电路原理-基本概念

发布时间:2023年12月22日

前言

本篇文章介绍电子世界的基本概念

原子

一切物质都是由原子构成的,而所有的原子都是有电子、质子和中子构成的。
电子围绕着质子和中子旋转
质子带正电
电子带负电

电子层

围绕着原子核的电子运动轨迹的集合

每个电子层由不同的运动轨道组成,轨道的命名依次为s,p,d,f
第1个电子层包含1个s轨道
第2个电子层包含1个s轨道和3个p轨道
第3个电子层包含1个s轨道和3个p轨道和5个d轨道
第4个电子层包含1个s轨道和3个p轨道和5个d轨道和7个f轨道

每个轨道最多只能包含2个电子,所以
第1个电子层包含最多2个电子
第1个电子层包含最多8个电子
第1个电子层包含最多18个电子
第1个电子层包含最多32个电子

到这里就产生了一个疑问,这四个电子层一共才能容纳60个电子而已,还有更多的层级吗?

有,但是电子的排列不是一个电子层排满再去排列下一个电子层,电子的排列是按照轨道的能量由高到低排列的,并且电子会从能量低的轨道跃迁到能量高的轨道,轨道能量的排列如下:

  • 电子层1-s轨道(2个电子) 总电子2个
  • 电子层2-s轨道(2个电子) 总电子4个
  • 电子层2-p轨道(6个电子) 总电子10个
  • 电子层3-s轨道(2个电子)总电子12个
  • 电子层3-p轨道(6个电子)总电子18个
  • 电子层4-s轨道(2个电子)总电子20个 注意:这里第四层s轨道的能量已经小于第三层的d轨道
  • 电子层3-d轨道(10个电子)总电子30个
  • 电子层4-p轨道(6个电子)总电子36个
  • 电子层5-s轨道(2个电子)总电子38个
  • 电子层4-d轨道(10个电子)总电子48个
  • 电子层5-p轨道(6个电子)总电子54个
  • 电子层6-s轨道(2个电子)总电子56个
  • 电子层4-f轨道(14个电子)总电子70个
  • 电子层5-d轨道(10个电子)总电子80个
  • 电子层6-p轨道(6个电子)总电子86个
  • 电子层7-s轨道(2个电子)总电子88个
  • 电子层5-f轨道(14个电子)总电子102个
  • 电子层6-d轨道(10个电子)总电子112个
  • 电子层7-p轨道(6个电子)总电子118个

价电子

原子最外层的电子层称为价电子层,价电子层中的电子称为价电子,正是由于价电子的存在,化学反应才称为可能。同时也决定了物质的电特性。

电离

价电子吸收能量后摆脱原子核的束缚而成为自由电子,这个过程称为电离
电离后的原子带正电,称为阳离子

导电性

导电性的一般规律如下:

  • 原子序数越大,最外层电子离原子核就越远,从而导致对电子的束缚力就越弱,导电性越好
  • 最外层电子越少,导电性越好
  • 次外层结构越稳定,导电性越好

电荷

带有异种电荷的物质会相互吸引,而带有同种电荷的物质会相至排斥,电荷的符号是 Q Q Q,单位是库仑,单位符号为 C \text{C} C
6.25 × 1 0 8 6.25 \times10^8 6.25×108个电子所带的电荷总数是1库仑

电压

电压定义为单位电荷所消耗的能量或所做的功
V = W Q V = \frac{W}{Q} V=QW?
若在两点间通过一库仑的电荷所消耗的能量为1焦耳,则这两点之间的电压为1伏特
电压的符号为 U U U,电压的单位为伏特,单位符号为 V \text{V} V
使用伏特表可以测量电压的大小

电压源

  • 电池:通过正负极化学反应,正极吸收电子,负极释放电子,这样正负极之间产生电压
  • 太阳能电池:一个半导体层接受太阳光照吸收能量,自由电子进入另外一个半导体层,这样,两个半导体层产生电压
  • 发电机:运行电磁感应原理,将机械能转化为电能
  • 电子电源:将交流电转换为直流电

电流

物质中自由电子从负极到正极所做的定向运动形成电流
电流的符号为 I I I,电流的单位为安培,单位符号为 A \text{A} A
电流表明电荷通过的速度
I = Q t I = \frac{Q}{t} I=tQ?
如果在1秒内通过导体横截面的电荷的数量为1库仑,就说导体的电流量是1安培
使用安培表可以测试电路中的电流量大小

电阻

电阻阻碍或者限制电路中电流的通过
电子和介质中的原子碰撞会产生热,电流越大,产生的热量越多
电阻的符号为 R R R,电阻的单位为欧姆,单位符号为 Ω \Omega Ω
当电阻两端的电压为1伏特,通过的电流为1安培时,电阻的阻值为1欧姆
使用欧姆表可以测量电阻的大小

电导

电阻的倒数就是电导,符号为 G G G,电导的单位为西门子,单位符号为 S \text{S} S
G = 1 R G = \frac{1}{R} G=R1?

电流方向

电流是由电子的移动产生的,所以按道理电流的方向应该是电子移动的方向,但是在这之前,人们已经发现了电流,并且一直认为电流是由正电荷的移动产生的,所以方向与电子的运动方向相反。
电子学领域一般把电流的方向认为是从正极到负极的方向

电阻率

导线电阻的大小有四个方面的影响:

  1. 导线的材料
  2. 导线的长度
  3. 导线的横截面积
  4. 导线的温度

其中,不同材料的导线通过电阻率 ρ \rho ρ来表示材料的导电性,在特定温度下,材料的电阻可以表示为
R = ρ × l A R = \frac{\rho \times l}{A} R=Aρ×l?
l l l为导线的长度, A A A为导线的横截面积

电容

电容存储电荷,常常用来阻断直流,导通交流

电感

电感也称为线圈,在电磁学领域常常用来储存能量

变压器

用来升高或降低交流电压

半导体

二极管、三极管、晶体管

电子仪器

  • 为电路提供电压和电流的直流电源
  • 提供电子信号的函数发生器
  • 测量电压的伏特表
  • 测量电流的安培表
  • 测量电阻的欧姆表
  • 三表合一的万用表
  • 观察和测量交流电压的示波器

SI:国际单位制

电学量

量 符号 单位 单位符号 电容 C 法拉 F 电荷 Q 库仑 C 电导 G 西门子 S 电流 I 安培 A 能量 W 焦耳 J 频率 f 赫兹 Hz 阻抗 Z 欧姆 Ω 电感 L 亨利 H 功率 P 瓦特 W 电抗 X 欧姆 Ω 电阻 R 欧姆 Ω 时间 t 秒 s 电压 V 伏特 V \begin{array}{|c|c|c|c|} \hline 量&符号&单位&单位符号\\ \hline 电容&C&法拉&\text{F}\\ \hline 电荷&Q&库仑&\text{C}\\ \hline 电导&G&西门子&\text{S}\\ \hline 电流&I&安培&\text{A}\\ \hline 能量&W&焦耳&\text{J}\\ \hline 频率&f&赫兹&\text{Hz}\\ \hline 阻抗&Z&欧姆&\Omega\\ \hline 电感&L&亨利&\text{H}\\ \hline 功率&P&瓦特&\text{W}\\ \hline 电抗&X&欧姆&\Omega\\ \hline 电阻&R&欧姆&\Omega\\ \hline 时间&t&秒&\text{s}\\ \hline 电压&V&伏特&\text{V}\\ \hline \end{array} 电容电荷电导电流能量频率阻抗电感功率电抗电阻时间电压?符号CQGIWfZLPXRtV?单位法拉库仑西门子安培焦耳赫兹欧姆亨利瓦特欧姆欧姆伏特?单位符号FCSAJHzΩHWΩΩsV??

注意:符号都是斜体表示,单位符号都是非斜体表示

磁学量

量 符号 单位 单位符号 磁通密度 B 特斯拉 T 磁通量 ? 韦伯 Wb 磁场强度 H 安(匝 / 米) At/m 磁通势 F m 安(匝) At 磁导率 μ 韦伯 / 安(匝 / 米) Wb/Atm 磁阻 R m 安(匝 / 韦伯) At/Wb \begin{array}{|c|c|c|c|} \hline 量&符号&单位&单位符号\\ \hline 磁通密度&B&特斯拉&\text{T}\\ \hline 磁通量&\phi&韦伯&\text{Wb}\\ \hline 磁场强度&H&安(匝/米)&\text{At/m}\\ \hline 磁通势&F_m&安(匝)&\text{At}\\ \hline 磁导率&\mu&韦伯/安(匝/米)&\text{Wb/Atm}\\ \hline 磁阻&R_m&安(匝/韦伯)&\text{At/Wb}\\ \hline \end{array} 磁通密度磁通量磁场强度磁通势磁导率磁阻?符号B?HFm?μRm??单位特斯拉韦伯安(匝/米)安(匝)韦伯/安(匝/米)安(匝/韦伯)?单位符号TWbAt/mAtWb/AtmAt/Wb??

国际单位
国际单位词头 符号 10 的幂 值 皮 p 1 0 ? 12 万亿分之一 纳 n 1 0 ? 9 十亿分之一 微 μ 1 0 ? 6 百万分之一 毫 m 1 0 ? 3 千分之一 千 k 1 0 3 一千 兆 M 1 0 6 一百万 吉 G 1 0 9 十亿 太 T 1 0 12 万亿 \begin{array}{|c|c|c|c|} \hline 国际单位词头&符号&10的幂&值\\ \hline 皮&p&10^{-12}&\text{万亿分之一}\\ \hline 纳&n&10^{-9}&\text{十亿分之一}\\ \hline 微&\mu&10^{-6}&\text{百万分之一}\\ \hline 毫&m&10^{-3}&\text{千分之一}\\ \hline 千&k&10^{3}&\text{一千}\\ \hline 兆&M&10^{6}&\text{一百万}\\ \hline 吉&G&10^{9}&\text{十亿}\\ \hline 太&T&10^{12}&\text{万亿}\\ \hline \end{array} 国际单位词头?符号pnμmkMGT?10的幂10?1210?910?610?31031061091012?万亿分之一十亿分之一百万分之一千分之一一千一百万十亿万亿??

文章来源:https://blog.csdn.net/b1049112625/article/details/135156579
本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。