Stap 2: Elektrische natuurkunde Primer
Wanneer we naar elektriciteit verwijzen, gaat over de interacties van gratis vervoerders. Deze kosten dragers kunnen subatomaire deeltjes zoals protonen en elektronen of geladen atomen, ionen in oplossing. Als gevolg van hun zeer lage massa verhouding opladen, zijn elektronen de dragers van de primaire lading in vaste dirigenten. Lading wordt gemeten in eenheden van coulombs (C). Kosten communiceren met elkaar via velden. Magnetische velden beïnvloeden alleen de bewegende kosten terwijl elektrische velden zowel stationaire als bewegende kosten beïnvloeden. Het elektrisch veld geproduceerd door één aanspreekpunt lading (bijvoorbeeld een proton) kan worden getoond door de wet van Gauss evenredig aan de omvang van de lading en omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand tot de lading van de punt. Deeltjes in een veld ervaring een kracht die toeneemt met de hoeveelheid lading die ze dragen. Dat wil zeggen, F = qE, waar F kracht geeft, q gratis geeft en E elektrisch veld omvang duidt. Dus de kracht ervaren door een geladen deeltje in het veld van een ander is evenredig aan zowel de lading van de deeltjes produceren van het veld en de lading van deeltje ondervindt van het veld en is omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand tussen de twee deeltjes. Dit wordt aangeduid als de wet van Coulomb.
In elektriciteit, bestaan er twee rijken van analyse: elektrostatica en elektromagnetisme. Elektrostatica alleen behandelt stationaire kosten en is niet in staat om te beschrijven zo veel fysieke situaties als electromagnetics, die goed is voor de meer gecompliceerde natuurkunde geïntroduceerd door heffingen in beweging. Tenzij je hebt geleefd in een afgesloten doos al je leven (en zelfs vervolgens...), hebt u getuige geweest van zowel elektrostatica en elektromagnetisme. Verdringt gratis op je haar door wrijven met een ballon is een voorbeeld van elektrostatische interactie. Microgolven, magneten, en de overgrote meerderheid van elektronische apparaten werken op de beginselen van elektromagnetisme. Voor onze doeleinden, zullen we electromagnetics vergeten in onze analyse omdat de Marx-Generator is één voorbeeld die in welke elektrostatica een veel meer merkbaar speelt. Echter, moet u zich bewust van een aantal van de relaties tussen elektriciteit en magnetisme. U moet weten dat een magneetveld tijd tegenover wisselende een elektrisch veld (wet van Faraday induceert) en dat een tijd tegenover wisselende veldsterkte een magnetisch veld (Wet van Ampère-Maxwell induceert). De elegante symmetrie van elektriciteit en magnetisme wordt blootgesteld in de Maxwellvergelijkingen, die bewijzen het bestaan van zelfvoorzienende elektromagnetische golven die reizen op de lichtsnelheid (c = ongeveer 300,000,000 m/s!).
Elektriciteit, zoals alles in het werk in de natuurlijke wereld, houdt de omzetting van energie tussen potentiële en kinetische vormen. In de natuurkunde heeft energie eenheden van Joule (J). Energie kan niet worden gemaakt of vernietigd. Eerder, tijdens een fysieke energie wordt behouden *. De maatregelen van de spanning en de huidige kwantificeren de bezeten door stationaire en bewegende kosten energie. Spanning is elektrische potentiaalverschil en eenheden van volt (V) of joule per coulomb (J/C). Het is gelijk aan de energie-verandering die voortvloeien zouden uit het verplaatsen van een geladen deeltje van de ene positie naar de andere gedeeld door de lading bezeten door dat deeltje. Het resultaat van geladen deeltjes verplaatsen van een hogere spanning (hogere potentiële energie) naar een nog lagere spanning (lagere potentiële energie) is de elektrische stroom. Huidige kan worden berekend als de hoeveelheid lading (C) langs een oppervlakte van de dwarsdoorsnede, zoals een draad, per tijdseenheid (s). Daarom heeft de huidige eenheden van coulombs per seconde (C/s) of Ampère (A). Twee factoren bepalen de omvang van de huidige: de gemiddelde drift snelheid van geladen deeltjes en de netto lading van alle deeltjes. Huidige kan worden verhoogd door het verhogen van de snelheid of het aantal deeltjes passeren van een bepaalde dwarsdoorsnede van een draad. Spanning en stroom kunnen worden gerelateerd aan de macht, het tarief van het energieverbruik, door de vergelijking P = IV, waar P macht is, ik actueel is en V = spanning. Te vermenigvuldigen met kracht en tijd levert energie. Spanning en stroom betreffen de behoudswetten van energie en kosten respectievelijk. Wetende dat er altijd energie wordt bewaard en dat spanning vertegenwoordigt de verandering van de energie van een elektron van het ene punt naar het andere verplaatsen, kunnen we concluderen dat de som van alle spanningen in een gesloten lus (het pad dat een elektron rond een circuit nemen zou om uiteindelijk terug op zijn startpositie) altijd moet * gelijk zijn aan nul. Dit is bekend als van Kirchhoff lus regel. Er bestaat een tweede regel, Kirchoff van junction regel, waarin staat dat de som van de stromen die stroomt in elke kruising, dat wil zeggen een snijpunt van draden, moet gelijk zijn aan de som van de stromen die voortvloeien uit de kruising om gratis te worden bewaard. Kirchoff de regels zijn vooral nuttig voor de analyse van meer complexe schakelingen.
Spanning en stroom kunnen ook worden gerelateerd aan een andere hoeveelheid: weerstand, de oppositie tegen de huidige. De wet van Ohm stelt dat spanning, V, het product van de huidige, iken weerstand, R is; V=IR. Echter, een meer intuïtieve, en vaak meer nuttig, vorm van de wet van Ohm wordt gegeven door ik V/R =. In gelijkstroom (DC) schakelingen, weerstand verdwijnt van energie in de vorm van warmte en is afhankelijk van de soortelijke weerstand van de dirigent materiaal. In de circuits van de wisselstroom (AC), wordt weerstand omgezet in complexe impedantie, waarbij rekening wordt gehouden met de frequentierespons van reactieve elementen zoals condensatoren, smoorspoelen en zelfinductiespoelen.
