沒有任何一項(xiàng)發(fā)明能像電力一樣對(duì)我們的生活、文化和生計(jì)產(chǎn)生如此深遠(yuǎn)的影響。電無(wú)處不在，為我們照明，為我們烹飪食物，甚至為我們刷牙。舉例來(lái)說(shuō)，想象一下，如果沒有電，醫(yī)療保健將會(huì)是什么樣子，而除顫器、心臟起搏器等電氣設(shè)備又挽救了多少人的生命。從會(huì)說(shuō)話的電話到八輪拖拉機(jī)，再到 "我要我的 MTV "電話，甚至是標(biāo)簽，如果沒有 #WithoutElectricity，這一切都不可能實(shí)現(xiàn)。請(qǐng)繼續(xù)閱讀，了解更多關(guān)于電氣的最基本理論。

1.什么是電?

什么是電，電從哪里來(lái)?最重要的是，為什么地毯、襪子和門把手是糟糕的組合?最簡(jiǎn)單地說(shuō)，電就是電荷從正極到負(fù)極的移動(dòng)。無(wú)論電荷是如何產(chǎn)生的，是通過(guò)化學(xué)方式(如電池)還是物理方式(襪子和地毯之間的摩擦)，電荷的移動(dòng)就是電。

2.了解電流

這種電荷流動(dòng)稱為電流。電流有兩種：直流電(DC)和交流電(AC)。直流電是在電壓極性不變的情況下單向流動(dòng)的電流，而交流電是根據(jù)電壓極性周期性改變方向的電流。托馬斯-愛迪生和亞歷山德羅-伏爾塔開創(chuàng)了直流電，并書寫了電力史的大部分篇章。然而，隨著社會(huì)的發(fā)展，長(zhǎng)距離傳輸直流電變得非常低效。尼古拉-特斯拉發(fā)明的交流電系統(tǒng)改變了這一切。有了交流電，就有可能產(chǎn)生遠(yuǎn)距離輸電所需的高電壓。這就是為什么今天大多數(shù)輸電設(shè)備使用直流電，而發(fā)電廠則產(chǎn)生交流電的原因。

3.歐姆定律

最基本的電學(xué)定律是歐姆定律或 V=IR。V 是電壓，即兩個(gè)電荷之間的電位差。換句話說(shuō)，它是一個(gè)單位的電荷在兩點(diǎn)之間移動(dòng)所需功的量度。10 V 等值是兩個(gè)參考點(diǎn)之間電位差的量度。通常是 +10 V 和 0 V(也稱為 "接地")，但也可以是 +5 V 和 -5 V、+20 V 和 +10 V 之間的電位差，等等。

在實(shí)際應(yīng)用中，您可能會(huì)聽到 "共地 "一詞，這意味著系統(tǒng)中的每個(gè)設(shè)備都使用相同的零點(diǎn)參考(或地)，以確保整個(gè)系統(tǒng)中的電位差(或電壓)相同。歐姆定律的另一個(gè)組成部分是電流，其計(jì)量單位是安培;在公式中，電流用字母 I 表示，符合邏輯。如前所述，電流是電路中電荷流動(dòng)的量度。剩下的字母 R 代表電阻。電阻以歐姆為單位，是電路中電流流動(dòng)阻力的量度。簡(jiǎn)單地說(shuō)，電阻會(huì)阻礙電流的流動(dòng)。當(dāng)電子流經(jīng)電路電阻時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生摩擦和熱量。電路中最常用的電阻是燈泡。白熾燈泡在電路中產(chǎn)生的電阻足以加熱燈絲，從而發(fā)光。電路中的電阻器還可用于改變電壓水平、電流路徑等。電阻器是可以添加到電路中的獨(dú)立電阻組，通常用于分隔電壓等級(jí)。

4.串聯(lián)和并聯(lián)電路

在繼續(xù)應(yīng)用歐姆定律之前，我想介紹一些其他電路概念。首先，我們需要了解什么是串聯(lián)和并聯(lián)。串聯(lián)電路是與電源線性連接的電路。串聯(lián)電路中的電流是恒定的，但電壓可以變化。并聯(lián)電路是從電源分支出來(lái)的電路。電源提供的總電流在各分支之間分配，但所有電路的電壓相同。

您可能已經(jīng)掛上了圣誕燈，卻發(fā)現(xiàn)它們都不工作。在你懸掛的數(shù)百個(gè)燈泡中，有一個(gè)沒有亮。原因很可能是其中一個(gè)燈泡壞了或燒掉了，由于它們是串聯(lián)的，所以其他燈泡也沒有亮。由于所有燈泡都是相互連接的，如果其中一個(gè)燈泡燒壞了，電路就會(huì)在這一點(diǎn)上斷開。由于電路斷開，電流不會(huì)流向其他燈泡。

幸運(yùn)的是，許多新燈泡都是并聯(lián)接線。因此，如果其中一個(gè)燈泡燒毀，只有該電路分支斷開。開路電流將在該支路中被隔離，電流將繼續(xù)流向電路中的其他燈泡。

5.應(yīng)用歐姆定律

現(xiàn)在，讓我們將歐姆定律應(yīng)用到下面的電路中(只是為了練習(xí)，電路都是理論上的)，并計(jì)算施加到每個(gè)負(fù)載上的電壓和電流。下圖顯示的是兒童淘氣玩具的電源電路。R1 表示揚(yáng)聲器的電阻值，R2 表示發(fā)光二極管的電阻值。R1 的阻值為 430 歐姆，R2 的阻值為 284 歐姆，電源是電壓為 5 VDC、額定電流為 5 A 的電池。加在 LED 和揚(yáng)聲器上的電壓是多少?首先確定按下腹部按鈕和閉合開關(guān) 1 (S1) 時(shí)電路中的電流。電源提供 5 A 電流，但電路只消耗負(fù)載所需的電流。利用歐姆定律，我們可以轉(zhuǎn)換公式求解電路中的電流，即 I (電路) = V (電路)/R (電路)。 利用這些值，我們可以計(jì)算出 I(回路電流)= 5 VDC/714Ω = 7 mA。

6.將歐姆定律應(yīng)用于串聯(lián)電路

既然我們知道電路中的電流為 7 mA，而在串聯(lián)電路中，該電流沿電路長(zhǎng)度方向是恒定的，那么我們就可以使用歐姆定律來(lái)計(jì)算提供給揚(yáng)聲器的電壓：V(揚(yáng)聲器) = I(circuit) x R(speaker) 或 V(speaker) = (7 mA) x (430Ω) 或 ~3 VDC。對(duì)于 LED，電源電壓為：V(LED) = (7 mA) x (284) 或 ~2 VDC。此電路稱為分壓電路。電源電壓按各負(fù)載電阻的比例分配給負(fù)載。R1 的電阻較大，從 5 VDC 的總電源電壓中獲得 3 VDC，R2 獲得剩余的電壓，即 2 VDC。換句話說(shuō)，R1 上的壓降為 3 VDC，R2 上的壓降為 2 VDC。

7.基爾霍夫電壓定律 (KVL)

電氣工程中另一個(gè)重要的基本定律--基爾霍夫電壓定律(KVL)，就是從這個(gè)壓降原理推導(dǎo)出來(lái)的。該定律指出，閉合電路的電壓代數(shù)和始終為零。如果我們只知道電源的電位和 R1 兩端的壓降，就可以利用 KVL 求出下一個(gè)壓降。使用 KVL 時(shí)，我們必須遵循電流路徑并使用所示元件的極性。如果我們不知道電流路徑，就必須假設(shè)電流路徑。我們將使用從正極到負(fù)極的路徑(順時(shí)針)。V(power) + V(1) + V(2) = 0 或 -5 VDC + (+3 VDC) + (+V(2)). 求解 V(2)，得到 V(2) = 2VDC，我們知道這是正確的。當(dāng)一個(gè)電路中有多個(gè)電源或多個(gè)電路時(shí)，KVL 就非常有用了。

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