一、什么是电流
1.1 原子
一切都是原子构成,一个简单的原子模型可以简化成带正电荷的原子核在中央,周围环绕有若干个带负电的电子。同性相斥,异性相吸。
1.2 原子与电荷
原子核带正电,吸引带负电的电子,电子带负电之间又互相排斥。绝大多数固体材料,他们的原子核和电子靠的近是稳定的。
但是在金属固体里面,比如铜,电子离原子核远,是可以自由移动的。原子核原地不动,保持着材料的结构稳定,但是电子可能会在原子之间跳动。
1.3 电流的产生
如果一个电子不老实进行移动,那么附近的电子就会像多米诺骨牌一样不断移动。他们之间不断推着挤,就产生了电流。
1.4 电流的单位 安培
1000ma=1A
1.5 电路与电池
电路就是电流导通的道路,电池是一种特殊的通过化学反应产生能量的装置,电池正极吸收电子,电池负极发送电子。
1.6 电流方向
- 传统电学:电流从正极流向负极
- 真实世界:电流从负极流向正极
1.7 交流电(AC)与直流电(DC)
AC(交流电)
- 交流电的电流方向随时间变化
- 电荷会在正、负两个方向上流动,周期性的交替反向
- 交流电通常是通过电网供应的电力
用于各种大型较大功耗的电气设备和机械设备
如电视、电冰箱、微波炉
DC(直流电)
- 直流电是指电流方向不变的电流
- 电荷始终在同一个方向上流动
- 直流电源通常由电池或者其他直流电源供应
直流电常用于需要稳定电压和恒定方向的小型设备中
如手机、电动车
直流交流电的对比
1.8 开路与闭路
开路与闭路的区别在于电路中开关的状态是否闭合,这直接影响了电路中的电流是否能够流通,从而影响电路中的电气设备是否能够正常工作。
开路
当电路中的开关处于断开状态,电路就处于开路状态。在这种状态下,电流无法流通,电路中的电气设备也无法工作。
闭路
当电路中的开u按处于闭合状态,电路就处于闭路状态。在这种状态下,电流可以在电路中流通,电器设备也可以正常工作。
二、什么是电压
2.1 电压
电压就是电势能
什么是势能?势能是物理学描述的能量类型,说明物体具备的能量。
电压,电势能是指在电子在电路中的动能。单位通常为伏特(V)。电压是电力系统中的一种重要概念,它决定着电流流动的强度。电压越高,电子移动的越快,电流就会越大;而电压越低,电流就会越小。
三、电阻和欧姆定律
电压产生电势差,推动电流的流动
3.1 电阻
电压产生电势差,推动电流的流动
电阻是电子学中的基本概念,它是指电流经过导体时阻碍电流流动的程度、电阻的单位是欧姆。
电压、电阻和电流之间的关系
3.2 欧姆定律
欧姆定律是电学中的基本定律之一
他描述了电流和电压之间的关系。欧姆定律的公式为I=U/R
,其中I
是电流,U
是电压。R
是电阻。这个公式表面,在电阻不变的情况下,电压和电流成正比
欧姆定律的重要参数
I
电流单位 安 A
U
电压单位 伏 V
R
电阻单位 欧姆 R
3.3 欧姆定律的计算
串联电路
并联电路
串并联电路的计算
四、常见元器件
4.1 电阻器
作用就是阻碍电流的流动
电阻器的分类
电阻器的作用
电阻器是一种电子元器件,它可以提供一定的电阻,限制电流的流动。电阻器是由导体材料制成的,通过将导体材料绕制成螺旋状或折叠装,并将两端引出,形成一个固定电阻值的器件。
4.1.1 电阻的分类
基于功能和制作工艺划分。
- 普通电阻:普通电阻是一种最基本的电阻器,通常由一根或多根绕在绝缘体上的金属丝或碳膜组成,可以提供固定的电阻值,适用于各种电路中。
- 薄膜电阻:薄膜电阻是一种由金属或合金薄膜制成的电阻器,可以提供高精度和稳定性的电阻值,常用于精密仪器、测量仪器等高要求的场合。
- 光敏电阻:光敏电阻是一种电阻值受光照强度影响的电阻器,常用于光敏电路和光控系统中。
- 金属薄膜电阻:金属薄膜电阻器是一种由金属薄膜制成的电阻器,具有较高的精度和稳定性,适用于高精度电路中。
- 电位器:电位器是一种可调电阻器,通常由一个旋转或滑动的电阻器件和一个旋钮或滑动器组成,可以提供可调的电阻值,常用于电路的调节和控制。
- 旋钮可调电阻:旋钮可调电阻是一种可调电阻器,与电位器类似,但是旋钮可调电阻通常是用旋钮来改变电阻值,通常用于电子设备的调节和控制。
- 热敏电阻:热敏电阻是一种电阻值随温度变化而变化的电阻器,通常用于温度测量和控制系统中。
- 压敏电阻:压敏电阻是一种电阻值随压力变化而变化的电阻器,通常用于压力传感器和压力测量等应用场合。
- 高精度电阻:高精度电阻是一种精度较高的电阻器,通常具有稳定的电阻值和温度系数,适用于高精度仪器和精密测量仪器等场合。
4.1.2 电阻的数据手册
电阻我们主要关心:封装、标称、额定功率
- 封装:看电阻是什么样的,直插还是贴片的,大小是多大
- 标称:看电阻表的电阻阻值是多少,精确度是多少,精度越高越贵
- 额定功率:额定功率计算公式为:
P=I*I*R=I*U
,额定功率其实决定了耐压值。电阻能通过的最大电流是固定的,额定功率越高,耐压值就越高,超过了电阻的耐压值会导致电阻烧毁。
4.2 电容器
电容就是装电的容器,主要防止电压的突变
电容器是一种电子元件,用于储存电荷和能量。它由两个导体板和介质层组成,介质层位于两个导体板之间。
当电容器接入电路时,负电荷被储存在导体板上,并在两板之间产生电场。
电容器的单位是法拉(F),一个法拉等于存储一库仑电荷所需的电势差为一伏特的电容器。常见的电容器有电解电容器、陶瓷电容器、聚酯薄膜电容器、铝电解电容器等。
不同的材料介质,容纳电荷的能力不一样。电容的充放电是基于静电力的,不涉及化学反应变化,比锂电池更安全一些。
4.2.1 电容的分类
4.2.2 电容的单位
不同的材料介质,容纳电荷的能力不一样。
电容单位是法拉F
注意:法拉是个非常大非常大的单位哦,其他单位为mf,uf,nf,pf
1F(法拉)=1000mF(毫法)
1mF(毫法)=1000μF(微法)
1μF(微法)=1000nF(纳法)
1nF(纳法)=1000pF(皮法)
电容器的作用:
阻止电压的突变,储能,滤波(大电容滤低频,小电容滤高频)。
生活中的电容:充电器的电源灯并不是立刻断开,里面有电容,电荷慢慢释放掉。
4.2.3 电容的分类
基于功能和制作工艺划分
- 玻璃电容:使用玻璃作为介质的电容器,具有高温稳定性和低损耗等特点,常用于高频和高温环境下的电路中。
- 钽电容:使用钽金属作为电极的电容器,具有小尺寸、大电容量和高频特性等优点,常用于微型电路中。
- 薄膜电容:使用金属膜或金属箔作为电极的电容器,具有高精度、稳定性好等特点,常用于高性能电子器件中。
- 铝电解电容:使用铝箔和电解液作为电极的电容器,具有大电容量、低成本等特点,常用于低频和直流电路中。
- 云母电容:使用云母作为介质的电容器,具有高精度、高频特性等特点,常用于精密仪器和高频电路中。
- 空气电容:使用空气作为介质的电容器,具有高精度、稳定性好等特点,但体积较大,常用于高频和高压电路中。
- 陶瓷电容:使用陶瓷作为介质的电容器,具有小尺寸、高频特性和高温稳定性等优点,常用于电子设备中。
- 可调电容:具有可变电容值的电容器,常用于无线电和调谐电路中。
- 金属纸电容:使用金属化薄膜作为电极的电容器,具有高精度、稳定性好等特点,常用于高性能电子器件中。
- 超级电容:也称为电化学电容器,具有高能量密度、高功率密度和长寿命等特点,常用于储能系统和电动汽车中。
4.2.4 注意事项
有些电容有极性,正负极接反会爆炸
铝电解电容是一种极性电容,由于其特殊的结构和工作原理,如果接反了极性,可能会导致电容器失效或者损坏,甚至可能导致电容器短路或者起火等危险情况。
铝电解电容的结构是由一层氧化铝薄膜和一层电解液构成的。当正极连接正电压,负极连接负电压时,电解液中的氢离子会向氧化铝膜的负极移动,而负离子则向电解液的正极移动,形成一个稳定的电场,从而形成电容效应。如果电容器反接了极性,电解液中的氢离子会向氧化铝膜的正极移动,形成氢气,铝电解电容会爆浆。电容爆浆后压力较大,电解电容的外壳也是无规律的变形,有可能产生手榴弹爆炸后的效果,容易造成其他元器件的损坏。
4.3 电感器
4.3.1 电和磁的关系
电和磁可以互相转换。电机中的电流流过线圈,从而产生磁场,这个磁场将旋转部件(例如电动机轴)带动起来,这就是电磁感应原理的应用。
发电机和电机相反,通过旋转磁场,发电机可以转换机械能为电能。
4.3.2 什么是电感器
主要防止电流的突变
电感器是一种电子元件,用于在电路中储存和释放能量。他由一个线圈组成,通常由铜线绕成,通常带有一个铁芯。当电流通过电感器时,它会在线圈中产生一个磁场,从而储存能量。当电流停止流动时,磁场会崩溃,导致电感器逐渐释放储存的能量。
电感器的主要作用是在电路中调节电流的变化率。它可以用来过滤电路中的高频噪声,电感器两端的电流不会突变,保护其他电子元件不受到电磁干扰的影响。
电感器的核心要点
- 通过磁场储存能量
- 组织电流的突变
4.3.3 电感和电阻
理想的电感没有能量损耗
电感:电磁感应元器件,电会产生磁场,磁场又会抵制电流的变化。理想的电感没有能量损耗。
跟电阻不同,电阻阻碍电流,发热。
电感使用漆包线,纱包线等外部绝缘导线缠绕到铁芯上
电感的单位是亨利(Henry)表示为H,它的中文读法
是“恒利”,以英国物理学家亨利的名字命名。
电感的基本单位是:H(亨),它和电容一样,也是一个很大的计量单位,另外还有毫亨mh、微亨uh、纳亨nh
电感的作用;
电感可以作为电路稳定器的一部分,通过抵抗电路中电流
的变化,保持电路的稳定性和可靠性。