从常识出发看待中学物理——(28)电路、电压、电流、电阻原创2022-01-01 21:22·常识物理电路、电压、电流、电阻有了之前讲的物质构成的基础,今天就可以来谈谈电学了。其实对于电这一概念我们生活中接触得很多,也是一个很普遍的概念,电脑、电视、电灯。当你晚上回到家时,随手打开开关,灯会亮起,我们都知道,灯通了电。那么物理学源于生活,但是高于生活,我们不能仅仅认识一个生活中的表象,它内部的原理才是我们应该考究和学习的。像之前讲到的铁一样,我们现在设想这么一段铁丝。它由铁原子和原子周围的自由电子构成。但是原子和电子彼此间大不相同,原子相对比较大,电子相对很小,而且他们之间存在相互作用,相互作用也就意味着存在力,如果同学们看过之前的力学篇,一定不陌生。而且这样的力有着明显的区别,就是如果原子遇到原子,或者电子遇到电子,也就是同类相遇,就会彼此排斥,如果原子遇到电子,也就说异类相遇,就会彼此吸引。正因为有了这样的性质,使得原子和原子之间会有一些空隙,而且这些空隙给了电子活动的空间,使得电子有机会在其中自由的流动。讲到这里可能聪明的同学会想到,既然原子和原子之间彼此排斥,那铁丝不就会断裂变成一堆原子了吗?实际的情况是,虽然原子之间彼此排斥,但是中间有很多电子,他们和原子相互吸引,因此会中和化解排斥力,而且我们之前说过物体之间有一种万有引力,这两种力合起来大于排斥力,所以铁丝可以稳定的存在。我们再接着想象一段铁丝,它中间有空隙,空隙中存在着大量的自由电子。你可以想象它像一根水管,电子就像里面的水流一样。但是电子本身的活动是杂乱的,就像水一样不可以自发的流动,一定是需要某一种力去驱使它们运动。我们所说的电源就是提供这种推动力的源泉。我们都知道电源有正负两个极,你可以想象电源就是一个两级有压力差的推动器,有了前面力学浮力的基础,很容易理解有压力差意味着会有一种力存在。然而,有了压力差本身只是具备推动力,要想让水流动起来,前提是要使水管两端的压力不同,而这种压力差我们在电学中称之为电压。现在我们“水管”接在电源的两端,形成了一个闭合回路,也就是说必须闭合形成一个完成的回路,水才能真正流动起来。而这种电子在电压的驱动下形成的电子流,我们就叫做电流。就像你打开水管会有水喷出来一样,如果你用手堵水管会明显地感受到水的推力。当然水管本身不是完全理想的畅通无阻,像之前所说的物质的结构,空间中由铁原子构成一个结构,电子在其中运动,你可以想象,电子的运动是有可能碰到铁原子的,也就是说水管本身会对水流形成阻碍,这种由于铁丝内部原子的结构对电流的运动形成的阻碍,我们在电学中就叫做电阻。事实上,有的材料,像铜、银它的物质构成结构,电子很容易通过,所以相对来说电阻小,铁这样的电阻相对较大。有了这样的构想,我们很容易用生活常识去做一些判断,你设想一根水管,两端有压力差,如果我加大压力,很容易理解水的流速会变大,如果我加大水管对水的阻力,那么水就不容易通过水管,相对来说流速自然减小,相信这个不难理解。在电学里也是一样的,我们主动可以加的只有电压,而在电压的作用下形成电流。也就是说通常电压是主动变量,电流只是被动变量。当然我们还有一种调节电流的方式,就是改变电阻。所以就很好理解欧姆定律,导体中的电流和电压成正比和电阻成反比,这也是初中电学的第一个量化公式I=U/R。也就是说,我们可以通过控制电压和改变电阻来间接地改变电流。这个很简单,但是很重要。今天讲的东西对于初学者可能不很容易理解,所以之后我想做一期视频通过图像来讲解一下。敬请期待~
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