FHSST 物理/电学/电阻
上一节中的电路并不是一个非常实用的电路。实际上,直接用一根电线连接电源的两极可能会很危险。之所以危险是因为在这种短路的情况下,电流的幅度可能非常大,能量释放得非常剧烈(通常以热量的方式)。通常,电路由以一种安全的方式利用释放的能量的方式构建的。
电流的一种实用且流行的用途是操作电灯。最简单的电灯形式是在一个透明的玻璃灯泡里有一个细小的金属“灯丝”,当足够的电流通过它时,它会发出白炽光(“白炽”)并释放热能。与电池类似,它有两个导电连接点,一个用于电子进入,另一个用于电子离开。
当电子通过灯泡的细金属灯丝时,它们遇到的运动阻力比它们在粗电线中遇到的运动阻力更大。这种对电流的阻力取决于材料的类型、它的横截面积和它的温度。在技术上被称为电阻。(可以说,导体的电阻很低,而绝缘体的电阻非常高)。与仅用一根电线连接电源(电池)两端的“短路”相比,这种电阻可以限制给定电压下电路中的电流大小。
当电子克服电阻的阻力运动时,会产生“摩擦”。就像机械摩擦一样,电子流动时与电阻产生的摩擦以热的形式表现出来。灯丝的集中电阻会导致该灯丝释放相对大量的热能。这种热能足以使灯丝发白光,产生光,而连接灯泡到电池的电线(电阻低得多)在传导相同电流时几乎不会变热。
与短路一样,如果电路的连续性在任何地方断开,整个电路中的电子流动都会停止。如果灯泡已经安装,这意味着它将停止发光。
与之前一样,没有电子流动,电池的整个电势(电压)在断开的地方都可以使用,等待连接的机会跨越断开的地方,并允许电子再次流动。这种状态被称为开路,其中电路连续性的断开会阻止电流流过整个电路。只要电路连续性断开一次,就会“打开”电路。一旦任何断开的地方再次连接,并且电路的连续性重新建立,它就被称为闭路。
我们在这里看到的是通过远程开关打开和关闭灯泡的基础。由于电路连续性的任何断开都会导致整个电路中的电流停止,我们可以使用一个设计为有意断开这种连续性的设备(称为开关),安装在我们可以连接电线的任何方便的位置,以控制电路中的电子流动。
这就是房屋墙壁上安装的开关如何控制安装在长走廊上,甚至在远离开关的另一个房间里的灯。开关本身由一对导电触点构成(通常由某种金属制成),由机械杠杆致动器或按钮强制在一起。当触点接触时,电子能够从一个流向另一个,当触点分离时,电路的连续性建立起来,电子之间的流动被它们之间的空气绝缘阻止,并且电路的连续性被破坏。
为了与电路的“开路”和“闭路”术语保持一致,从一个连接端子到另一个连接端子接触的开关为电子流动提供连续性,被称为闭合开关。相反,断开连续性的开关不允许电子通过,被称为断开开关。这个术语对于电子学的新生来说通常令人困惑,因为“打开”和“关闭”这两个词通常在门的背景下被理解,其中“打开”等同于自由通行,“关闭”等同于阻塞。对于电气开关来说,这些术语具有相反的含义:“打开”表示没有流动,而“关闭”表示电子可以自由通过。