在我们生活中,电无处不在,电已经成为了现在我们生活的必需品,人类发现的电,电也改变了我们的生活。那么我们生活中的电究竟是如何组成的呢,又是经过怎样的变化和构造,才形成了我们今天的家庭电路,最终改变了整个世界?
在干燥的天气中,衣服里面容易吸附灰尘,女书怎么擦过的塑料尺,塑料笔杆能吸吸纸屑,用塑料梳子梳头,头发会随着梳子飘起来等等这一系列的现象。而这些现象都是因为摩擦过的物体带了电或者说带了电荷。用摩擦的方法使物体带电,这叫做摩擦起电,在这个过程当中没有新的物质生成,只有电荷转移,从而会吸引轻小的物体。那么电荷究竟是什么呢?我们可以做一个实验,就是用丝绸摩擦两根玻璃棒,一只手持的玻璃棒,靠近另一只被吊起的玻璃棒,发现两只玻璃棒离得越来越远,另一只吊起的玻璃棒由于不与手持的玻璃棒挨起来从而转圈,而通过手持毛皮摩擦过的橡胶捧,靠近吊起,用丝绸摩擦过的玻璃棒会发现两者紧贴到了一起。通过实验我们就可以发现电和碱有的相互作用,相同电荷及不同电荷间相互作用不同。而在自然界中有两种电荷,分别是正电荷和负电荷,那正电荷和负电荷的区别到底是什么呢?为什么会形成这样的区别呢?在生活中如果有两个原子ab, A原子吸引电子的能力强B原子吸引电子的能力弱,那么B原子的外层电子就会转移到a原子上,由于电子带的是负电荷,所以a原子就是负电荷的原子,而b原子就是正电荷,也是因此生活中有了正负电荷之分。而这两种电荷同种电性相斥,异种电荷相吸。
同时生活中既然有电荷,也要有传递电荷和阻止电荷传递的两种物质,在物理学中他们被称为导体和绝缘体,导体就是容易导电的物质,而绝缘体就是不容易导致的物体。而在导体也就是金属中部分电子可以脱离原子核的束缚,在金属内部自由移动这种电子叫做自由电子。
由此我们就可以发现生活中的电都是由电荷组成的,而在生活中之所以,我们可以处处都有电荷就是因为,有导体传递电荷,电荷在导体中做了定向移动,但这仅仅解释了为什么会有电这个东西产生和存在。那在我们生活中,为什么在夜里也可以看到灯火通明,亮如白昼的现象呢,也就是说为什么灯泡会发光呢?
在我们打开开关的时候,灯泡持续发光,而这也就证明了电荷持续的流过灯泡。我们会发现灯泡能连接的前提是有电池和连接电池与灯泡之间的导线,这是灯泡能够发光的两个要素和物件。英语导线和小灯泡的东西都是由金属做的,而在金属里面有大量的自由电子,它们可以自由移动,平时金属内的自由,电子运动的方向杂乱无章,但是在接到电池之后,他们就受到了推动力,也就会坐地上移动电荷的定向移动,也就形成了电流。在一个闭合回路中有电流时,将小灯泡接入电路并闭合小灯泡的开关就会使小灯泡发光。而这样正常接通,可以使电气正常工作的电路被我们称为通路,可是如果在这样一个通路中,某一处的导线或者电器出了问题,被切断,电路中就无法形成闭合回路,从而电流就无法流过,这样的状态叫做断路。如果直接有另一根导线,将小灯泡的两端或者电源的正负极连接起来,形成一个闭合回路,从而使用电器或者其他的电气无法工作的状态叫做短路。
而我们会发现在生活中不同的用电器或是不同类型的用电器它们的连接方式是不一样的。就像用一个电源,两个灯泡,一个开关和一些导线组成电路,如果想让两个小灯泡都发光,它一定是会有不同的接法,那么它会有几种接法呢?
如果是两个小灯泡一次相连,然后接到电路中,我们就会说这两个小灯泡是串联,而如果两个小灯泡的两端分别接在了一起,然后接到电路中的话,我们就是说这两个小灯泡是并联,在并联中两个用电器共用的那个电路叫做干路,单独使用的那一部分电路叫做支路。而并联电路和串联电路也只是在电路中最基本的电路,实际生活中有许多电路都是由最基本的电路构成的,比如家庭中的电灯,电吹风,机电兵上电,始机电脑等大多电器都是在并联电路中的,而用来装饰居室烘托快乐气氛的采得则是串联和并联组合而成的。
那么在串联和并联的闭合电路中,流过的电荷也就是电流的大小有多少呢?又如何测量呢?
电路中的电流的大小大多都是由电流表测量出来的,而电流的大小的单位是由安倍来表示的。
这个就是我们平常在探究电流大小的过程当中,学生常用的电流表,电流表大多都有两个量程,在电路中的电流小于0.6安的时候,就可以接入0~0.6安的这个量程。在电路中的电流大于0.6安的时候,就可以接入0~3安的这个量程,小量程测的电流更精确,而大量程测大电流。
那么这样一个电流在我们先前所说的那并联和串联两种电路中有什么规律吗?
我们可以通过实验去探究,首先可以先探究在串联电路中的电流大小。将两个小灯泡串联在电路中,在串联接入电流表,从而就可以测得整个串联电路中的电流。在这时候我们就需要分类讨论,电流表可以先测电路中电源两端的电流,再测各用电器两端的电流,从实验结果我们就可以发现串联电路中电流处处相等。
而在并联电路中,电路被分为干路和支路,在。可以先让电流表与干路中的电流相连,并且测得干路中电流的大小,再让电流表分别与两个支路的。用电器串联从而测得支路中的用电器的大小。因此我们就会发现,在并联电路中,各支路的大小相加等于干路电流的大小。
而生活中导体大多都是用铜做的特别重要的电气设备的导体,还要用昂贵的云来做题,也是导体,既方便又便宜,那为什么却很少用铁来做导线呢?
其实这是因为导体虽然容易导电,但是电流也有一定的阻碍作用,而这样的阻碍作用,就被称为电阻,导体的电阻越大,导体对电流的阻碍作用越大,而这样的电阻单位是欧姆,简称欧。那么到底是什么在影响电阻的大小呢?从日常生活的经验我们可以知道,也可以猜想,电阻的大小和它的材料有关。我们可以通过实验探究,用不同电阻的导线串联进入一个相同的电路从而测得电流的大小,而通过实验我们就可以看到导体的电阻跟它的长度有关,越长电阻越大,导体的电阻还和它的横截面积有关,同种材料相同长度的导体,横截面积越小电阻越大。为了保证电路安全,我们在做实验的过程中还会用到变阻器,变阻器是能改变接入电路中电阻大小的一种元件。
我们先前说是电池促使自由电子定向移动,自然形成的电流,可是,到底是电池中的什么才促使电流定向移动的呢?
其实就是因为电压,一段电路中有电流,它的两端就必须要有电压,电源的作用就是给用电器两端提供电压,从而促使电流流过。我们通常用字母U表示电压,它的单位是伏特,简称伏符号是V。
和电流的测量十分相似,电压表的测量也需要用到电压表。可是和电流表不同的是,电压表必须并联在电路中,因为电压表的电阻过大,如果串联在电路中就会导致电路断路,使电流无法通过电流太小。通过和测电流一样的步骤进行实验后,我们会发现,在串联电路中串联电池组两端的电压等于每节电池两端电压之和。而在并联电路中,电压处处相等。
在我们了解了电压电流和电阻这三个电路中重要的要素后,我们必须要知道他们三个之间有什么关系,电压是产生电流的原因,由此就可以想到电压越高电流可能越大,电阻表示导体,对电流的障碍作用电阻越大电流会越小。但这些也仅仅是我们做的猜想,我们需要通过实验去验证猜想。我们通过实验可以分别研究电流与电阻的关系和电流与电压的关系,以电流为桥梁,我们就可以得出一个结论,就是导体中电流跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比,这也就是著名的欧姆定律。由此我们就可以得到一个公式。电流等于电压比电阻。在此之后对于一个导体来说,只要知道它电流电压电阻中的两个量,就可以利用欧姆定律求出第3个量。
在日常的生活中,有许多用电器接通电源后都伴随着热线现象产生电流,通过导体使电能转化成内能,这种现象叫做电流的热效应,在探究电流的热效应时,比如。电炉丝通过导线接到电路中电流丝与导线通过的电流相同,为什么电炉丝热的发红,可是导线却几乎不发热呢?也就是说电流通过导体时产生热的多少和什么因素有关呢?
我们可以通过实验去证明,两个透明的容器中密封着等量的空气U型管中液面高度的变化反映着密闭气体的温度变化,而在两个密闭容器中都有一段电阻丝,右边容器中的电阻比较大。将两个容器中的电阻时串联到电源,两端通过两段电阻,丝的电流相同,在通电一定时间后,会发现电阻越大的那一端液面高度上升。
而实验结果表明,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就越多。
在两个密闭容器中的电阻一样大,在其中一个容器的外部,将这个电阻和这个容器内的电阻避免因此通过两容器中的电阻电流不同在通电时间相同的情况下,会发现,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。
而英国的物理学家焦耳做了大量实验,最后确定了电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比和导体的电流成正比和通电时间成正比,这个规律叫做焦耳定律。
在地球上有各种的发电厂如火力,水力风力发电厂以及各种各样的电池它能,把不同形式的能转化为电能。电能的利用无处不在,而电能的单位叫做千瓦时。而电能也和电流和电压一样需要测量,而电流就是通过电能表来测量的。同时电能可以转化成多种其他形式的能量电能,转化为其他形式的能的过程,也可以说是电流做功的过程,有多少电能发生转化就说明电流做了多少功及电功是多少,电流做功的多少和电流的大小,电压的高低,通电时间的长短都有关系,加载用电器上的电压越高,通过电流越大,通电时间越长,电流做功就越多。通过实验研究,我们就会发现,电功就等于电压乘电流乘通电时间。
而当我们观察电能表的时候,常常可以发现表上的铝盘转动。有时转动的很慢,有时转动的很快。其实这是因为电流做功快慢的原因。而在物理学中用电功率表示电流做功的快慢。电功率用P表示,它的单位是瓦特,简称瓦,符号是W。二电功率作为表示电流做功快慢的物理量,也就等于电功和时间之比,由于电功是 uit,就可以推导出电功率的简化公式就是电压乘电流。
在生活中夜幕降临,华灯初上,璀璨的灯光点亮了一栋又一栋的高楼大厦,夜晚的城市亮丽而温馨,可是在电没有发明出来的时候,人们都是随着太阳的东升西落而耕作。所以这样惬意的生活,电的作用功不可没。那么家庭电路的构成到底是怎样的呢?
家庭电路是最常见最基本的电路,家庭电路的电压是220伏。而家庭建筑最基本的三条线是火线,零线和地线,在这三条线中只有火线中有电流,而有电流的线很有可能就会伤害到人体,因此我们就可以通过试电笔辨别火线与零线,同时也需要安装保险装置来保护人体。除了这些以外,在生活中对于洗衣机电冰箱这一种大型的用电器,由于他们的电压过高,所以他们用的都是三线插头,这样的三线插头就在万一用电器外壳和电源火线之间的绝缘体破坏使外壳带电时,电流就会流回大地,不至于对人体造成伤害。那么到底是什么导致家庭电路中电流过大的原因呢?其实通过我们前面所研究的。电功率和电压电流的关系式中就可以得到电流的大小,其实与电功率有关,通过生活常识和推理,我们就可以发现用电器的总功率过大家庭电路中电流过大的原因之一。而还有另一个原因就是发生短路,也是家庭电路中电流过大的原因。在短路的过程当中,由于导线的电阻很小,短路时的电量就会非常大,会产生大量的热,是导线的温度加剧升高,因此也就很容易造成火灾。为了防止这样的现象发生。在电路中常常会安装保险丝,以保证用电器和人身的安全。
可是仅仅做这些是不够的,电为我们的生活带来了很大的便利,但不正确用电也会给我们带来很大的伤害,甚至会危及生命,所以我们必须要学会如何安全用电。通常我们的触电事故被分为两种,一种是低压触电,一种是高压触电。在低压触电中人体成为闭合电路中的一部分,当电流通过时,只要电流达到了一定的大小,就会发生触电事故。而高压触电被分为两种,一种是电弧触电,另一种是跨步电压。所以在日常的生活中,我们必须要明确安全用电的原则,以确保人体的安全。
所以我们就会发现,我们生活中的每一盏电灯,以及我们常用的手机电脑等等,都是经过不断的发明创造和研究才形成的。而电学,是生活中无处不在的,我们需要正确利用电,从而让电成为帮手。