文档介绍：电路系统与设计
电荷和导电性
在Bohr的原子理论中(以Niels Bohr命名,1885-1962),电子围绕着质子和种子运动。在相反极性电子和质子的电荷之间的吸引力使得原子连在一起。具有同种电荷的粒子将会相互排斥。
电荷的测量值是库伦。一个单独的电子或质子的电荷远小于一库伦,一个电子是—×1(-19)库伦,×10(-19)库伦。自然表明,只有一个质子的电荷和电子是反极性的。这里没有固有的负极电子,只是很容易被称为正极的和质子负极的。
原子不同形态的电子有不同程度的自由度。一些材料的形态,例如金属,最外层的电子受到很弱的约束使得它们能够在室温热能量的影响下载原子空间中自由运动。因为这些事实上不受约束的电子式可以在自身的原子中自由运动的,也可以漂浮在临近的原子周围的空间中,它们常被称为自由电子。
在其他一些形态的材料中如玻璃,它的原子的电子几乎不能自由移动。当外部的力量如物理摩擦时,能够强迫一些电子离开它们自身的原子,移动到其他物质的原子中,它们在材料的原子中不能很容易的移动。
这些在材料中电子的移动性的关系被认为是电子的导电性。导电性决定于材料中原子的形态(每个原子核的栀子数,决定他的化学特性。)和原子是怎样与另一个原子连接在一起的。有高度灵活电子的材料(许多自由电子)被称为导体,而有很少灵活电子的材料(几乎或是没有自由电子)的材料被称为绝缘体。
必须知道,一些物质的化学特性将在不同环境下改变。例如,玻璃在室温下是一个非常好的绝缘体,但当把它加热到相当高的温度时它就变成一个导体。气体如空气,常态下是绝缘体,但如果加热到很高的温度也会变成导体。大部分金属被加热时导电性能会下降,而被冷制的时候导电性能会更好。许多导体材料在极低温的情况下会成为完美的导体(这被称为超导)。
通常导体里的自由电子是随机运动的,没有确定的方向或速度,但是电子受力后可能沿相同的方向通过导体。这种同一形式的电子运动我们成为电流,或是电流。就像是水流过空管,电子也能在导体的原子中流动。导体可能在是以固体的形式呈现在我们眼中,但是任何组成材料的原子其绝大部分空间是空的!只有存在一个导体材料提供电子流通才能形成电流。如果这个部分被阻塞,那么“流动”就不会发生。
电子电路,电压和电流
在创建一个导电通路并允许电子自由移动下就形成电子电路。这个持续移动的自由电子通过导体的电路被称为电流,它常指的是在“流动”的方面,就像是液体流过一个空心管。
使电子在电路中流动的力量被称为电压,是衡量单位电子电荷的技术。最常见的势能形式是重力势能。由于地球与地球上的物体之间有势能,提升一个物体就给他势能。质量越大高度越高,所拥有的势能就越大:当我们说一个电路中的电压时,我们就定义电压是电路中一个电子从一个特定的点移动到另一个特定的点而形成的。如果没有涉及到这两点,那么“电压”就没有意义。
电压通常用的符号是V,量值为伏特(符号:V),是以Alessandro Volta(1745-1827)。因为电子具有负电荷,我们需要将电子从高电压向低电压移动以提高它们的势能。
任何电压源,包括电池,都具有两个电势点。我们能够通在电池的两端之间提供一个电流流经的路径。使用导线组成的一个回路,将会生成电子沿着这个回路顺时针方向流动,如图2-