电路基础笔记（更新中）

 导体

        导体是指那些能够轻易传递电荷（电子）的物质。在固体、液体或气体中，电子可以在导体内部自由移动，从而形成电流。导体的电导性取决于它的电子结构和能带特性。常见的导体包括金属（如铜、铝、铁等）以及一些碳的形式（如石墨）。导体在电子学、电路设计和能量传输等领域中具有广泛的应用，它们用于制造电线、电缆、电路板等设备，以支持电能的传输和控制。

特点

• 自由电子：导体中的原子或分子会失去一些外层电子，使它们形成带有自由电子的“海洋”。这些自由电子能够在导体内部自由移动，从而传递电荷。

• 能带重叠：在固体物质的能带结构中，导体的价带和导带之间存在重叠。这使得电子可以轻松地从价带跃迁到导带，进而促成电流的流动。

• 低电阻：由于导体中存在大量自由电子和能带重叠，电子的运动受到较少的阻碍，从而使得导体具有较低的电阻。这就是为什么导体是良好的电流传导材料

微观结构

        金属和石墨是最常见的一类导体。金属和石墨中的原子核和内层电子构成原子实，规则地排列成点阵，而外层的价电子容易挣脱原子核的束缚而成为自由电子，它们构成导电的载流子。金属和石墨中自由电子的浓度很大，每立方厘米约1022个，因此金属和石墨的电阻率很小，电导率很大。金属和石墨的电阻率为10－8—10－6欧·米，一般随温度降低而减小。金属和石墨导电过程中不引起化学反应，也没有显著的物质转移，称为第一类导体

        铜是一种常见的导体，广泛应用与高要求电路和电路板中，下面以铜为例，介绍一下。

        它具有面心立方（FCC）的晶格结构。面心立方是一种晶格结构，其中原子位于晶格的顶点和每个面的中心。在铜的情况下，每个顶点和每个面的中心都有一个铜原子。

FCC晶格结构具有以下特点：

• 在晶格的每个顶点处都有一个原子。
• 在每个面的中心也有一个原子。
• 每个原子与周围12个原子相邻，形成密堆积结构。
• FCC晶格具有高度的对称性。

在这种结构中，铜原子通过共享其外层电子形成一个电子云。这些外层电子在整个晶体中自由移动。这些自由移动的电子是导体的载流子，电子受到电场的作用，从而获得动能并开始移动。电子在晶格中以电子迁移的方式传导。电子在晶格中的散射可能受到晶格缺陷、杂质、声子振动等因素的影响，这会限制电子的自由移动

比喻

如果把整个电路比做上图中的河流，导体相当于河道。

电压

        电压，也称为电势差或电势，是描述电场力对电荷施加的势能差异的物理量。它衡量了电荷在电场中移动时所具有的能量变化。电压是电子在电路中流动的动力源，它驱动电荷在导体中移动，从而产生电流。

关于电压的基本概念：

1. 电场力和电势差：在电场中，带电粒子会受到电场力的作用。电压是电场力在电荷上做的功，单位电荷在电场中移动时所获取或失去的能量。电势差（电压差）是指两点之间的电势差异，用伏特（V）作为单位来表示。

2. 电压单位：国际单位制中，电压的单位是伏特（V）。伏特表示单位正电荷在电场中移动时所获得或失去的能量。1伏特等于1焦耳的能量在1库仑的电荷上产生的势能差。

3. 电压源：电池、发电机和其他电源产生电压差，这使得电子能够在电路中流动。电压源提供了电子运动所需的能量，从高电势区域驱动电子流向低电势区域。

电压怎么产生的

        我们常见的是碱性干电池，以他为例说明一下

        电池是一种将化学能转化为电能的装置，能够产生电压差（电势差）。电池的电压产生过程涉及到化学反应，导致在电池的两极之间产生电势差，从而驱动电子流动。以下是电池电压产生的基本原理：

1. 化学反应：电池内部包含两种不同的电极，即正极和负极，以及介于两者之间的电解质。正极通常是氧化剂，负极通常是还原剂。这两种物质之间发生化学反应，释放出能量。

2. 电化学反应：在电池的正极发生氧化反应，负极发生还原反应。这些反应涉及电子的转移，产生正极和负极之间的电势差。电子从负极流向正极，这导致了电池内部产生电荷分离。

3. 电位差：正极和负极之间的电势差被称为电位差，也就是电池的电压。电位差是由电化学反应的能量差引起的，即正极的氧化反应释放能量，而负极的还原反应则吸收能量。

比喻

        如果把整个电路比做上图中的河流，电压相当于是在高处具有的重力势能，电压是抽象的东西。

电流

        电流是电荷的流动，是指电荷粒子在导体中移动的现象。电流是电子在电路中流动的过程，它是电荷运动的结果。电流的强度可以用来衡量单位时间内通过导体横截面的电荷量。

以下是关于电流的基本概念：

1. 电荷载流子：电流是由电荷携带者的运动引起的。在导体中，主要的电荷携带者是电子（负电荷）。在电解质中，离子是电荷携带者。

2. 电流方向：电流的方向由正电荷携带者的流动方向决定。传统上，电流的方向被定义为正电荷流动的方向，但实际上，电子是主要的电荷携带者，它们流向相反的方向。

3. 电流单位：国际单位制中，电流的单位是安培（A）。1安培表示每秒通过导体横截面的电荷量。数学表达式为：1A = 1C/s，其中C表示库仑（电荷单位）。

4. 电流方程：电流可以用以下公式表示：I = Q/t，其中I是电流，Q是通过导体横截面的电荷量，t是时间。

5. 电流方向和速度：电流强度的大小取决于电荷携带者的数目和流动的速度。在导体中，电荷携带者的速度通常很高，尤其在金属中的自由电子可以以很高的速度移动。

6. 交流电流和直流电流：交流电流（AC）是电荷在正负方向上交替流动的电流，而直流电流（DC）是电荷在一个方向上持续流动的电流。电网中常用的电流是交流电流。

计算公式

电流的大小可以通过电荷量和流动时间的比率来计算。基本的电流计算公式是：

I=Q/t​

其中：

• I 代表电流（单位：安培，A）。
• Q 代表通过导体横截面的电荷量（单位：库仑，C）。
• t 代表流动的时间（单位：秒，s）。

这个公式描述了单位时间内通过导体横截面的电荷量，因此它给出了电流的强度。

例如，如果通过导体横截面流过的电荷量是 10 库仑（C），并且流动的时间是 2 秒（s），则电流的大小为：

10 C/2 s=5 A

这表示在这个特定时间内，通过导体横截面的电流强度为 5 安培。

比喻

        如果把整个电路比做上图中的河流，电流是水流，水可以像电荷

电阻