暂时保持简单(一旦你进入大学物理,这将被扩展),电荷是堆积的电子,或者你期望会有一些电子的缺乏。电子带负电荷,质子带正电荷。正常原子与质子具有相同数量的电子,因此没有净电荷。
在某些原子上,外部的少数电子有些“松散”。当你有一大堆这些原子彼此相邻时,就像铜线中的铜原子一样,这些松散的电子可以在相邻原子之间跳跃。但是,如果它们跳得太远,它们会在它们离开的地方留下正电荷(因为负电荷消失了),在它们所在的地方留下负电荷。这种电荷的不平衡会产生一个电场,您可以将其视为推动和拉动电子的力场。电子被拉向正电荷并被负电荷推开。因此,该电场不会让电子离开一个位置并在几个原子空间内堆积在另一个位置。
电压源,如电池,是产生电场的东西。如果将电池的另一端连接到该铜线的另一端,其中包含所有有点移动的电子,则平均可以使所有电子从导线的负电压端移动到正电压端。为了保持施加在电线上的电场,电池会将从电线 + 端流出的电子泵回电线的 - 端,在那里它们再次在铜原子之间跳跃并再次到达 + 端.
电子的质量运动称为电流,即电荷流动。这很像河流中的水流是许多小水分子在流动。由于一个电子的电荷非常非常小,在我们人类的尺度上几乎没有用处,我们使用一种称为库仑的电荷单位。但是,库仑只是经过校准的电荷堆。事实上,它的价值约为 6.24 x 10 18 个电子电荷。实际上它是-6.24 x 10 18 个电子,因为我们任意确定电子带有负电荷。
再次为了在人类规模上保持数字范围更好,我们以安培为单位测量电流,这是每秒流动一库仑的电荷。因此,如果您有 1 安培(有时是“Amp”或官方缩写“A”)在导线中从左到右流动,那么实际上每秒有 6,240,000,000,000,000,000 个电子从沿着该导线的任何一点从右到左流动。
现在您已经基本了解电荷和电流是什么,忘记带负电荷移动的电子。其余的电子设备都建立在安培和库仑之上。将其视为您将从这里开始使用的电流和电荷的概念单位。这些碰巧(通常)基于实际的负电荷这一事实是无关紧要的,只会引起混淆。
所以现在让我们回到导致电线中产生电流的电池。电池实际上只是一个充电泵。换句话说,它可以使电流。然而,这里还有一个重要的指标,那就是电池的推动力。一个电池可能比另一个电池更能推动充电,就像一个水泵可以产生比另一个更高的压力一样。正是这种压力使电场使电荷移动,这就是电流。该电压以伏特为单位测量。电池可以产生的伏特越多,流过相同电阻的电流就越多。这就像更高压力的水泵可以使更多的水流过相同尺寸的喷嘴。
那么我们如何关联电压、电流和电阻呢?正如您可能看到的那样,更大的电压(压力)会产生更多的电流(流量),但更大的电阻(更小的喷嘴)会产生更少的流量。用数学的方式来表达:
电流=电压/电阻
这也通过重新排列这个方程为我们提供了阻力的定义:
电阻=电压/电流
电阻的概念在电子产品中出现了很多,因此我们有一个专门用于测量它的特殊单位,称为欧姆。实际上,欧姆定义为:
欧姆 = 伏特 / 安培
我们对所有这三个数量都有简短的缩写,因为几乎所有的电子产品都是基于它们的。伏特缩写为“V”,安培缩写为“A”,欧姆缩写为希腊字母“Ω”。
这个与电阻、电压和电流相关的方程是电子学的基石,被称为欧姆定律,以第一个提出它的人的名字命名。
让我们回到我展示的第一种形式的欧姆定律,它告诉我们我们得到了多少电流:
物理量:电流 = 电压
/电阻 常用单位:安培 = 伏特 / 欧姆,或 A = V/Ω
这已经很重要了。在继续之前,试着把你的想法包起来。在这里提出问题,因为您需要了解这一点。一旦你得到这个,我们就可以继续各种很酷的东西。