英国留学生需要了解的最基本电气理论合集

没有任何一项发明能像电力一样对我们的生活、文化和生计产生如此深远的影响。电无处不在，为我们照明，为我们烹饪食物，甚至为我们刷牙。举例来说，想象一下，如果没有电，医疗保健将会是什么样子，而除颤器、心脏起搏器等电气设备又挽救了多少人的生命。从会说话的电话到八轮拖拉机，再到 "我要我的 MTV "电话，甚至是标签，如果没有 #WithoutElectricity，这一切都不可能实现。请继续阅读，了解更多关于电气的最基本理论。

1.什么是电?

什么是电，电从哪里来?最重要的是，为什么地毯、袜子和门把手是糟糕的组合?最简单地说，电就是电荷从正极到负极的移动。无论电荷是如何产生的，是通过化学方式(如电池)还是物理方式(袜子和地毯之间的摩擦)，电荷的移动就是电。

2.了解电流

这种电荷流动称为电流。电流有两种：直流电(DC)和交流电(AC)。直流电是在电压极性不变的情况下单向流动的电流，而交流电是根据电压极性周期性改变方向的电流。托马斯-爱迪生和亚历山德罗-伏尔塔开创了直流电，并书写了电力史的大部分篇章。然而，随着社会的发展，长距离传输直流电变得非常低效。尼古拉-特斯拉发明的交流电系统改变了这一切。有了交流电，就有可能产生远距离输电所需的高电压。这就是为什么今天大多数输电设备使用直流电，而发电厂则产生交流电的原因。

3.欧姆定律

最基本的电学定律是欧姆定律或 V=IR。V 是电压，即两个电荷之间的电位差。换句话说，它是一个单位的电荷在两点之间移动所需功的量度。10 V 等值是两个参考点之间电位差的量度。通常是 +10 V 和 0 V(也称为 "接地")，但也可以是 +5 V 和 -5 V、+20 V 和 +10 V 之间的电位差，等等。

在实际应用中，您可能会听到 "共地 "一词，这意味着系统中的每个设备都使用相同的零点参考(或地)，以确保整个系统中的电位差(或电压)相同。欧姆定律的另一个组成部分是电流，其计量单位是安培;在公式中，电流用字母 I 表示，符合逻辑。如前所述，电流是电路中电荷流动的量度。剩下的字母 R 代表电阻。电阻以欧姆为单位，是电路中电流流动阻力的量度。简单地说，电阻会阻碍电流的流动。当电子流经电路电阻时，就会产生摩擦和热量。电路中最常用的电阻是灯泡。白炽灯泡在电路中产生的电阻足以加热灯丝，从而发光。电路中的电阻器还可用于改变电压水平、电流路径等。电阻器是可以添加到电路中的独立电阻组，通常用于分隔电压等级。

4.串联和并联电路

在继续应用欧姆定律之前，我想介绍一些其他电路概念。首先，我们需要了解什么是串联和并联。串联电路是与电源线性连接的电路。串联电路中的电流是恒定的，但电压可以变化。并联电路是从电源分支出来的电路。电源提供的总电流在各分支之间分配，但所有电路的电压相同。

您可能已经挂上了圣诞灯，却发现它们都不工作。在你悬挂的数百个灯泡中，有一个没有亮。原因很可能是其中一个灯泡坏了或烧掉了，由于它们是串联的，所以其他灯泡也没有亮。由于所有灯泡都是相互连接的，如果其中一个灯泡烧坏了，电路就会在这一点上断开。由于电路断开，电流不会流向其他灯泡。

幸运的是，许多新灯泡都是并联接线。因此，如果其中一个灯泡烧毁，只有该电路分支断开。开路电流将在该支路中被隔离，电流将继续流向电路中的其他灯泡。

5.应用欧姆定律

现在，让我们将欧姆定律应用到下面的电路中(只是为了练习，电路都是理论上的)，并计算施加到每个负载上的电压和电流。下图显示的是儿童淘气玩具的电源电路。R1 表示扬声器的电阻值，R2 表示发光二极管的电阻值。R1 的阻值为 430 欧姆，R2 的阻值为 284 欧姆，电源是电压为 5 VDC、额定电流为 5 A 的电池。加在 LED 和扬声器上的电压是多少?首先确定按下腹部按钮和闭合开关 1 (S1) 时电路中的电流。电源提供 5 A 电流，但电路只消耗负载所需的电流。利用欧姆定律，我们可以转换公式求解电路中的电流，即 I (电路) = V (电路)/R (电路)。 利用这些值，我们可以计算出 I(回路电流)= 5 VDC/714Ω = 7 mA。

6.将欧姆定律应用于串联电路

既然我们知道电路中的电流为 7 mA，而在串联电路中，该电流沿电路长度方向是恒定的，那么我们就可以使用欧姆定律来计算提供给扬声器的电压：V(扬声器) = I(circuit) x R(speaker) 或 V(speaker) = (7 mA) x (430Ω) 或 ~3 VDC。对于 LED，电源电压为：V(LED) = (7 mA) x (284) 或 ~2 VDC。此电路称为分压电路。电源电压按各负载电阻的比例分配给负载。R1 的电阻较大，从 5 VDC 的总电源电压中获得 3 VDC，R2 获得剩余的电压，即 2 VDC。换句话说，R1 上的压降为 3 VDC，R2 上的压降为 2 VDC。

7.基尔霍夫电压定律 (KVL)

电气工程中另一个重要的基本定律--基尔霍夫电压定律(KVL)，就是从这个压降原理推导出来的。该定律指出，闭合电路的电压代数和始终为零。如果我们只知道电源的电位和 R1 两端的压降，就可以利用 KVL 求出下一个压降。使用 KVL 时，我们必须遵循电流路径并使用所示元件的极性。如果我们不知道电流路径，就必须假设电流路径。我们将使用从正极到负极的路径(顺时针)。V(power) + V(1) + V(2) = 0 或 -5 VDC + (+3 VDC) + (+V(2)). 求解 V(2)，得到 V(2) = 2VDC，我们知道这是正确的。当一个电路中有多个电源或多个电路时，KVL 就非常有用了。

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