基本电学
外观
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基本电学(Basic Electricity),是电学(电力学、电子学、电路学等)的基础学科。
基本概念
[编辑]基本单位
[编辑]种类 | 变数符号 | 单位 | 单位名称 | 定义 | 相关 |
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电压 | V | 伏特 | 在电子元件或电路两端的电势差
|
||
电流 | A | 安培 | 在单位时间内自导体截面积所通过的电量
|
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电阻 | Ω | 欧姆 | 导体本身反抗电子流动的阻力 |
电阻率 欧姆定律 电阻温度系数 电阻色码 | |
电导 | S | 西门子 | 电导率 | ||
电容 | F | 法拉 | |||
电感 | H | 亨利 | 法拉第电磁感应定律 | ||
功率 | W | 瓦特 |
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||
电能 | J | 焦耳 |
|
焦耳定律 | |
电量 | C | 库伦 |
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- 备注:
- 关于电压,在中国大陆、德国、法国、荷兰、俄国使用当符号,其他地区则用当符号。
电路状态
[编辑]- 闭路=通路(Closed circuit)
- 当电源、导线、负载形成一完整路径。有电流经过电路。
- 开路=断路(Open circuit)
- 当电源、导线、负载形成一个断开的状态。没有电流经过电路。
- 短路(Short circuit)
- 当只有电源、导线形成一完整路径,负载趋近于零。有大电流经过电路,容易产生火花与高热,因而烧毁电路。
其它基本知识
[编辑]- 密尔(mil)
- 1 mil = 吋,1吋=2.54公分,1呎(ft)=12吋,1吋=1000密尔
- 圆密尔(C.M.)
- 1 C.M. = 平方密尔,1平方密尔 = 圆密尔
电路组成元件
[编辑]电源
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![]() |
直流电(DC) | 交流电(AC) |
- 常用符号
导线
[编辑]负载
[编辑]种类 | 单位 | 电路图符号 | 实际电子元件 | 图示 |
---|---|---|---|---|
电阻(R) | 欧姆(Ω) | ![]() ANSI(上) IEC(下) |
电阻器 | ![]() |
电感(L) | 亨利(H) | ![]() |
电感元件 | ![]() |
电容(C) | 法拉(F) | ![]() |
电容器 |
电路
[编辑]串联电路
[编辑]并联电路
[编辑]串并联电路
[编辑]直流电路
[编辑]电压分配定则
[编辑]- 基尔霍夫电压定律(Kirchhoff's voltage law)
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e3/KVL.png)
在封闭回路中的电压升与电压降的总合为零。
(图有点小错,请把看成是)
- 在串联电路中:
- 电压
- 电流
- 总电阻
- 各电阻的电压降
电流分配定则
[编辑]- 基尔霍夫电流定律(Kirchhoff's circuit laws)
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/69/KCL.png)
电路中任何一个节点的流入电流与流出电流的总合为为零。
i1 + i4 = i2 + i3
- 在并联电路中:
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d4/Parallel_circuit_current.png)
- 电压
- 各电阻流经的电流
- 电流
- 总电阻
电压源与电流源互换
[编辑]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/f0/Sourcetransform.svg/696px-Sourcetransform.svg.png)
- 电流源转电压源
- 电压源转电流源
直流电路分析
[编辑]- 网目分析(Mesh analysis),又称“回路电流法”
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- 节点分析,又称“节点电压法”
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- 戴维宁定律(Thévenin's theorem)
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- 诺顿定律(Norton's theorem)
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- 密勒定理(Millman's theore),又称“总线法”
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- 惠斯登平衡电桥(Wheatstone bridge)
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- 最大功率转移
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- 直流三线制
直流暂态
[编辑]充电暂态:(e=2.718、e-1=0.368、e-2=0.135、e-3= 0.05、e-4=0.02、e-5= 0)
RC
[编辑]时间常数(T)=RC
- 充电初态:电容器两平行电板对位移电流所形成之阻力最小,充电电流最大,电阻最小,故可视同短路。
- 充电稳态:C视为开路。
- 放电初态:C视为电压源。
- 放电稳态:C视为原元件。
RL
[编辑]时间常数(T)=L/R
- 储能初态:依据法拉第定律及楞次定律可知电感两端产生一最大的反电势,故充电电流为零,所以视同开路。电容器充电与放电电流方向相反,而电感器储能与释能电流方向相同。
- 储能稳态:L视为短路。
- 释能初态:L视为电流源。
- 释能稳态:L视为原元件。
RLC
[编辑]- 充电:外加直流电压E后,电容C被充电,电流i将呈振动状逐渐衰减至零值,而电容器两端的电压vC亦呈振动状逐渐增至E值。由电路电流使电感器储存磁能 Li2大于储在电容器C中之电能 Cv2时,充电电流i向电容C充电。同时,由电感器中储存之磁能产生的反电势vL,使其产生一与充电电流反向之电流,而令电容器放电。因电容器放电后电荷逐渐减少,电源遂再度向电容充电,如此反复地充放电使电路电流i呈振动状,同时因电能被电阻R吸收消耗,致电流i愈来愈小乃致趋于零,且vC亦呈振动状渐趋近于E值。
- 放电:当电容C充电完成后,将开关S.W.切离直流电压源E后,电路的变化与前述情形相似,此种暂态现象由于电路常数R、L、C值的不同,将产生下列三种状况:
1.设R>2根号L/C时:
因R比2根号L/C大,则电容器中的电能大于电感器中的磁能,而电能因被电阻所吸收,故电流衰减而近于零,vC则渐升至E值,而电流因受电感器的反电势所抑制,变化不似RC电路般之急剧,此种电流的变化呈“非振动性”的。
2.设R<2根号L/C时:
因R比2 小,则电感中的磁能大于电容中的电能,因能量为电阻器所消耗,使电流呈振动状,渐趋于零值,vC亦呈振动状而渐趋于E值。
3.设R=2根号L/C时:
此种状况介于上述两者间,属于临界状态。
交流电路
[编辑]基本交流电路
[编辑]电压分配定则
[编辑]- 在串联电路中
电源电压
总阻抗
电路电流
各阻抗的电压降
电流分配定则
[编辑]- 在并联电路中:
- 电源电压
- 各阻抗流经的电流
- 总电流
- 总阻抗
R-L-C串联电路与R-L-C并联电路的阻抗等值互换
[编辑]- R-L-C串联电路转R-L-C并联电路
- R-L-C并联电路转R-L-C串联电路
Y形电路与Δ电路的阻抗等值互换
[编辑]- Y形电路转Δ电路
- Δ电路转Y形电路
交流电路分析
[编辑]交流电路电功率
[编辑]电路分析
[编辑]基本上算法与直流电路分析的算法一样,但负载由电阻(R)改为阻抗(Z)。改以复数方式计算相关公式。
交流最大功率转移
[编辑]多相交流电路
[编辑]交叉相关
[编辑]静电
[编辑]- 库仑定律(Coulomb's law)
- 电场(Electric field)
- 电通量(Electric flux)
- 高斯定律(Gauss's law)
- 静电感应(Electrostatic induction)
磁
[编辑]- 磁场(Magnetic field)
- 磁通量(Magnetic flux)与磁通密度
- 磁化(Magnetization)
- 磁阻(Magnetic reluctance)
- 磁滞(Magnetic hysteresis)
电流磁效应、电磁感应
[编辑]- 安培右手定则(Ampère's circuital law)
- 法拉第电磁感应定律(Faraday's law of induction)
- 楞次定律(Lenz's law)
- 佛来明右手定则(Fleming's right hand rule,又称发电机定则)
- 佛来明左手定则(Fleming's left hand rule,又称电动机定则)
- 毕奥-萨伐尔定律(Biot–Savart law)
电热效应
[编辑]- 电热效应(Thermoelectric effect)
- 热电冷却(Thermoelectric cooling)
- 焦耳定律(Joule's laws)
- 热电偶(Thermocouple)
- 热敏电阻(Thermistor)
光电科技
[编辑]电化学效应
[编辑]相关数学
[编辑]相关
[编辑]
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相关课程
[编辑]- 课程: 基本电学/ 何宏发教授(页面存档备份,存于互联网档案馆) - 台湾师范大学开放式课程
- 基本电学 - 电子科 (页面存档备份,存于互联网档案馆) - 高雄市雄工
参考书籍
[编辑]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/fa/Wikibooks-logo.svg/40px-Wikibooks-logo.svg.png)
维基教科书中的相关电子教程:en:Electronics