02-电子电路的基本概念(2016版)

1、广东职业技术学院第2课电子电路的基本概念授课教师：欧浩源研究方向：嵌入式应用、物联网应用电子邮件：答疑地点：广东职业技术学院高明校区实训楼3-4011广东职业技术学院电是什么？n 电灯、电视、电话、电脑、电池、电机、电冰箱、电磁炉、电动车、各种电子仪器设备.假如这个世界没有电？n 电，是一种自然现象，是个一般术语，是一种能量。n 在电概念出现之前，现象一直存在，直到18世纪时，西方开始探索电的种种现象，寻找自然规律。n 1800年意大利人伏特用铜片和锌片浸于食盐水中，并接上导线，制成了第一个电池。1820年安培发现电流之间的互作用定律

2、。1831年英国人法拉第，发现电磁感应定律，制出了世界上最早的第一台发电机。1866年德国人西门子制成世界上第一台工业用发电机。1865年苏格兰人麦克斯韦提出电磁场理论。1887年德国人赫兹展示出这样的电磁波.n 被遗忘的电气之王：尼古拉.特斯拉。2广东职业技术学院 欧浩源广东职业技术学院电荷n 带电是物质的一种固有属性。n 带正负电的基本粒子叫电荷。物体或构成物体的质点所带的电量，即电荷的多少，叫电荷量。n 物体由于摩擦、加热、射线照射、化学变化等原因，失去部分电子时物体带正电，获得部分电子时物体带负电带有多余正电荷或负电荷的物体叫做带电体。n 自然界只有两种电荷：用绸缎摩擦过的玻璃棒所带的

3、电荷：正电荷用皮毛摩擦过的硬胶棒所带的电荷：负电荷两类电荷不可能单独产生，只能成对产生。同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。3广东职业技术学院 欧浩源广东职业技术学院电荷与物体带电n 电荷亦称电，有实物的属性，存在于原子中，不能离开电子和质子而存在。n 1897年，汤姆逊发现，所有的物质都包含质量很小且带负电荷的粒子，该粒子被称为电子。在19091911年间，其学生卢瑟福发现，原子中有一个质量很大的带正电的原子核。n 如果原子核所带的正电荷等于周围电子所带的负电荷，该原子呈中性。借助外部能量，外层电子可以从原子中脱离。失去电子的原子带正电。从原子脱离的电子可以保持独立状态，或者附着在另外的原子

4、上，成为带负电的粒子。n 起电的本质，都是将正负电荷分开，使电荷发生转移，物体带电的实质是获得或失去电子的过程，并不是创造电荷。带电的方式：摩擦起电、感应起电、接触起电。4广东职业技术学院 欧浩源广东职业技术学院电荷的分离与守恒n 如果两个电中性的物体相互摩擦，那么每个物体都带电。n 例如：当硬胶棒和毛皮摩擦时，毛皮原子中的电子便转移到了硬胶棒上。硬胶棒上多余的电子使它带负电；而失去电子的毛皮则带正电。但是，这两个物体的总电荷保持不变，也就是电荷守恒。n 电荷既不能被创生，也不能被消灭，所有实际能够发生的只是通过电子的转移而使正负电荷分离而已。摩擦起电不是创造了电，而是核外电子发生了转移。n

5、电荷守恒：电荷既不能创造,也不能消灭，它只能从一个物体转移到另一个物体，或从物体的一部分转移到另一部分，在转移的过程中，系统的电荷总数保持不变。5广东职业技术学院 欧浩源广东职业技术学院静电与静电力应用n 带电体所带的电荷不易流动，而是处于静止状态，称为静电。静电荷之间存在作用力，称为静电力。n 把电荷移近不带电的导体，可以使导体带电的现象，叫做静电感应，或感应起电。n 静电感应，没有创造和消灭电荷，而是使物体中的正负电荷分开，将电荷从物体的一部分转移到另一部分。n 静电知识在实际生产和生活中有很多应用。例如：利用静电技术收集从烟囱排出的煤烟灰，可以减少空气污染；通过静电感应使油漆微粒带电，这

6、样油漆就能被均匀地喷涂在汽车或者其他物体上；复印机利用静电将墨粉印到纸上但是，静电也有许多危害，会引起灰尘吸附，会损坏电子设备6广东职业技术学院 欧浩源广东职业技术学院静电感应的本质n 把带正电荷的C球移近彼此接触的导体A和B，可以看到AB上的金属箔片张开，这表明AB都带上了电荷。n 如果先把C移走，A和B上的箔片就会闭合。n 如果先把A和B分开，再移走C，可以看到，A和B上面的金属箔片仍张开。这时候，让A和B接触，它们的金属箔片都闭合。n 这证明A和B分开后所带的是异种等量的电荷，重新接触后，等量异种电荷发生中和。n 导体中的自由电荷受到电场力的作用而定向移动使导体两端分别出现等量异种电荷，

7、是产生静电感应的原因。7广东职业技术学院 欧浩源广东职业技术学院库仑定律（电荷之间有作用力并可以量化）n 法国物理学家库仑（1736-1806），用精确的实验研究静止电荷之间的相互作用力，在1785年发现了库仑定律。n 库仑定律：在真空中，两个电荷间的作用力跟它们的电量的乘积成正比，跟他们之间的距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上。n 定律成立条件：真空、静止、点电荷。n 真正的点电荷是不存在的，是一种理想化的模型。8广东职业技术学院 欧浩源广东职业技术学院电场n 法拉第认为：（首先认识一下什么是场）如果一个带电物体A能对位于空间中任一点处的另一个带电物体B产生作用，那么带电物体A必然

8、以某种方式使空间的特性发生改变，而物体B则感受到了空间的这种改变，并因此受到了反映它所在空间的这种特性的作用力。n 什么是场？9广东职业技术学院 欧浩源广东职业技术学院什么是场？n 场是一种特殊物质，看不见摸不着，但它确实存在。n 自然科学已经十分明确的揭示，同一物质表现为两种最基本的现象状态，一种是实物、粒子形态；一种是场、波的形态。人们首先发现了光的波粒二象性，继而又提出物质波的思想，认为一切物质粒子，如电子、质子、中子等都有实物和波两种想象形态。在量子场论来看，场是一种基本的、普遍的物质，是相应的时空连续体；粒子只不过是场的局部凝聚。物质此起彼伏、时散时聚之表现为场，聚之起之表现为粒子。

9、n 现代科学认为，场就是能量的海洋。因而场与实物的矛盾运动，也就是能量与质量之间的矛盾运动（质能方程）。能量和质量只不过是物质的不同表现形式而已。时空，场，能量，质量都处在统一而又交错的矛盾的运动网络中。10广东职业技术学院 欧浩源广东职业技术学院电场n 法拉第认为：（首先认识一下什么是场）如果一个带电物体A能对位于空间中任一点处的另一个带电物体B产生作用，那么带电物体A必然以某种方式使空间的特性发生改变，而物体B则感受到了空间的这种改变，并因此受到了反映它所在空间的这种特性的作用力。n 电场：电荷及变化磁场周围空间里存在的一种特殊物质。n 电场与通常的实物不同，它不是由分子原子所组成，但它是

10、客观存在的，具有通常物质所具有的力和能量等客观属性。n 电场的力的性质表现为：电场对放入其中的电荷有作用力，这种力称为电场力。电场的能的性质表现为：当电荷在电场中移动时，电场力对电荷做功（这说明电场具有能量）。n 只要有电荷存在，在电荷周围就存在着电场。11广东职业技术学院 欧浩源广东职业技术学院电场力与电场强度n 把一个电荷放进电场中，它就受到力的作用，这个力叫做电场力。当电荷在电场中移动时，电场力就会对电荷做功。n 电场所施加的力能够做功，从而将能量从电场转移至带电物体中。在日常生活中，无论你是将电器的插头插进电源插座，还是将它与电池连接，你都在使用这种能量。n 电场强度：是描述电场性质的

11、基本物理量，矢量，简称场强。1. 方向与正电荷在该点受到的电场力方向相同。2. 大小等于每个单位正电荷所受的力。n 任何位于电场中的电荷都会受到该处电场对它的作用力。这个力的大小取决于该处的电场强度E及电荷量q： F = Eq。这个力的方向取决于电场方向及电荷的性质。12广东职业技术学院 欧浩源广东职业技术学院电场线与电场强度n 在电场中，每个点的电场强度E都有一定的方向，所以可以在电场中画出一系列从正电荷出发，到负电荷终止的曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟该点的场强一致，这些曲线就叫做电场线。n 电场是一个矢量，其方向是正电荷所受电场力的方向。电场存在于三维空间中，各条电场线永远不会相交。

12、n 电场线并不是电场里实际存在的线，而是人们为了使电场形象化而假想的线。它只是简单地提供了一种描述电场的模型，但电场却是真是存在的。n 电场线密，场强大。n 电场线疏，场强小。13广东职业技术学院 欧浩源广东职业技术学院电势能n 在力学中，当一个小球被举高时，它的重力势能就会发生变化。为了克服重力使其升高，你必须对小球做功。这样小球的重力势能就增加，相当于你做的功转移到球成了势能。n 在电学中，对于两个相互吸引的异种电荷，要将一个电荷从另一个附近拉开，你就需要做功。当你做功的时候，你将能量转移给了电荷，这个能量以电势能的形式储存在电荷中。n 电势，又称为电位，是电场中某个位置的单位电荷所具有的

13、电势能。（联想一下重力势能）n 电势是从能量角度描述电场的物理量，只有大小，没有方向。电场强度则是从力的角度上来描述电场。n 只要顺着电场线的方向，总是电势减小的方向，逆着电场线总是电势增大方向。14广东职业技术学院 欧浩源广东职业技术学院电势差n 水位有高低，高处的水就会往低处流。同样，电势也有高低，电势高的电流会流向电势低的地方，这两个电势之差，也就是电势差，也叫做电位差。n 电势差，定义为在电场中，两点间移动一个正试探电荷时所做的功与该试探电荷的电荷量之比。1.与试探电荷的电荷量无关，它仅取决于电场强度和位移。2.与电荷的具体运动路径无关，仅取决于始末两点的位置。3.相同电势点之间的电势

14、差为零，等势。两点之间的电势差为0时，电荷的移动就停止了。4.势能是相对的，其大小与参考面有关，而势能差是绝对的。电势差可以用电压表测量，有时，它也可以简称为电压。15广东职业技术学院 欧浩源广东职业技术学院电压n 电压，也称作电势差或电位差，是衡量单位电荷在静电场中由于电势不同所产生的能力差的物理量。电压一般只用于电路当中，电势差和电位差则普遍应用于一切电现象当中。n 从电场力做功来看，电压，是将单位正电荷从电路一点移到另一点，电场力做功的大小。大小：单位正电荷受电场力作用从A点到B点所做的功。方向：从高电位指向低电位（顺着电场线方向）n 从另外一个角度看，电压，就是导体中形成电流的压力。（

15、水压高，水流速度就大，单位时间内流出龙头的水就多）n 电压是推动电荷定向移动形成电流的原因。电流之所以能够在导线中流动，是因为电路中有着高电势和低电势的差别。16广东职业技术学院 欧浩源广东职业技术学院电动势（电源）注意理解：n 对于电源内部来说，电位差，也就是电动势。n 对于外部电路来说，电位差，就是电压。n 电源，是一种能把其他形式能量转化为电势能的装置。它能够克服静电力做功，迫使正电荷从低电势处经电源内部移向高电位处。n 在数值上，等于非静电力将单位正电荷从电源负极通过电源内部移送到电源正极时所做的功。n 在电源（电荷泵）的作用下，电荷在闭合的电路中往复循环流动，从而形成稳定的电流。电路

16、工作的两个条件：电源作用，闭合电路。17广东职业技术学院 欧浩源广东职业技术学院电流n 水流是水粒子（水分子）运动所产生的，电流也是带电粒子（电荷）的运动所引起的。n 电流：正电荷的定向移动，形成电流。n 电子从负极流向正极，但电流方向规定为从正极流向负极。n 电流大小：单位时间内流过的电荷量。n 电流的产生（水流和抽水泵）：1.当两个带电导体球相互接触时，电荷会从电势较高的球流向电势较低的球，持续到两球电势相等为止。2.可以通过将电荷从A“泵回”B的办法维持B和A之间的电势差。3.泵取电荷的过程中，电荷的电势能会增加，所以必须要有外界能量才能做到这一点，例如电池。18广东职业技术学院 欧浩源

17、广东职业技术学院电流的运动过程n 容许电荷通过的闭合回路或者导通电路，称为电路。n 电荷在一个封闭的回路中流动，从“电荷泵”将带电粒子泵至B后开始，通过C到A，再到电荷泵，不断循环。n 这个过程，电荷的电势能会增加，必须要外部能量的支持。n 一条电路含有一个将电荷从A移到B以增加其电势能的“电荷泵”，以及一个将电荷从B移至A的以减少其电势能的用电器。电荷通过用电器损失的电势能qU，通常会转化为其他形式的能，例如：电灯将电能转化为光能，电动机转化为动能。19广东职业技术学院 欧浩源广东职业技术学院电功n 做功是能量由一种形式转化为另一种的形式的过程。两个必要因素:作用在物体上的力和物体在力的方向

18、上通过的距离。n 电流做功，跟电压、电流和通电时间成正比（单位：J）也就是说，电流在某段电路上所做的功，等于这段电路的两端电压、电路中电流和通电时间的乘积。 W = UItn 电流做功的过程，实际就是电能转化为其他形式能量的过程。n 电流做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能量。例如：电流通过电灯发光，电能转化为光能。电流通过电炉发热，电能转化为热能。电流通过风扇转动，电能转化为动能。20广东职业技术学院 欧浩源广东职业技术学院电功率n 为了表示电流做功的快慢，我们引入了电功率的概念。n 以W为单位的电功率度量了电能传输的速率。也就是说，电功率描述的是能量从一种形式转化为另外一种形式的速度。n 公式：P = UI =I2R =U2/R如果一台发电机每秒内将1J的动能转化为电能，那么它转化能量的速度便是1J/S，也就是1W。n 高压输电电能的传输中，热能产生的快慢由P= I2R决定。在远距离的电能传输中，在不减小功率的前提下，可以通过提高电压的办法来使电流减小（因为P=UI）21广东职业技术学院 欧浩源广东职业技术学院能量转化的例子n 电荷是一个守恒量，能量也是