {V^{2}}{R}}$

无损传输的能量

$E_{V}=E_{V}-E_{R}$

$E_{V}=VI-I^{2}R=I(V-IR)$

$E_{V}=VI-{\frac {V^{2}}{R}}=V(I-{\frac {V}{R}})$

能量传输效率

电力传输效率可以计算为实际功率与供应功率的百分比

$n={\frac {E_{o}}{E_{i}}}$

$n={\frac {E_{i}Cos\theta }{E_{i}}}=Cos\theta$

$n={\frac {V-IR}{V}}$

$n={\frac {I-{\frac {V}{R}}}{I}}$