电学之旅

我们的生活中,处处都需要用电,那店究竟是个什么东西,他又是如何参与到我们的生活之中呢?让我们一起走近电学,一探究竟吧!

在干燥天气里,衣服表面容易吸附灰尘,与头发摩擦过的塑料尺,塑料笔杆,能吸取纸屑,用塑料梳子梳头,头发会随着梳子飘起来,这样等等的神奇现象,究竟是为什么呢?这是因为摩擦过的物体带了电,而这里的电就是电荷,有摩擦的方法,使物体带电荷叫做摩擦起电,那么带电的物体间存在怎样的相互作用呢?我们可以用丝绸插两根玻璃棒,守时,手持一根玻璃棒靠近另一根被吊起的玻璃棒,两者就会相互吸引,手时用毛皮摩擦过的橡胶棒,靠近被吊起的用丝绸摩擦过的玻璃棒,两者也会相互吸引,实验,发现电荷间有相互作用,相同电荷及不同电,和既然相互作用不同,人们还发现无论用什么方法带点,物体所带电荷或者与丝绸摩擦过的玻璃棒所带电荷相同,或者与毛皮摩擦过的橡胶棒带的电荷相同,自然界中只有两种电荷,于是人们把用丝绸摩擦过的玻璃棒带的电荷叫做正电荷,用毛皮摩擦过的橡胶棒带的电荷叫做负电荷,同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引。电荷的单位是,库伦,简称库符号是C,我们通过电荷与电的相互作用发明了验电器,可以检验物体是否带电。

一个原子是由原子核和核外电子构成的,原子核显正电也就是带正电荷,而核外电子显负点就是带负电荷。不同物质的原子核束缚电子的本领不同,当两个物体摩擦时,哪个物体的原子核束缚电子的本领弱,它的一些电子就会转移到另一个物体上,失去电子的物体,因为缺少电子而带证件,得到电子的物体,因为有了多余的电子而带等量的负电,摩擦起电并不是创造电荷,只是电荷从一个物体转移到了另一个物体,使正负电荷分开。

在生活中,我们常常会听到两个词语导体和绝缘体,那什么是导体?什么是绝缘体呢?导体就是可以导电的物体,而绝缘体就是相对不可以导电的物体。

我们身边的电灯都可以长时间持续的发光,但我们前面所探究到电荷却只是一时的,那么怎么样才能让电荷不断的通过电灯,使灯泡一直发光呢?

这就需要一个可以一直提供电荷的东西,就是电池,而光有电池还不行,我们需要用导线将电池和灯泡连成闭合的回路,这就是电路。在这个电路中有着很多的电荷,他们都是杂乱无章,散漫的运动者,但是一旦有了电池之后,他们就会因为电池正负极能量差,而有了推动力,就会做定向移动。流动电荷的定向移动就形成了电流。回路中有电流时发生地向移动的电荷,可能是正电荷也可能是负电荷,还可能是正负电荷同时向相反方向发生定向移动,在19世纪初,物理学家刚刚开始研究电流时,并不清楚在各种情况下究竟是哪种电荷的移动,当时就把正电荷定向移动的方向规定为电流的方向。只有电路,只有电路闭合的时候,电路中才有电流。

但是也并不是所有电路都是可以通的,人们把正常接通电路及用电机器能够工作的电路叫做通路电路中,如果某处被切断,电路中就不会有电流流过,这种情况叫做断路,直接用导线将电源的正负极连接起来,这种情况叫短路,电源被短路,电路中会有很大的电流,可能把电源烧坏,这是不允许的,如果电路是接通的,但用电器两端被导线连通,这种情况叫做该用电器被短接。


如图就是一个并联电路,并联电路中两个电器共用的那部分电路叫干路,单独使用的那部分电路叫支路。



这个就是串联电路。在这个电路中,用电器是首尾相连的。

在串联电路中,开关可以控制所有用电器开关位置的改变,并不影响它对用电器的控制作用,在串联电路中,干路开关可以控制所有用电器,支路开关只能控制其所在的支路用电器。

串联电路和并联电路都是最基本的电路,实际生活中的许多电路都是由最基本的电路组合而成的,家庭,用电灯,电吹风机,电冰箱,电视机,电脑等用电器大多是并联,在电路中的用来装饰居室烘托欢乐气氛的彩色小灯泡,有些的是串联和并联组合而成的。


这个是电流表,用来测量电流的大小,电流用,字母I表示,它的单位是安培,简称安,符号是a。我们可以看到在这个电流表中有两个正极,它们代表不同的量程,一个是小量程0~0.6安,另一个是大量程,0.7~3A。我们在把电流表接入电路时,应先接入大量程,如果是数过小,再改用小量程。当我们进入小量程时,读的是下面的示数,当我们接入大量程时读的是上面的示数。

那么在串并联电路中,电流有没有什么区别呢?在串联电路中电流处处相等,而在并联电路中,各支路电流之和等于干路电流。

我们常常会也听说,某个电池是1.5伏,而家用的电灯,电视机电压是220伏,那这个电压究竟是什么呢?

当我们把一节干电池和两节干电池分别接入电路中。我们会发现,一节干电池的电路中小灯泡要暗一些,两节干电池的电路中小灯泡会更亮。小灯泡的明暗,是和电流的大小有关系的,那为什么,这两个电路中的电流是不一样的呢?如果我们要让电路中有电流,那么它的两端就一定要有电压,电源的作用就是给用电器的两端提供电压,两节干电池所提供的电压比一节干电池所提供的电压要大,所形成的电流也就更大,小灯泡也就更亮。电压就是一个电荷从a点到B点所消耗的能量。可是在同样的电路中,他所消耗的能量应该是一样的,为什么会出现一节干电池和两节干电池所造成的电压不同的情况呢?其实,电流过每一个电阻所用的能量是不同的,如果电压很大,那么过一个电阻时,电流也会很大。如果电压很小,那么他过相同的电阻时,它所消耗的能量就会比较小。

我们通常用字母U来表示电压,他的单位是,㐲特简称伏,符号是V。电压和电流一样也是可以测量的,但是当我们把电压表相电流表一样串联到电路中时,我们发现电压表有示数,可是和他串联的用电器也就是小灯泡,此时并不发光。最终我们发现是因为电压表的阻值实在太大了,以至于使电路几乎到了断路的状态。我们确定的电压表是需要并联接入电路的。电压表的读数方式和电流表是一样的。

在串联电路中各用电器的电压和等于电源电压,在并联电路中各支路电压相等。

我们知道在一个电路中,小灯泡的亮度,和电流电压有关系,那还和什么因素有关系呢?

虽然导体都可以导电,但是对电流也有一定的阻碍作用,在相同的电压下,通过铜丝的电流较大,表明铜丝对电流的阻碍作用较小,通过啊,合金丝的电流较小,表明合金丝对电流的阻碍作用较大,在物理学中就用电阻这样一个词来表示导体对电流阻碍作用的大小,导体的电阻越大,表示导体对电流的阻碍作用就越大,导体的电阻通常用字母R表示单位是欧姆,简称欧,符号是Ω。你好你好你好,我们可以更换不同的导线来探究影响电阻大小的因素,最终我们得到,导体的横截面积越小,电阻越大,导体的长度越长,电阻越大。

电阻也是可以改变的,可以改变接入电路中电阻大小的元件,就是变阻器。

电阻丝外面涂着绝缘层,没有在绝缘管上图中电阻丝上水平方向的一条白线表示这里的绝缘层已经刮掉,电阻丝可以与滑片P相连,而它的两端连在ab两个接线柱上滑片必通过金属杆的接线柱CD线,连滑片移动到不同位置,使Ab或BC两个接线柱的电阻丝长度不一样,这样就可以改变接入电路中电阻的大小。要注意滑动变阻器,在接入电路中时不可以同时连接上面或同时连接下面的接线柱。

那电流电压和电阻之间有什么关系呢?我们先来确定电阻,探究一下电流和电压之间的关系。我们把诗书写在表格中,在,把这些数据都画到平面直角坐标系里我们可以发现,电流和电压的关系成正比例。而当我们用相同方法去探究电流和电阻的关系式,我们发现电流和电阻成反比。这就是欧姆定律:导体中的电流跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比,也就是I=U:R。

我们也可以用这个方法来测量电阻,就是测出电压和电流的大小,运用欧姆定律就可以求出来电阻,这种方法叫伏安法。

当你的手机充电充了很久,一摸充电器会发现它很烫,而我们如果玩手机玩久了,手机也会很烫,这是为什么呢?其实也就是,电能通过做功的方式被转化成了物体的内能,也就是热。那我们该怎么计算转化了多少的电能呢?其实,电能也就是电流消耗的能量就是做的功,而电压正好就是每一电荷在一段距离内所消耗的能量,电流就是电电荷的数量,那我们只要用电压乘电流再乘以他做工的时间,就可以算出电能了!我们就我们就得到这样一个公式:W=U It

我们已经可以算出电流做功的大小了,那么与功相对的,还有一个就是功率,通过我们之前的知识,我们可以知道功率也就是功除以时间,当我们把这个公式带进去后,就发现功率其实也就,是电流乘电压。我们就得到了功率的公式,就是P=UI。

在不同的电压下,同一个用电器的电功率也并不一样,用电器实际的电功率随着它两端的电压改变,那么既然如此我们就不能泛泛的说,一个用电器的电功率是多大,而要取名电压,用电器正常工作时的电压叫做额定电压,用电器在额定电压下工作时的电功率叫做额定功率。我们在使用各种用电器时,也一定要注意它的额定电压,只有在额定电压下,用电器才能正常工作,实际电压,偏低,用电器的电功率低不能正常工作,如果实际电压偏高,有可能就会损坏,用电器。

而当很多用电器在工作时工作一段时间就会发烫发热,这也就是电流的热效应,那么电流通过导体时可以产生多少的热,又跟什么因素有关系呢?


这就是,根据气体热胀冷缩而制成的,一个焦耳演示器。实验表明,在电流相同通电时间相同的情况下,电阻越大,这个电阻产生的热量也越多,而在电阻相同通电时间相同的情况下,通过一个电阻的电流越大,这个电阻产生的热量越多。而我们就经过了一系列的思想实验,最终得到了一个电流产生的热量跟电流电阻和通电时间的关系,就是电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比,跟导体的电阻成正比,跟通电时间成正比,这个规律就叫做焦耳定律,而我们用公式表达:Q=I的平方Rt。


这个就是家庭电路的组成,家庭电路的电压是220伏。上图是比较简单的家庭电路装置示意图,有两跟进户线电能表,总开关保险装置,用电器导线等组成输电线进户后,首先接到电能表上,电能表用来显示所消耗电能,接下来是全户用电的总开关,当家庭电路需要修理时,必须断开总开关,这时室内全部电路与室外的输电线分离,可以保证施工人员的安全,总开关后面是保险装置,也就是融资,我们平常说的保险丝,是简易的保险装置,装在保险盒内,电流过大时熔丝就会融化,切断电路对用电器起到保护作用,现在新建的居民楼,电路中的保险装置一般采用空气开关,当电路中的电流过大时,空气开关自动断开,切断电路也就是跳闸。

进户的两条输电线,中一条叫做端线,俗称火线,另一条叫做零线零线,在入户之前已经和大地相连,在家用电路中知道进户的两条,哪条是火线,哪条是零线比较重要,常用的方法。




就是用试电笔来判断,一种事件比的构造,如图所示,氖管中充有稀薄的氖气,两端是两个金属电极,当电极间的电压达到一定值时,奶器会导电充当电流,从一个电,即流到另一个电极,实乃器会发出红光,使用时手按住笔卡,使笔尖接触被测的导线,手指千万不能碰到鼻尖,如果被测导线是火线,电流经过比肩电阻奶管弹簧再经过连体,经过大地流到零线与电源构成闭合电路,奶管就会发光,如果笔尖接触的是零线奶管中,不会有电流也就不会发光,试电比重电阻的作用十分重要难管,发光只需很小电流,所以在试电笔的电路中串联一个很大的电阻,约有100万欧姆由于电流很小,使用试电笔时,尽管电流通过人体也不会对人体造成伤害,另一种常见的事件比形状如,螺丝刀使用时,要用直接抵住上端的金属帽式电笔,通常也用来检查电气设备的外壳是否带电,通常情况下家庭电路中各个用电器的通断不应该影响其他用电器的通断,所以用电器应该并联后,接入电路中控制用电器的开关要连接在火线和用电器之间。

洗衣机电冰箱等用电器的电源插头有三条线,其中一条接火线,一条接零线,第3条线标着一,那它是用来做什么的呢?原来插头上标着一的导线和用电器的金属外壳相连插座上相应的导向和室外的大地相连,

万一用电器的外壳和电源火线之间的绝缘,不损坏,使外壳带电,电流就会流入大地不,这对人造成伤害,在很多新建楼房中控制插座,总开关上,大多还装有漏电保护器,正常情况下用电器通过火线零线和供电系统中的电源构成闭合电路,不应该有电流直接流入大地,但是如果站在地上的人不小心接触了火线,电流经过人体流入大地,这时总开关的漏电保护器会迅速切断电流,对人身起到保护作用。


在家庭电路中电流过大是很可怕的,可能会引起火灾爆炸,威海人,挺健康,造成十分可怕的后果。为什么电流会过大呢?就是因为此时的功率太大了,因为电压时确定的220伏,如果此时的功率过大,电流也就会过大。

常见的触电事故有当人体成为不闭合电路的一部分时就会有电流通过,如果电流达到一定大小就会发生触电事故,假如人的一只手接触火线,另一只手接触零线,这样,引起导线和电网中的供电设备就构成了闭合电路,大电流流过,人体就会发生触电事故,假如人的一只手接触火线,另一只手虽然没有接触零线,但是会站在地上导向人体大地和电网中的供电设备,同样构成了闭合电路,电流同样会流过人体发生触电事故,高压电输电线路的电压高达几万伏甚至几十万伏,即使不接触也会有危险,带电体,高压带电体会在周围形成强大电场,当然靠的进,是,容易产生电弧触电,如果高压输线电掉在地上,当人经过这个区时,两脚之间存在相当高的电压,称作跨步电压,这时电流从一条腿流入另一条腿流出,同样会发生触电事故,在发生触电事故现场,千万不要用手去拉触电同伴,而是要立即切断电源,切断电源后必要时应该对触电者进行急救,同时尽快通知医护人员抢救。

家庭电路的电压值远远超过了安全值,为了防范触电事故,家庭电路都要安装空气开关,或者保险丝漏电保护器的保险装置,但是这些保险装置并不是绝对可靠的,也有出现故障和失灵的时候,因此防范触电事故,最重要的是要有安全用电的意识,遵守安全用电原则。为了确保用电安全,日常生活中要做到不接触低压带电体,不靠近高压带电体,更换灯泡,搬动电器前,应断开电源开关,不弄湿用电器不损坏绝缘层,保险装置,导线,家用电器等达到使用寿命时,in, 及时更换,而我们平时看到的闪电也是一种放电现象,在一些高层的顶楼上,都会有避雷针。

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