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【电容器的并联】如图3－4所示为两个电容器并联，其中Ｕ表示两端A与B之间的电压（绝对值），q表示充电时流入电容器的总电量。 =C1+C2即并联总电容等于每个电容器电容之和。电容器并联时电容增大，串联时电容减小。实用中可根据需要而选用并联和串联。 【电容器的击穿】串联时总电压分配于各电容器上，这时电容器的电容减小，却提高了耐压能力。耐压能力是指电容器忍受外加电压的能力。每个电容器的电压都有一个界限，超过此界限时，会产生过大的内部场强，从而使所充的绝缘材料（电介质）变为导体以致于损坏电容器，这种现象叫“电容的击穿”。 【电流】带电粒子的运动叫做“电流”。例如金属中自由电子在电场作用下的定向运动，液体或气体中正负离子相互沿相反方向流动。在电流发生的同时，还会伴生出其他效应：电流的周围存在着磁场；电流通过电路时使电路发热；通过电解质时引起电解；通过稀薄气体时，在适当条件下导致发光等等。由于电流形成过程的不同，除传导电流外，还有对流电流和位移电流。所谓的对流电流是带电介质或介质中的带电部分不是由于电场作用而在空间运动时形成的电流。同一般电流一样，对流电流的周围也存在着磁场。例如当带电的平行板电容器绕垂直于板面的轴急速旋转时就出现磁场。由于带电体在原来没有电磁场的空间中匀速运动不须外力维持（如果不计空气阻力），所以对流电流不需要电势差来维持，它不引起热效应。致于位移电流被定义为电位移矢量随时间的变化率。麦克斯韦首先提出这种变化将产生磁场的假设，故称“位移电流”。实际上位移电流只表示电场的变化率，与传导电流不同，它不产生热效应、化学效应。继电磁感应现象发现之后，麦克斯韦的这一假设更深入一步揭露了电现象和磁现象之间的紧密联系。位移电流是建立麦克斯韦方程组的重要依据。在中学课本中主要讨论的是传导电流。在导体中存在持续电流的条件是保持导体两端的电势差（电压）。 【电流强度】单位时间内通过导体某一横截面的电量为该截面处的电流强度。即通过导体某一横截面的电量q，跟通过这些电量所用的时 强度的单位是安培或简称安，通常用“A”表示。常用的单位还有毫安（即10-3A表示为mA）、微安（即10-6A表示为μA）。金属导体中的电流是自由电子在外电场作用下漂移运动的结果。真空中的电子流，是由灼热的金属或金属氧化物表面发射出来的电子，在真空中由外加电场加速作定向运动而形成电流。如阴极射线就是真空中的高速电子流。气体中的电流，是在稀薄气体中，两端电极上加有足够高的电压时，从阴极表面逸出电子必向阳极运动，在电子向阳极运动的过程中，由外加电压作用可获得较大的动能，这些电子与中性气体分子相碰，使其电离（碰撞电离），同时正离子还能向阴极运动，再次从阴极表面击出电子（二次电子发射）。所以碰撞电离和二次电子发射都使气体中出现离子和大量电子，它们在外电场作用下定向移动，形成气体中电流。当对电解质溶液的两极加上电压时，将使溶液中作热运动的正负离子迭加一个漂移运动而形成电流。注意，由于在溶液中有正负两种电荷沿相反方向运动，所以总电流应该是正离子电流和负离子电流的绝对值的和。 【稳恒电流】在恒定电阻的电路中，加上电压恒定的电源，便产生大小和方向都不随时间改变的电流，称为“稳恒电流。” 【电流密度】描述电路中某点电流强弱和流动方向的物理量。其大小等于单位时间内通过垂直于电流方向单位面积的电量，以正电荷流动的方向为正方向。注意电流密度和电流强度都是描写电流的物理量。然而电流强度是一个标量，是描写导体中通过一个截面的电流量（不是点函数）；电流密度是一个矢量点函数，是描写导体中某一点的电流方向和通过该点垂直截面的电流强度。 【欧姆定律】欧姆定律是研究在稳恒电流通过的电路中，电流、电压和电阻间的相互关系。这个关系可表示为两种形式：部分电路欧姆定律和全电路（闭合电路）的欧姆定律。当一段导体两端存在电压时，导体内部就出现电场，载流子就要在电场力的作用下发生定向运动，形成电流。关于电流与电压之间的定量关系，德国科学家欧姆通过大量的实 R的数值取决于导体的材料，形状、长短、粗细及温度等。当这些因素不变时R为常数，只有当R为常数时才可以说I与Ｕ成正比。导体的R值越大流过它的电流I越小，可见R值反映导体对电流的阻碍程度，称为导体的电阻。在学习欧姆定律时应注意的是：（1）欧姆定律对金属导体及通常情况下的电解液都很好地成立，但对半导体二极管、真空二极管以及许多气体导电管等元件都不适用。（2）当导体内部含有电源时， 路的欧姆定律。 【电动势】电源内部非静电力移送单位正电荷，将其从电源的负极移至正极所作的功，叫做电源的电动势。电动势的单位是伏特。电源提供电能必须通过非静电力对电荷做功的方式从其他形式能量转变而来。例如，在具有一定负载的直流电路中，若要维持电路中的电流恒定不变，就必须设法维持电路两端有恒定的电势差（电压）。这就必须有非静电力不断对电荷作功来实现。在外电路电流是由高电势的正极流向低电势的负极。则在电源内部必须由非静电力将负电荷移到负极上，并将正电荷送到正极上。才能达到维持电路两端的恒定电势差。 【电阻定律】对于由一定材料制成的横截面积均匀的导体，在一定的温度下，它的电阻R和导体的长度l成正比，和横截面积S成反比。 导体横截面积不均匀，或者电阻率ρ不均匀时，可将其沿长度l的垂直 【电阻率】表征物质导电性能的物理量。也称“体积电阻率”。电阻率越小导电本领越强。用某种材料制成的长1厘米、横截面积为1平方厘米的导体电阻，在数值上等于这种材料的电阻率。也有取长1米、截面积1平方毫米的导电体在一定温度下的电阻定义电阻率的。此两种定义法定义的电阻率在数值上相差4个数量级。如第一种定义，铜在20℃时的电阻率为1.7×10-6欧姆·厘米。而第二种定义电阻率为0.017欧姆·毫米2/米。电阻率的倒数称为电导率。电阻率ρ不仅和导体的材料有关，还和导体的温度有关。在温度变化不大的范围内，几乎所有金属的电阻率随温度作线性变化，即ρ=ρ0（1+αt）。式中t是摄氏温度，ρ0是0℃时的电阻率，α是电阻率温度系数。由于电阻率随温度的改变而改变，所以对某些电器的电阻，必须说明它们所处的物理状态。如220伏、100瓦电灯的灯丝电阻，通电时是484欧姆，未通电时是40欧姆。另外要注意的是：电阻率和电阻是两个不同的概念。电阻率是反映物质对电流阻碍作用的属性，电阻是反映物体对电 制中电导率的单位是西门子/米。 【超导体】在温度和磁场都小于一定数值的条件下，许多导电材料的电阻和体内磁感应强度都突然变为零的性质。具有超导性的物体叫做“超导体”。1911年荷兰物理学家卡曼林-昂尼斯（1853～1926年）首先发现汞在4.173K以下失去电阻的现象，并初次称之为“超导性”。现已知道，许多金属（如铟、锡、铝、铅、钽、铌等）、合金（如铌—锆、铌—钛等）和化合物（如Nb3 Sn、Nb3Al等）都是可具有超导性的材料。物体从正常态过渡到超导态是一种相变，发生相变时的温度称为此超导体的“转变温度”（或“临界温度”）。现有的材料仅在很低的温度环境下才具有超导性，其中以Nb3Ge薄膜的转变温度最高（23.2K）。1933年迈斯纳和奥森费耳德又共同发现金属处在超导态时其体内磁感应强度为零，即能把原来在其体内的磁场排挤出去；这个现象称之为迈斯纳效应。当磁场达到一定强度时，超导性就将破坏，这个磁场限值称为“临界磁场”。目前所发现的超导体有两类。第一类只有一个临界磁场（约几百高斯）；第二类超导体有下临界磁场Hc1和上临界磁场Hc2。当外磁场达到Hc1时，第二类超导体内出现正常态和超导态相互混合的状态，只有当磁场增大到Hc2时，其体内的混合状态消失而转化为正常导体。现在已制备上临界磁场很高的超导材料（如Nb3Sn的Hc2 达22特斯拉，Nb3Al0.75Ge0.25的Hc2达30特斯拉），用以制造产生强磁场的超导磁体。超导体的应用目前正逐步发展为先进技术，用在加速器、发电机、电缆、贮能器和交通运输设备直到计算机方面。1962年发现了超导隧道效应即约瑟夫逊效应，并已用于制造高精度的磁强计、电压标准、微波探测器等。近两年来，中国、美国、日本在提高超导材料的转变温度上都取得了很大的进展。1987年研制出YBaCuO体材料转变温度达到90～100K，零电阻温度达78K，也就是说过去必须在昂贵的液氦温度下才能获得超导性，而现在已能在廉价的液氮温度下获得。1988年又研制也CaSrBiCuO体和CaS- rTlCuO体，使转变温度提高到114～115K。近两三年来，超导方面的工作正在突飞猛进。 【欧姆】Ohm，Georg Simon（1787～1854年）德国物理学家。1787年生于欧蓝格，毕业于欧蓝格大学。1826年发现导体的电阻、电流与电动势之间的关系定律现称欧姆定律。此定律先未受重视，直到1833年欧姆在纽仑堡任物理学教授时才渐为人所知。1849年欧姆任慕尼黑大学物理学教授。后人为纪念其对电学贡献，以其名做为电阻的单位。 【电功】电流通过电路时，电场力对电荷作的功叫做电功。在国际单位制中，电功的单位是焦耳。有时用千瓦·小时（即通常所说的“度”）。 式子，只有当电路是纯电阻电路，并没有反电动势存在时才成立。如果电路负载中存在反电动势，要分清三种形式公式的适用范围以及它们的物理意义。当电路负载中有反电动势时，则W=IＵt为整个负载的总功，而W=I2Rt则仅表示负载所消耗热的那部分功。 【电功率】每单位时间内电场力所作的功叫做电功率。在国际单位制中，电功率的单位是瓦特（常用的单位还有马力、千克力·米/秒）。 电阻，没有反电动势存在时上列各式都成立。如果电路负载中存在反电动势，则要分清此三公式的适用范围及其物理意义。若电路负载中存在反电动势，则P=IＵ为整个负载的总功率，而P=I2R则仅表示负载所消耗热的那部分功率。例如，当电路中接有直流电机时，如果加在电机两端电压为Ｕ，正常工作时通过电流为I。则当电枢线圈转动时作切割磁力线运动而产生感生电动势，这一感生电动势和外加电压方向相反，因 （输入功率），I正ε反为克眼反电动势所消耗的功率，即转变为机械能 ，只有在纯电阻电路中，三个公式可以通用，而在有反电动势的电路中（含源电路）三者不能混淆。 【焦耳定律】导体在通过电流时会有热量发出。英国物理学家焦耳通过实验总结出如下的规律：电流通过导体时放出的热量Q与电流I的平方、导体的电阻R以及通电时间t成正比，即Q=KI2Rt，这就是焦耳定律。电流通过导体时按这一规律所放出的热量叫做焦耳热。若分别以焦耳、安培、欧姆及秒等为国际制单位测量热量、电流、电阻及时间，实验测得K=1焦耳/欧姆·安培2·秒。故上式变为 当n个导体串联时，由于通过所有导体的电流都相等，用前式来比较个别导体所放出的热量较为方便。当n个导体并联时，在各个导体上的电流各不相同，但它们两端的电压都相等，在这种情况下用后式较为方便。必须再次强调说明的是，当电路上有电流通过时，不但产生热的效应，而且还可以产生其他不同的效应。例如，在一般的电路中，除有纯电阻外还有电动机，电解槽等用电器，那么电能除部分转化为热（内能）外，还要转化为机械能、化学能等。因此，只有当电路为纯电阻，而且整个电路不能运行时，电流所做的功才全部变为热，否则W=ＵIt总要大于电流的纯电阻上产生的热量Q=I2Rt。 【串联电路】多个电阻按图3－5所示方式的联接叫做串联。串联电路的基本特征是只有一条支路，由此出发可以推出串联电路有如下五个特点：（1）流过每个电阻的电流相等。因为直流电路中同一支路的各个截面有相同的电流强度。（2）总电压（串联电路两端的电压）等于分电压（每个电阻两端的电压）之和，即Ｕ=Ｕ1＋Ｕ2＋…+Ｕn。这可由电压的定义直接得出。（3）总电阻等于分电阻之和。把欧姆定律分别用于每个电阻可得Ｕ1=IR1，Ｕ2=IR2，…Ｕn=IRn代入Ｕ=Ｕ1+Ｕ2＋…＋Ｕn并注意到每个电阻上的电流相等，得Ｕ=I（R1＋R2＋…＋Rn）。此式说明，若用一个阻值为R=R1＋R2+…+Rn的电阻元件代替原来n个电阻的串联电路，这个元件的电流将与原串联电路的电流相同。因此电阻R叫原串联电阻的等效电阻（或总电阻）。故总电阻等于分电阻之和。（4）各电阻分得的电压与其阻值成正比，因为Ｕi=IRi。（5）各电阻分得的功率与其阻值成正比，因为Pi=I2Ri。 (责任编辑：admin) |