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電學(xué)中的基本概念有哪些

　　電學(xué)是物理學(xué)的分支學(xué)科之一。主要研究“電”的形成及其應(yīng)用。下面是百分網(wǎng)小編給大家整理的電學(xué)的基本概念簡介，希望能幫到大家!

　　電學(xué)中的基本概念有哪些1

　　電學(xué)的基本概念

　　電學(xué)

　　研究的內(nèi)容主要包括靜電、靜磁、電磁場、電路、電磁效應(yīng)和電磁測量。

　　靜電學(xué)

　　是研究靜止電荷產(chǎn)生電場及電場對(duì)電荷作用規(guī)律的學(xué)科。電荷只有兩種，稱為正電和負(fù)電。同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。電荷遵從電荷守恒定律。電荷可以從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，任何物理過程中電荷的代數(shù)和保持不變。所謂帶電，不過是正負(fù)電荷的分離或轉(zhuǎn)移;所謂電荷消失，不過是正負(fù)電荷的中和。

　　靜止電荷之間相互作用力符合庫侖定律：在真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間作用力的大小與它們的電荷量的乘積成正比，與它們之間的距離的平方成反比;作用力的方向沿著它們之間的聯(lián)線，同號(hào)電荷相斥，異號(hào)電荷相吸。

　　電荷之間相互作用力是通過電荷產(chǎn)生的電場相互作用的。電荷產(chǎn)生的電場用電場強(qiáng)度(簡稱場強(qiáng))來描述�？臻g某一點(diǎn)的電場強(qiáng)度用正的單位試探電荷在該點(diǎn)所受的電場力來定義，電場強(qiáng)度遵從場強(qiáng)疊加原理。

　　通常的物質(zhì)，按其導(dǎo)電性能的不同可分兩種情況：導(dǎo)體和絕緣體。導(dǎo)體體內(nèi)存在可運(yùn)動(dòng)的自由電荷;絕緣體又稱為電介質(zhì)，體內(nèi)只有束縛電荷。

　　在電場的作用下，導(dǎo)體內(nèi)的自由電荷將產(chǎn)生移動(dòng)。當(dāng)導(dǎo)體的成分和溫度均勻時(shí)，達(dá)到靜電平衡的條件是導(dǎo)體內(nèi)部的電場強(qiáng)度處處等于零。根據(jù)這一條件，可導(dǎo)出導(dǎo)體靜電平衡的若干性質(zhì)。

　　靜磁學(xué)

　　是研究電流穩(wěn)恒時(shí)產(chǎn)生磁場以及磁場對(duì)電流作用力的學(xué)科。

　　電荷的定向流動(dòng)形成電流。電流之間存在磁的相互作用，這種磁相互作用是通過磁場傳遞的，即電流在其周圍的空間產(chǎn)生磁場，磁場對(duì)放置其中的電流施以作用力。電流產(chǎn)生的磁場用磁感應(yīng)強(qiáng)度描述。

　　電磁場

　　是研究隨時(shí)間變化下的電磁現(xiàn)象和規(guī)律的學(xué)科。

　　當(dāng)穿過閉導(dǎo)體線圈的磁通量發(fā)生變化時(shí)，線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電流。感應(yīng)電流的方向可由楞次定律確定。閉合線圈中的感應(yīng)電流是感應(yīng)電動(dòng)勢推動(dòng)的結(jié)果，感應(yīng)電動(dòng)勢遵從法拉第定律：閉合線圈上的感應(yīng)電動(dòng)勢的大小總是與穿過線圈的磁通量的時(shí)間變化率成正比。

　　麥克斯韋方程組描述了電磁場普遍遵從的規(guī)律。它同物質(zhì)的介質(zhì)方程、洛侖茲力公式以及電荷守恒定律結(jié)合起來，原則上可以解決各種宏觀電動(dòng)力學(xué)問題。

　　根據(jù)麥克斯韋方程組導(dǎo)出的一個(gè)重要結(jié)果是存在電磁波，變化的電磁場以電磁波的形式傳播，電磁波在真空中的傳播速度等于光速。這也說明光也是電磁波的一種，因此光的波動(dòng)理論納入了電磁理論的范疇。

　　電路

　　直流電路由導(dǎo)體(或?qū)Ь€)連結(jié)而成，導(dǎo)體有一定的電阻。穩(wěn)恒條件下電流不隨時(shí)間變化，電場亦不隨時(shí)間變化。

　　根據(jù)穩(wěn)恒時(shí)電場的性質(zhì)、導(dǎo)電基本規(guī)律和電動(dòng)勢概念，可導(dǎo)出直流電路的各個(gè)實(shí)用定律：歐姆定律、基爾霍夫電路定律，以及一些解決復(fù)雜電路的有效而簡便的定理：等效電源定理、疊加定理、倒易定理、對(duì)偶定理等，這些實(shí)用定律和定理構(gòu)成電路計(jì)算的理論基礎(chǔ)。

　　交流電路比直流電路復(fù)雜得多，電流隨時(shí)間的變化引起空間電場和磁場的變化，因此存在電磁感應(yīng)和位移電流，存在電磁波。

　　熱電效應(yīng)

　　物質(zhì)中的電效應(yīng)是電學(xué)與其他物理學(xué)科(甚至非物理的學(xué)科)之間聯(lián)系的紐帶。物質(zhì)中的電效應(yīng)種類繁多，有許多已成為或正逐漸發(fā)展為專門的研究領(lǐng)域。比如：

　　電致伸縮、壓電效應(yīng)(機(jī)械壓力在電介質(zhì)晶體上產(chǎn)生的電性和電極性)和逆壓電效應(yīng)、塞貝克效應(yīng)、珀耳帖效應(yīng)(兩種不同金屬或半導(dǎo)體接頭處，當(dāng)電流沿某個(gè)方向通過時(shí)放出熱量，而電流反向時(shí)則吸收熱量)、湯姆孫效應(yīng)(一金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體中維持溫度梯度，當(dāng)電流沿某方向通過時(shí)放出熱量，而電流反向時(shí)則吸收熱量)、熱敏電阻(半導(dǎo)體材料中電阻隨溫度靈敏變化)、光敏電阻(半導(dǎo)體材料中電阻隨光照靈敏變化)、光生伏打效應(yīng)(半導(dǎo)體材料因光照產(chǎn)生電位差)，等等。

　　對(duì)于各種電效應(yīng)的研究有助于了解物質(zhì)的結(jié)構(gòu)以及物質(zhì)中發(fā)生的基本過程，此外在技術(shù)上，它們也是實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換和非電量電測法的基礎(chǔ)。

　　電磁測量

　　也是電學(xué)的組成部分。測量技術(shù)的發(fā)展與學(xué)科的理論發(fā)展有著密切的聯(lián)系，理論的發(fā)展推動(dòng)了測量技術(shù)的改進(jìn);測量技術(shù)的改善在新的基礎(chǔ)上驗(yàn)證理論，并促成新理論的發(fā)現(xiàn)。

　　電磁測量包括所有電磁學(xué)量的測量，以及有關(guān)的其他量(交流電的頻率、相角等)的測量。利用電磁學(xué)原理已經(jīng)設(shè)計(jì)制作出各種專用儀表(安培計(jì)，伏特計(jì)、歐姆計(jì)、磁場計(jì)等)和測量電路，它們可滿足對(duì)各種電磁學(xué)量的測量。

　　電磁測量的另一個(gè)重要的方面是非電量(長度、速度、形變、力、溫度、光強(qiáng)、成分等)的電測量。它的主要原理是利用電磁量與非電量相互聯(lián)系的某種效應(yīng)，將非電量的測量轉(zhuǎn)換為電磁量的測量。由于電測量有一系列優(yōu)點(diǎn)：準(zhǔn)確度高、量程寬、慣量小、操作簡便，并可遠(yuǎn)距離遙測和實(shí)現(xiàn)測量技術(shù)自動(dòng)化，非電量的電測量正在不斷發(fā)展。

　　電學(xué)的綜合發(fā)展

　　電學(xué)作為經(jīng)典物理學(xué)的一個(gè)分支，就其基本原理而言，已發(fā)展得相當(dāng)完善，它可用來說明宏觀領(lǐng)域內(nèi)的各種電磁現(xiàn)象。

　　20世紀(jì)，隨著原子物理學(xué)、原子核物理學(xué)和粒子物理學(xué)的發(fā)展，人類的認(rèn)識(shí)深入到微觀領(lǐng)域，在帶電粒子與電磁場的相互作用問題上，經(jīng)典電磁理論遇到困難。雖然經(jīng)典理論曾給出一些有用的結(jié)果，但是許多現(xiàn)象都是經(jīng)典理論不能說明的。經(jīng)典理論的局限性在于對(duì)帶電粒子的描述忽略了其波動(dòng)性方面，而對(duì)于電磁波的描述又忽略了其粒子性方面。

　　按照量子物理的觀點(diǎn)，無論是物質(zhì)粒子或電磁場都既有粒子性，又具有波動(dòng)性。在微觀物理研究的推動(dòng)下，經(jīng)典電磁理論發(fā)展為量子電磁理論。

　　電學(xué)的發(fā)展史

　　琥珀和磁石

　　1.公元前的琥珀和磁石

　　古希臘七賢中有一位名叫泰勒斯的哲學(xué)家。公元前600年前后，泰勒斯看到當(dāng)時(shí)的希臘人通過摩擦琥珀吸引羽毛，用磁錢礦石吸引鐵片的現(xiàn)象，曾對(duì)其原因進(jìn)行過一番思考。據(jù)說他的解釋是：“萬物皆有靈。磁吸鐵，故磁有靈�！边@里所說的“磁”就是磁鐵礦石。希臘人把琥珀叫做“elektron”(與英文“電”同音)。

　　在東方，據(jù)《呂氏春秋》一書記載，中國在戰(zhàn)國時(shí)期已利用磁石制成指南針，他們?cè)诠糯弥改厢樀拇裴榿肀鎰e方向了。

　　磁和靜電

　　1. 磁和靜電

　　通常所說的摩擦起電，在公元前人們只知道它是一種現(xiàn)象。很長時(shí)間里，關(guān)于這一種現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)并沒有進(jìn)展。

　　而羅盤則在13世經(jīng)就已經(jīng)在航海中得到了應(yīng)用。那時(shí)的羅盤是把加工成針形的磁鐵礦石放在秸稈里，使之能浮在水面上。到了14世紀(jì)初，又制成了用繩子把磁針吊起來的航海羅盤。

　　這種羅盤在1492年哥倫布發(fā)現(xiàn)美洲新大陸以及1519年麥哲倫發(fā)現(xiàn)環(huán)繞地球一周的航線時(shí)發(fā)揮了重要的作用。

　　2.雷和靜電

　　在公元前的中國，打雷被認(rèn)為是神的行為。說是有五位司雷電的神仙，其長者稱為雷祖，雷祖之下是雷公和電母。打雷就是雷公在天上敲大鼓，閃電就是電母用兩面鏡子把光射向下界。

　　到了亞里斯多德時(shí)代就已經(jīng)比較科學(xué)了。認(rèn)為雷的發(fā)生是由于大地上的水蒸氣上升，形成雷雨云，雷雨云遇到冷空氣凝縮而變成雷雨，同時(shí)伴隨出現(xiàn)強(qiáng)光。

　　認(rèn)為雷是靜電而產(chǎn)生的是英國人沃爾，那是1708年的事。1748年，富蘭克林基于同樣的認(rèn)識(shí)設(shè)計(jì)了避雷針。

　　電學(xué)的真正開始

　　1600年，英國物理學(xué)家吉伯發(fā)現(xiàn)，不僅琥珀和煤玉摩擦后能吸引輕小物體，而且相當(dāng)多的物質(zhì)經(jīng)摩擦后也都具有吸引輕小物體的性質(zhì)，他注意到這些物質(zhì)經(jīng)摩擦后并不具備磁石那種指南北的性質(zhì)。為了表明與磁性的不同，他采用琥珀的希臘字母拼音把這種性質(zhì)稱為“電的”。吉伯在實(shí)驗(yàn)過程中制作了第一只驗(yàn)電器，這是一根中心固定可轉(zhuǎn)動(dòng)的金屬細(xì)棒，當(dāng)與摩擦過的琥珀靠近時(shí)，金屬細(xì)棒可轉(zhuǎn)動(dòng)指向琥珀。

　　大約在1660年，德國馬德堡的蓋利克發(fā)明了第一臺(tái)摩擦起電機(jī)。他用硫磺制成形如地球儀的可轉(zhuǎn)動(dòng)球體，用干燥的手掌摩擦轉(zhuǎn)動(dòng)球體，使之獲得電。蓋利克的摩擦起電機(jī)經(jīng)過不斷改進(jìn)，在靜電實(shí)驗(yàn)研究中起著重要的作用，直到19世紀(jì)霍耳茨和推普勒分別發(fā)明感應(yīng)起電機(jī)后才被取代。

　　18世紀(jì)電的研究迅速發(fā)展起來。1729年，英國的格雷在研究琥珀的電效應(yīng)是否可傳遞給其他物體時(shí)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)體和絕緣體的區(qū)別：金屬可導(dǎo)電，絲綢不導(dǎo)電，并且他第一次使人體帶電。格雷的實(shí)驗(yàn)引起法國迪費(fèi)的注意。1733年迪費(fèi)發(fā)現(xiàn)絕緣起來的金屬也可摩擦起電，因此他得出所有物體都可摩擦起電的結(jié)論。他把玻璃上產(chǎn)生的電叫做“玻璃的”，琥珀上產(chǎn)生的電與樹脂產(chǎn)生的相同，叫做“樹脂的”。他得到：帶相同電的物體互相排斥;帶不同電的物體彼此吸引。

　　1745年，荷蘭萊頓的穆申布魯克發(fā)明了能保存電的萊頓瓶。萊頓瓶的發(fā)明為電的進(jìn)一步研究提供了條件，它對(duì)于電知識(shí)的傳播起到了重要的作用。

　　差不多同時(shí)，美國的富蘭克林做了許多有意義的`工作，使得人們對(duì)電的認(rèn)識(shí)更加豐富。1747年他根據(jù)實(shí)驗(yàn)提出：在正常條件下電是以一定的量存在于所有物質(zhì)中的一種元素;電跟流體一樣，摩擦的作用可以使它從一物體轉(zhuǎn)移到另一物體，但不能創(chuàng)造;任何孤立物體的電總量是不變的，這就是通常所說的電荷守恒定律。他把摩擦?xí)r物體獲得的電的多余部分叫做帶正電，物體失去電而不足的部分叫做帶負(fù)電。

　　嚴(yán)格地說，這種關(guān)于電的一元流體理論在今天看來并不正確，但他所使用的正電和負(fù)電的術(shù)語至今仍被采用，他還觀察到導(dǎo)體的尖端更易于放電等。早在1749年，他就注意到雷閃與放電有許多相同之處，1752年他通過在雷雨天氣將風(fēng)箏放入云層，來進(jìn)行雷擊實(shí)驗(yàn)，證明了雷閃就是放電現(xiàn)象。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中最幸運(yùn)的是富蘭克林居然沒有被電死，因?yàn)檫@是一個(gè)危險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)，后來有人重復(fù)這種實(shí)驗(yàn)時(shí)遭電擊身亡。富蘭克林還建議用避雷針來防護(hù)建筑物免遭雷擊，1745年首先由狄維斯實(shí)現(xiàn)，這大概是電的第一個(gè)實(shí)際應(yīng)用。

　　富蘭克林聯(lián)想到往萊頓瓶里蓄電的事，于1752年6月做了一個(gè)把風(fēng)箏放到雷雨云里去的實(shí)驗(yàn)。其結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了雷雨云有時(shí)帶正電有時(shí)帶負(fù)電的現(xiàn)象。這個(gè)風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)很有名，許多科學(xué)家都很感興趣，也跟著做。1753年7月，俄羅斯科學(xué)家利赫曼在實(shí)驗(yàn)中不幸遭電擊身亡。

　　通過用各種金屬進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，意大利帕維亞大學(xué)教授伏打證明了鋅，鉛，錫，鐵，銅，銀，金，石墨是個(gè)金屬電壓系列，當(dāng)這個(gè)系列中的兩種金屬相互接觸時(shí)，系列中排在前面的金屬帶正電，排在后面的金屬帶負(fù)電。他把銅和鋅做為兩個(gè)電極置于稀硫酸中，從而發(fā)明了伏打電池。電壓的單位“伏特”就是以他的名字命名的。

　　19世紀(jì)初，正是法國大革命后進(jìn)入拿破侖時(shí)代。拿破侖從意大利歸來，在1801年把伏打召到巴黎，讓他做電實(shí)驗(yàn)，伏打也因此獲得了拿破侖授予的金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)潞腿R吉諾-多諾爾勛章。

　　伏打電池的利用與電磁學(xué)的發(fā)展

　　伏打電池發(fā)明之后，各國利用這種電池進(jìn)行了各種各樣的實(shí)驗(yàn)和研究。德國進(jìn)行了電解水的研究，英國化學(xué)家戴維把2000個(gè)伏打電池連在一起，進(jìn)行了電弧放電實(shí)驗(yàn)。戴維的實(shí)驗(yàn)是在正負(fù)電極上安裝木炭，通過調(diào)整電極間距離使之產(chǎn)生放電而發(fā)出強(qiáng)光，這就是電用于照明的開始。

　　1820年，丹麥哥本哈根大學(xué)教授奧斯特在一篇論文中公布了他的一個(gè)發(fā)現(xiàn)：在與伏打電池連接了的導(dǎo)線旁邊放一個(gè)磁針，磁針馬上就發(fā)生偏轉(zhuǎn)。

　　俄羅斯的西林格讀了這篇論文，他把線圈和磁針組合在一起，發(fā)明了電報(bào)機(jī)(1831年)，這可說是電報(bào)的開始。

　　其后，法國的安培發(fā)現(xiàn)了關(guān)于電流周圍產(chǎn)生的磁場方向問題的安培定律(1820年)，法拉第發(fā)現(xiàn)了劃時(shí)代的電磁感應(yīng)現(xiàn)象(1831年)，電磁學(xué)得到了飛速發(fā)展。

　　另一方面，關(guān)于電路的研究也在發(fā)展。歐姆發(fā)現(xiàn)了關(guān)于電阻的歐姆定律(1826年)，基爾霍夫發(fā)現(xiàn)了關(guān)于電路網(wǎng)絡(luò)的定律(1849年)，從而確立了電工學(xué)。

　　電學(xué)中的基本概念有哪些2

　　1.電路（英文：Electrical circuit）又稱電子回路，是由電氣設(shè)備和元器件，按一定方式連接起來為電荷流通提供路徑的總體，也叫電子線路或電氣回路。

　　通過下圖可直觀的理解與電路有關(guān)的基本概念：

　　電路的串聯(lián)與并聯(lián)、電路的通路、短路和斷路。

　　電路基本概念配圖

　　2.電壓（英文：Voltage），電子技術(shù)中有時(shí)稱作電勢差或電位差，是衡量單位電荷在靜電場中由于電勢不同所產(chǎn)生的能量差的物理量。其大小等于單位正電荷因受電場力作用從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)所做的功，電壓的方向規(guī)定為從高電位指向低電位的方向。電壓的國際單位制為伏特（V，簡稱伏），常用的單位還有微伏（μV）、毫伏（mV）、伏（V）、千伏（kV）等。

　　3.電阻（英文：Resistance），通常用"R"表示，電子在物體內(nèi)做定向移動(dòng)會(huì)遇到阻礙作用，這種阻礙稱為電阻，表示導(dǎo)體對(duì)電流阻礙作用的大小。常用的單位有：歐姆（Ω），千歐（ΚΩ），兆歐（ΜΩ）等。電阻的種類繁多，從構(gòu)成材料分，有碳質(zhì)電阻器、碳膜電阻器、金屬膜電阻器、線繞電阻器等。從結(jié)構(gòu)形式分，有固定電阻器、可變電阻器和電位器三種。不同類型的電阻知識(shí)將在后續(xù)使用時(shí)加以介紹。

　　常見碳膜電阻及金屬膜電阻

　　電阻的串聯(lián)：串聯(lián)電路的總電阻等于各串聯(lián)電阻之和，即：

　　R總=R1+R2+R3+……

　　電阻的串聯(lián)與并聯(lián)：并聯(lián)電路中總電阻的倒數(shù)等于各電阻倒數(shù)之和，即：

　　1/R總＝1/R1+1/R2+…+1/Rn

　　大功能、繞線電阻及陶瓷金屬片式電阻

　　4. 電流（英文：Current）通常用"I"表示（大小寫有區(qū)別，后續(xù)介紹），指單位時(shí)間里通過導(dǎo)體任一橫截面的電量叫做電流強(qiáng)度，簡稱電流，單位是安培（A），電學(xué)上規(guī)定正電荷定向流動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞣较颉３Ｓ玫膯挝挥校呵О玻╧A）、安培（A）、毫安（mA）、微安（μA）。

　　換算關(guān)系：1kA=1000A、1A=1000mA、1mA=1000μA。

　　5. 歐姆定律：在同一電路中，通過某一導(dǎo)體的電流跟這段導(dǎo)體兩端的電壓成正比，跟這段導(dǎo)體的電阻成反比。即：I= U/R

　　常用的變形公式有：U=IR 或 R=U/I

　　圖解歐姆定律

　　該定律是電子技術(shù)中最基本也是非常重要的定律，一定要理解其含義并掌握。

　　6.電功和電功率

　　電能（電功）表

　　電功：電能轉(zhuǎn)化成多種其他形式能的過程可以說是電流做功的過程，有多少電能發(fā)生了轉(zhuǎn)化就說電流做了多少功，即電功是多少。電功公式： W= UIt

　　電功的單位：焦耳，簡稱焦，符號(hào)J；日常生活中常用千瓦時(shí)為電功的單位，俗稱"度"，即：

　　1度=1kw.h=1000w×3600s=3.6×106J

　　電功率：電流在單位時(shí)間內(nèi)做的功叫做電功率。表示消耗電能快慢的物理量，用P表示，單位是瓦特（Watt），簡稱"瓦"，符號(hào)是W，常用：千瓦（KW）。

　　計(jì)算方法：P=W/t=UI。