物理学习指南/电学理论

简介

所有原子都由带电粒子构成，称为电子、中子和质子。每个原子的中心是一个由中子和质子组成的原子核，周围围绕着电子以圆形轨道运行。

带电粒子

三种主要的亚原子粒子具有非常不同的性质，其中最重要的是

粒子	电荷	质量 (kg)
电子	负 (-)	9.11 x 10-31
质子	正 (+)	1.67 x 10-27
中子	零 (0)	1.67 x 10-27

电荷

大多数物体是电中性的，即它们的电荷总和等于零。然而，当物体失去或获得电子时，它将分别变成带正电或带负电。

物体 + 电子 → 带负电的物体

物体 - 电子 → 带正电的物体

带正电的物体具有电荷量 +Q，电场线向外辐射。带负电的物体具有电荷量 -Q，电场线向内辐射。

同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，即带负电的物体吸引带正电的物体，反之亦然。

静电/库仑力

两个静止电荷之间的力称为静电力或库仑力。

如果两个电荷 Q₁ 和 Q₂ 相互距离 r，它们将相互作用产生一个力

$F=k_{e}{\frac {Q_{1}Q_{2}}{r^{2}}}$ ,

其中 k_e 是库仑常数 (k_e = 8.99 × 10⁹ N m² C⁻²)。如果电荷符号相反，则电荷之间的相互作用力为吸引力；如果电荷符号相同，则为排斥力。

电荷产生的静电力将作用于周围的任何其他电荷，这种力在电荷周围所有位置的强度和方向称为电场 E。电场与力成正比

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

电动势

当一个运动电荷穿过垂直于场线的磁场时，磁场的方向从左到右。磁场对电荷施加一个力，使其向上或向下运动。正电荷向上运动，负电荷向下运动。

$\mathbf {F_{B}} =Q(\mathbf {v} \times \mathbf {B} )$

电磁力

对于运动电荷，静电力和电动势的总和给出了作用在电荷上的电磁力。

F_EB = Q E + Q V B = Q (E + V B)

静电力是产生从左到右的电流的力。电动势是产生垂直于静电电流的电流的力。

电磁力产生从左到右的电场和垂直于电场的磁场。

电磁力可以通过电磁感应来实现，电磁感应是使用电来感应电流的过程。

电和导体

在所有导体中，电荷可以自由地向任何方向运动。如果存在一个电力

F_E = Q E

电力将在导体中施加一个压力 F_E / A，迫使导体中的电荷以直线运动。这种作用产生沿直线运动的电荷电流。

电力的压力称为电压，运动电荷的直线称为电流。

如果电压为 V，电流为 I，那么电流与电压的比率给出导体的电导，而电压与电流的比率给出导体的电阻。

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

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

因此，所有导体都具有电阻和电导

如果存在长度为 l 的直线导体，其表面积为 A，电导率为 ρ，那么导体的电导

G = ρ ${\frac {l}{A}}$

根据以上,

$G={\frac {I}{V}}$ = ρ ${\frac {l}{A}}$

因此, 所有材料的电导率都可以通过以下公式计算

ρ = ${\frac {I}{V}}{\frac {A}{l}}$

电阻

如果存在一条直线导体, 如上所示, 每条导体都有一个电阻 R, 等于电压与电流的比值.

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

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

一条直线导体具有降低电流的能力。这可以在电路中用来降低电流。在电路中，直线导体的符号是 --^^^--，其电阻 R 单位为欧姆 Ώ，称为电阻。

电阻可以串联或并联连接，以增加或降低总电阻。

如果 n 个电阻串联连接，则总电阻为

$R_{t}=R_{1}+R_{2}+...+R_{n}$

如果 n 个电阻并联连接，则总电阻为

${\frac {1}{R_{t}}}={\frac {1}{R_{1}}}+{\frac {1}{R_{2}}}+...+{\frac {1}{R_{n}}}$