《電磁學基本知識》word版

1、三、電磁學【電磁學】電學與磁學的統(tǒng)稱，是物理學中的一個重要部門。研究電磁現(xiàn)象的規(guī)律和應用的科學。研究對象包括靜電現(xiàn)象、磁現(xiàn)象、電流現(xiàn)象、電磁感應、電磁輻射和電磁場等。磁現(xiàn)象和電現(xiàn)象本質(zhì)上是緊密聯(lián)系在一起的，變化的磁場能夠激發(fā)電場，變化的電場也能夠激發(fā)磁場。它是電工學和無線電電子學的基礎?！倦姟咳祟愒诤茉缫郧熬椭犁昴Σ梁?，具有吸引稻草片或羽毛屑等輕小物體的特性。物體具有吸引其它物體的這種性質(zhì)叫做“物體帶電”或稱“物體有了電荷”，并認識到電有正負兩種；同性相斥，異性相吸。當時并不知道電是實物的一種屬性，認為電是附著在物體上的，因而把它稱為電荷，并把具有這種斥力或引力的物體稱為帶電體。習慣上經(jīng)常

2、也把帶電體本身簡稱為電荷。近代科學證明；構(gòu)成實物的許多基本粒子都是帶電的，如質(zhì)子帶正電，電子帶負電，質(zhì)子和電子具有的絕對電量是相等的，是電量的最小單位。一切物質(zhì)都是由大量原子構(gòu)成，原子又是由帶正電的原子核和帶負電的電于組成。通常，同一個原子中的正負電量相等，因此在正常情況下表現(xiàn)為中性的或不帶電的。若由于某些原因（如摩擦、受熱或化學變化等）而失去一部分電子，就帶正電，若得到額外的電子時，就帶負電。用絲綢摩擦玻璃棒，玻璃棒就失去電子而帶正電，絲綢得到電子而帶負電。【摩擦起電】兩種不同物體相互摩擦后，分別帶有正電和負電的現(xiàn)象。其原因是，當物體相互摩擦時電子由一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體上，因此原來兩個不

3、帶電的物體因摩擦而帶電，它們所帶的電量數(shù)值上相等，電性上相異。【靜電感應】在帶電體附近的導體，受帶電體的影響在其表面的不同部分出現(xiàn)正負電荷的現(xiàn)象叫作“靜電感應”。因為，在帶電體電場作用下，導體中的自由電子進行重新分布，造成導體內(nèi)的電場隨之而變化，直到抵消了帶電體電場的影響，使它的強度減小到零為止。結(jié)果靠近帶電體的一端出現(xiàn)與帶電體異號的電荷，另一端出現(xiàn)與帶電體同號的電荷。如果導體原來不帶電，則兩端帶電數(shù)量相等；如果導體原來帶電，則兩端電量的代數(shù)和應與導體原帶電量相等。在帶電體附近的導體因靜電感應而表面出現(xiàn)電荷的現(xiàn)象稱為“感生電荷”?！倦姾墒睾愣伞吭谌魏挝锢磉^程中，各個物體的電荷可以改變，但參于

4、這一物理過程的所有物體電荷的代數(shù)和是守恒的，也就是說：電荷既不能創(chuàng)造，也不能被消滅，它們只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分。例如中性物體互相摩擦而帶電時，兩物體帶電量的代數(shù)和仍然是零。這就是電荷守恒定律?！編靵龆伞勘硎鰞蓚€靜止點電荷間相互作用力的定律。是法國物理學家?guī)靵鲇?785年發(fā)現(xiàn)的。概述為：在真空中兩個靜止點電荷之間的相互作用力F的大小和它們的電量Q1和Q2和乘積成正比，和它們之間的距離r的平方成反比；作用力的方向沿著它們的連線，同號電荷相斥，靜電單位制中為1，式中F的單位是達因，Q的單位是靜電單位制的電式中F的單位是牛頓，Q的單位是庫侖，r的單位是米，這

5、時比例系數(shù)K等于9109牛頓米2/庫侖2。為了簡化電學中許多常用公式，往往將【庫侖】（CharlesAugustin de Coulomb，17361806）法國工程師、物理學家。1736年6月14日生于法國昂古萊姆。他曾在美西也爾工程學校讀書，這是一座新型的講授理論和應用知識的學校。離開學校后，進入皇家軍事工程隊當工程師。他在西印狄茲工作了9年，因病而回到法國。法國大革命時期，庫侖辭去一切職務，到布盧瓦致力于科學研究。法皇執(zhí)政統(tǒng)治時期，他回到巴黎，成為新建研究院成員。庫侖在1773年發(fā)表有關材料強度的論文，他提出使各種物體經(jīng)受應力和應變直到它們的折斷點，然后根據(jù)這些資料就能計算出物體上應力和

6、應變的分布情況。這種方法沿用至今，是結(jié)構(gòu)工程的理論基礎。1777年庫侖開始研究靜電和磁力問題。當時法國科學院懸賞，征求改良航海指南針中的磁針問題。庫侖認為磁針支架在軸上，必然會帶來摩擦，要改良磁針的工作，必須從這一根本問題入手，他提出用細頭發(fā)絲或絲線懸掛磁針。他又發(fā)現(xiàn)線扭轉(zhuǎn)時的扭力和磁針轉(zhuǎn)過的角度成比例關系，從而可利用這種裝置算出靜電力或磁力的大小。這導致他發(fā)明定量扭秤。扭秤能以極高的精度測出非常小的力。1779年庫侖分析摩擦力，并提出有關潤滑劑的科學理論。他還設計出水下作業(yè)法，類似于現(xiàn)代的沉箱。17851789年，庫侖用扭秤測量靜電力和磁力，導出了有名的庫侖定律。1806年8月23日庫侖在巴

7、黎逝世。電荷的單位庫侖，就是以他的姓氏命名的?！军c電荷】點電荷并不是指帶電體非常小的電荷實體，而是在所討論的問題中可以不考慮其大小和分布狀況的帶電體。例如，當帶電體的線度在所討論的問題中遠小于其他距離和長度時。這時的電荷分布也可看作為點電荷。點電荷只是一個為討論問題方便而引入的理想概念，這一點與研究力學時引入質(zhì)點的概念相似?！倦娊橘|(zhì)】不導電的物質(zhì)稱為“電介質(zhì)”，又叫做“絕緣體”。組成電介質(zhì)的原子或分子中的正負電荷束縛得很緊，在一般條件下不能相互分離，因此在電介質(zhì)內(nèi)部能作自由運動的電荷（電子）極少，電導率均在108西門子/米以下。當外電場超過某極限值時，電介質(zhì)被擊穿而失去介電性能。電介質(zhì)在電氣工

8、程上大量用作電氣絕緣材料、電容器的介質(zhì)及特殊電介質(zhì)器件（如壓電晶體）等。在電介質(zhì)中的兩個點電荷之電介質(zhì)都有它自身的，不同物質(zhì)的介電常數(shù)各不相同。【介電常數(shù)】又稱為“電容率”或“相對電容率”。在同一電容器中用某一物質(zhì)作為電介質(zhì)時的電容與其中為真空時電容的比值稱為該物質(zhì)的“介電常數(shù)”。介電常數(shù)通常隨溫度和介質(zhì)中傳播的電磁波的頻率而變。電容器用的電介質(zhì)要求具有較大的介電常數(shù)，以便減小電容器的體積和重量?！倦妶觥看嬖谟陔姾芍車軅鬟f電荷與電荷之間相互作用的物理場叫做電場。在電荷周圍總有電場存在；同時電場對場中其他電荷發(fā)生力的作用。觀察者相對于電荷靜止時所觀察到的場稱為靜電場。如果電荷相對于觀察者運動

9、時，則除靜電場外，同時還有磁場出現(xiàn)。除了電荷可以引起電場外，變化的磁場也可以引起電場，前者為靜電場，后者叫做渦旋場或感應電場。變化的磁場引起電場。所以運動電荷或電流之間的作用要通過電磁場來傳遞?！倦妶鰪姸取侩妶鰪姸仁怯脕肀硎倦妶龅膹娙鹾头较虻奈锢砹俊ｋ妶鰪姸仁噶?，常用 來表示，電場中某一點的電場方向可用試探點電荷（正電荷）在該點所受電場力的方向來確定；電場強弱可由試探電荷所受的力F與試探點電荷帶電量q的比值（F/q）來確定，也就是說某點電場的強弱等于單位電荷在該點所受力的大小。試探點電荷應該滿足兩個條件；（1）它的線度必須小到可以被看作點電荷，以便確定場中每點的性質(zhì)；（2）它的電量要足夠小，使

10、得由于它的置入不引起原有電場的重新分布。電場強度的實用單位為伏特/米或牛頓/庫侖。常用的單位還有伏特/厘米。由庫侖定律和電場強度的定義可知，點電荷q在電場中某一點所受的電場力 ，等于該點電場強度E和電荷q的乘積，即 =q 。如果是正電荷， 和 同方向，如果是負電荷， 和 反方向。電場強度和電場力雖然有著密切的聯(lián)系，但它們是兩個不同的概念，電場強度完全由電場本身的性質(zhì)所決定，而電場力是荷q，但 的量值與q無關，因為電荷在電場中某一指定點所受的力 是和電荷的電量q成正比。所以對指定點來說， 與q的比值是不變量?！倦妱恿W】研究電磁運動一般規(guī)律的科學。它以麥克斯韋方程組和洛侖茲力公式為出發(fā)點，運用數(shù)

11、學方法，結(jié)合有關物質(zhì)結(jié)構(gòu)的知識，建立完整的電磁理論，分別從宏觀和微觀的角度來闡明各種電磁現(xiàn)象。同量子理論結(jié)合又產(chǎn)生了量子電動力學?！倦娮拥陌l(fā)現(xiàn)】19世紀末，電學興起，這提供了破壞原子的方法。在低壓氣體下放電，原子被分為帶電的兩部分。1897年，美國的湯姆遜在研究該兩部分電荷時，發(fā)現(xiàn)其一帶負電（稱為電子），而另一個較重要的部分則帶正電。這一事實說明原子不再是不可分割的。1895年，德國的侖琴發(fā)現(xiàn)X光，接著貝克勒爾及居里夫婦相繼發(fā)現(xiàn)放射性元素。放射性元素就是可放出“某些東西”的原子。這些東西后來被稱為、粒子，飛行很快?？纱┩肝镔|(zhì)。這一穿透能力很快應用于探討原子內(nèi)部構(gòu)造的工具，實驗結(jié)果有時粒子毫無阻

12、礙地通過，有時則又發(fā)生猛烈的碰撞。用湯姆遜的原子模型不能解釋。1911年盧瑟福為了解釋這一實驗結(jié)果，提出一個新的原子模型。他證明：原子中帶正電的部分必須集中于一個非常小而重的原子核里，而電子則如行星繞日般地圍著原子核轉(zhuǎn)動，原子核與電子間是有很大空隙的。用這一模型算出的數(shù)值，證實了實驗結(jié)果。【場的迭加原理】如果一個電場由n個點電荷共同激發(fā)時，那么電場中任一點的總場強將等于n個點電荷在該點各自產(chǎn)生場強的矢量和即【電力線】電力線是描述電場分布情況的圖像。它是由一系列假想的曲線構(gòu)成。曲線上各點的切線方向和該點的電場方向一致，曲線的疏密程度，跟該處的電場強度成正比。電力線比較形象地表示出電場的強弱和方向

13、。在靜電場中電力線從正電荷開始而終止于負電荷，不形成閉合線也不中斷。在渦旋電場中，電力線是沒有起點和終點的閉合線。由于電場中的某一點只有一個電場方向，所以任何兩條電力線不能相交。電力線上各點的電勢（電位）沿電力線方向不斷減小?！痉ɡ凇浚‵araday，Michel，17911867）法拉第是著名的英國物理學家和化學家。他發(fā)現(xiàn)了電磁感應現(xiàn)象，這在物理學上起了重要的作用。1834年他研究電流通過溶液時產(chǎn)生的化學變化，提出了法拉第電解定律。這一定律為發(fā)展電結(jié)構(gòu)理論開辟了道路，也是應用電化學的基礎。1845年9月13日法拉第發(fā)現(xiàn)，一束平面偏振光通過磁場時發(fā)生旋轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象被稱為“法拉第效應”。光既然

14、與磁場發(fā)生相互作用，法拉第便認為光具有電磁性質(zhì)。1852年他引進磁力線概念。他主張電磁作用依靠充滿空間的力線傳遞，為麥克斯韋電磁理論開辟了道路，也是提出光的電磁波理論的先驅(qū)，他的很多成就都是很重要的、帶根本性的理論。他制造了世界上第一臺發(fā)電機。所有現(xiàn)代發(fā)電機都是根據(jù)法拉第的原理制作的。法拉第還發(fā)現(xiàn)電介質(zhì)的作用，創(chuàng)立了介電常數(shù)的概念。后來電容的單位“法拉”就是用他的名字命名的。法拉第從小就熱愛科學，立志獻身于科學事業(yè)，終于成為了一個偉大的物理學家。【麥克斯韋】Maxwell James Clerk英國物理學家（18311879）。阿伯丁的馬里查爾學院和倫敦皇家學院、劍橋大學教授，并且是著名的卡文

15、迪什實驗室的奠基人。皇家學會會員。在湯姆遜的影響下進行電磁學的研究，提出了著名的麥克斯韋方程式，這是電磁學中場的最基本的理論。麥克斯韋從理論上計算出電磁波傳播速度等于光速，他認為：光就是電磁波的一種形態(tài)。對于統(tǒng)計力學、氣體分子運動論的建立也作出了貢獻。引進了氣體分子的速度分布律以及分子之間相互碰撞的平均自由程的概念。著有論法拉第力線、論物理力線、電磁場運動論、論電和磁、氣體運動論的證明、氣體運動論。還著有熱理論、物質(zhì)與運動等教科書?！境嘧饔谩恳恍┰缙诘慕?jīng)典物理學者認為對于不相接觸的物體間發(fā)生相互作用，如兩電荷之間的作用力以及物體之間的萬有引力都是所謂的“超距作用力”。這種力與存在于兩物體間的

16、物質(zhì)無關，而是以無限大速度在兩物體間直接傳遞的。但是，電磁場的傳播速度等于光速的這一事實說明電的作用力和電場的傳播速度是有限的。因此“超距作用”論便自然被否定了。實際上，電磁場就是物質(zhì)的一種形態(tài)，因此不需借助其他物質(zhì)傳遞。【導體】在外電場作用下能很好地傳導電流的物體叫做導體。導體之所以能導電，是由于它具有大量的可以自由移動的帶電粒子（自由電子、離子等）。電導率在102（歐姆厘米）-1以上的固體（如金屬），以及電解液等都是導體。金屬和電解液分別依靠自由電子和正負離子起導電作用?！咀杂呻姾伞看嬖谟谖镔|(zhì)內(nèi)部，在外電場作用下能夠自由運動的正負電荷。金屬導體中的自由電荷是帶負電的電子，因為金屬原子中的外

17、層電子與原子核的聯(lián)系很弱，在其余原子的作用下會脫離原來的原子而在整塊金屬中自由運動，在沒有外電場時這種運動是雜亂無章的，因此不會形成電流。在外電場作用下，電子能按一定方向流動而形成電流。電解液或氣體中的離子也都是自由電荷。【束縛電荷】電介質(zhì)中的分子在電結(jié)構(gòu)方面的特征是原子核對電子有很大的束縛力，即使在外電場的作用下，這些電荷也只能在微觀范圍有所偏離。但它們一般不會彼此相互脫離。例如，電介質(zhì)在外電場作用下從微觀上看是分子發(fā)生電極化，微觀電極化的宏觀效果就是沿電場方向，在電介質(zhì)的兩端出現(xiàn)兩種等量而異號的感應電荷。研究電介質(zhì)的電性質(zhì)時，應主要考慮束縛電荷的作用?！倦娏俊课矬w所帶電荷的多少叫做電量。在

18、國際單位制中，電量的單位是庫侖。靜電系單位制的電量為靜庫。物體所帶電荷的量值是不連續(xù)的。單個電子的電量是電量的最小單元，其值為1.61019庫侖，一切帶電體所帶電量的數(shù)值都必須是電子電量e的整數(shù)倍?！倦婋x】原子是由帶正電的原子核及其周圍的帶負電的電子所組成。由于原子核的正電荷數(shù)與電子的負電荷數(shù)相等，所以原子是中性的。原子最外層的電子稱為價電子。所謂電離，就是原子受到外界的作用，如被加速的電子或離子與原子碰撞時使原子中的外層電子特別是價電子擺脫原子核的束縛而脫離，原子成為帶一個（或幾個）正電荷的離子，這就是正離子。如果在碰撞中原子得到了電子，則就成為負離子?！眷o電平衡】在靜電感應過程中，隨著導體

19、兩端的正負電荷的不斷積累，所產(chǎn)生的附加電場不斷增強，直至跟導體內(nèi)的外電場完全抵消。這時導體中的總電場處處為零，自由電荷不受電場力的作用，不再移動，導體兩端的電荷不再增加。此時導體達到靜電平衡狀態(tài)。靜電平衡狀態(tài)的導體有如下的性質(zhì)：（1）導體內(nèi)部場強處處為零。（2）導體是個等勢體，導體表面是個等勢面。（3）導體表面上任何一點的場強都垂直于該點的表面。（4）電荷只能分布在導體的表面上。導體內(nèi)部不存在凈電荷?！眷o電屏蔽】為了避免外界電場對儀器設備的影響，或者為了避免電器設備的電場對外界的影響，用一個空腔導體把外電場遮住，使其內(nèi)部不受影響，也不使電器設備對外界產(chǎn)生影響，這就叫做靜電屏蔽?？涨粚w不接地的

20、屏蔽為外屏蔽，空腔導體接地的屏蔽為全屏蔽?？涨粚w在外電場中處于靜電平衡，其內(nèi)部的場強總等于零。因此外電場不可能對其內(nèi)部空間發(fā)生任何影響。若空腔導體內(nèi)有帶電體，在靜電平衡時，它的內(nèi)表面將產(chǎn)生等量異號的感生電荷。如果外殼不接地則外表面會產(chǎn)生與內(nèi)部帶電體等量而同號的感生電荷，此時感應電荷的電場將對外界產(chǎn)生影響，這時空腔導體只能對外電場屏蔽，卻不能屏蔽內(nèi)部帶電體對外界的影響，所以叫外屏蔽。如果外殼接地，即使內(nèi)部有帶電體存在，這時內(nèi)表面感應的電荷與帶電體所帶的電荷的代數(shù)和為零，而外表面產(chǎn)生的感應電荷通過接地線流入大地。外界對殼內(nèi)無法影響，內(nèi)部帶電體對外界的影響也隨之而消除，所以這種屏蔽叫做全屏蔽。為了

21、防止外界信號的干擾，靜電屏蔽被廣泛地應用科學技術(shù)工作中。例如電子儀器設備外面的金屬罩，通訊電纜外面包的鉛皮等等，都是用來防止外界電場干擾的屏蔽措施。【電勢能】與重力場一樣，靜電場是一個有勢場。在靜電場中所以能引入電勢能的概念，是因為靜電場具有勢場的性質(zhì)。所謂的勢場，就是當點電荷q在任意靜電場中運動時，電場力所做的功只取決于運動的始末位置而與路徑無關。這種性質(zhì)叫做有位性（有勢性），具有這種性質(zhì)的場叫做位場（勢場）。在靜電場中任意選取一個參考點，將正電荷q從該點移到靜電場中的另一點P在此過程中，如果是外力反抗電場力作功，則所作的功等于q從參考點移到P點所增加的電勢能。若從參考點到P點是電場力作正功

22、則所作的功等于q所減少的電勢能。假如電荷q在參考點的電勢能為零，則將正電荷q由參考點反抗電場力使之移到P點所作的功就等于q在P點時所具有的電勢能。通常把無窮遠處定義為電勢能的零點。實用上常把地球表面作為電勢能的零點。在靜電場中將電荷q放在由點電荷Q所激發(fā)的場中，如圖31所示，設點電荷q從場中的P1點沿某一路徑移到另一點P2，任取一元位移 ，設q在位移前后與Q的距離分別為r和r。場力 在這一元位移上所作的元功dA=Fdlcosa。其中a是 與 的夾角，由圖可當電荷q在點電荷Q的場中運動時電場力所作的功只取決于運動電荷的始末位置，而與路徑無關。任何電荷在靜電場中的電勢能的數(shù)值是由該電荷和電源電荷以

23、及它們之間的相對位置所決定。電荷在勻強電場中移動時，場力所作的功可以從功的定義直接計算，即W=FScos=qFScos。也可以根據(jù)電勢能的變化來計算，即W=始終，對不均勻場，一般采用電勢能的變化來計算比較方便。由于電勢能等于電量q和電勢的乘積，所以電場力所作的功也可以寫成為W=q始-q終=q（始-終）?！倦妱荨侩妱菔敲鑼戨妶龅囊粋€物理量，也稱為“電位”。靜電場中某點的電勢等于單位正電荷在該點時所具有的勢能。理論上常把“無窮遠”處作為電勢零點，實用上則常取地球表面為電勢零點。故某點的電勢在數(shù)值上也等于單位正電荷從該點移到無窮遠（或地面）時電場對它所作的功。這功與所經(jīng)路徑無關，所以場中各點的電勢各

24、有一定數(shù)值。例如由正電荷所激發(fā)的場中的單位正電荷，從場中的某點移到無窮遠時，電場力作正功，則該點的電勢為正。如果是負電荷所激發(fā)的場，場中某點的單位正電荷移到無窮遠處，電場力所作的功為負，則該點的電勢也為負。和電勢能一樣，電勢的概念也是因為靜電場具有“功和路程無關”的性質(zhì)而引入的，但電勢能和試探電荷的正負大小有關，而電勢完全取決于電場本身，它的數(shù)值只和場源電荷的電性、電量大小及所考慮的點的位置有關，和試探電荷的數(shù)值及存在與否無關。因為對電場中指定點電勢的單位就是由此公式規(guī)定的。正點電荷q0的電場中各點電勢都是正物理量，但電勢和電場作功相聯(lián)系，場強和電場力相聯(lián)系，所以前者是標量，后者是矢量。在計算

25、場的迭加問題時，電勢取標量和，場強用矢量和。在勻強電場中，電荷q沿電場方向移動距離d，電場力所作的功W=qEd，而電勢能改變量為qab，a、b為電荷q的始點和終點。根據(jù)功能關系，二者應該相等，即qEd=qab，位距離的電勢差（電壓），方向指向電勢降落的方向。對于非均勻場，向電勢降落的方向。這一關系非常重要，因為在實踐中一般能直接測量的是各個導體的電勢，求得電勢后就可利用求導數(shù)而計算場強。直接求解含有電場強度的矢量方程是比較困難的，而求解含有電勢的標量方程，相對說來較為方便（理論物理中的泊松方程和拉普拉斯方程就是電勢解場的實例）?！镜葎菝妗恳喾Q為“等位面”。在有勢場中，勢的數(shù)值相等的各點所聯(lián)成的

26、面。一般規(guī)定每隔一定數(shù)值的勢畫一等勢面，場較強的地方等勢面較密，較弱的地方較疏，因此等勢面是描述場分布情況的一種直觀圖象。例如點電荷產(chǎn)生的靜電場，等勢面是以點電荷為中心的一組同心球面，且內(nèi)密外疏。電荷沿同一等勢面移動時，電場力不作功，所以等勢面與電場方向永遠是垂直的。靜電場中的任何導體的表面都是等勢面；又因其內(nèi)部不存在電場，它同時也是一個等勢體。靜電場中的電力線處處和等勢面相垂直，并指向電勢降落的方向?！倦妱莶睢快o電場中或直流電路中兩點間電勢的差值，也稱為“電位差”或“電壓”。數(shù)值上等于電場力使單位正電荷從一點移動到另一點時所作的功。在交流電路中，兩點間的電勢差在正負極大值之間作周期性變化，所

27、以電勢差只有瞬時值的意義，常用有效值表示，一般交流用下總是從電勢高的地方走向電勢低的地方。假定A點的電勢為A，B點的電勢為B，而AB，把正電荷q從A點移到B點，q的電勢能減少量為qA-qB即W=q（A-（B）=qAB，AB就是AB兩點間的電勢差（或電壓）?！倦娮臃亍吭谘芯吭印⒃雍?、基本粒子等微小粒于時，往往用電子伏特作為能量單位。1電子伏特，就是帶有單個電子電量的帶電粒子，在電壓為1伏特的兩點間，在電場力作用下粒子所增加的能量。它是帶電粒子加速器中的能量單位，用起來比較方便。比如說這臺加速器是1億電子伏的能量，就是說，他能把單位電荷的粒子加速而得到1億電子伏的能量。國際通用的符號是eV。

28、1電子伏特=1eV=1.610-19庫侖1伏=1.610-19焦耳?！緞驈婋妶觥吭陔妶鲋校鱾€點的電場強度的大小和方向均相同的場叫勻強電場。在勻強電場中的等勢面是垂直于電力線的一族互相平行的平面。在勻強電場中，沿場強方向的兩點間的電勢差等于場強和這兩點間距離的乘積。即場強在數(shù)值上等于沿場強方向每單位距離上的電勢電勢在電場方向上的變化是均勻的?！倦妶鰪姸扰c電勢差】在勻強電場中，電場強度與電勢差之間的關系為AB=Ed，其中d是AB兩點間沿電場方向的距離。如圖32所示。對于非勻強電場，單位正電荷從P點移到參考點P0時電場力所作的功，叫做P點的電位（或電勢），記作。既然場力所做的功與場強有關。就應找到

29、電勢與場強的關系。點電荷q從P到P0點時場力所做的功位移向量的標量積）。對場中任意兩點電勢之差（電壓）與電場強度之 位是點函數(shù)，電壓不是點函數(shù)。應該養(yǎng)成“對一點談電勢，對兩點談電壓”的習慣；（2）在許多情況下不但要關心兩點電壓的絕對值，而且要關心這兩點的電勢誰高誰低。一般以AB表示A-B，（稱為“A對B的電壓”），于是從AB的正負便表示了A、B電位的高低；（3）靜電場力所作的功與路徑無關，所以當電場確定時，兩點的電壓就完全確定，但電位卻與參考點的位置有關。因此說到某點的電勢時，一定要明確指出參考點。只要在同一問題中選定一個參考點，電勢就有確定的 表示的為電勢與場強的微分關系。此式說明，（1）一

30、點的場強與過該點的等位面垂直，而且指向電位減小的方向；（2）某點場強的大小等于該點電勢沿等勢面法向的變化率（沿法向的方向?qū)?shù)）?！倦妶鲋械膸щ娏Ｗ印吭陟o電場中的帶電粒子總是沿著電場方向或逆著電場方向受到電場力的作用。帶正電荷的粒子所受的力是沿電場方向的，帶負電荷的粒子所受的力則沿著電場的反方向。也就是說，帶正電荷的粒子從電勢高的地方向電勢低的地方做加速運動。而帶負電荷的粒子則從電勢低的地方向電勢高的地方做加速移動。例如帶正電粒子從高電位開始運動到低電位。如果高電位與低電位之間的電勢差為，則在這段運動期間，電場力作功為W，則W=q。到達低電勢時質(zhì)量為m電粒子所帶的電量，以及運動始末的電勢差值有關

31、。對同樣的電勢差，場或非勻強場均適用，因為電場力所作的功總是q。如果我們在垂直于帶電粒子前進的方向上加一個勻強電場，則運動的帶電粒子將要發(fā)生偏轉(zhuǎn)?！炯铀倨鳌考铀倨魇怯萌斯し椒ò褞щ娏Ｗ蛹铀俚捷^高能量的裝置。利用這種裝置可以產(chǎn)生各種能量的電子、質(zhì)子、氘核、粒子以及其它一些重離子。利用這些直接被加速的帶電粒子與物質(zhì)相作用，還可以產(chǎn)生多種帶電的和不帶電的次級粒子，象粒子、中子及多種介子、超子、反粒子等。目前世界上的加速器大多是能量在100兆電子伏以下的低能加速器，其中除一小部分用于原子核和核工程研究方面外，大部分用于其他方面，象化學、放射生物學、放射醫(yī)學、固體物理等的基礎研究以及工業(yè)照相、疾病的診斷

32、和治療、高純物質(zhì)的活化分析、某些工業(yè)產(chǎn)品的輻射處理、農(nóng)產(chǎn)品及其他食品的輻射處理、模擬宇宙輻射和模擬核爆炸等。近年來還利用加速器原理，制成各種類型的離子注入機。以供半導體工業(yè)的雜質(zhì)摻雜而取代熱擴散的老工藝。使半導體器件的成品率和各項性能指標大大提高。很多老工藝不能實現(xiàn)的新型器件不斷問世，集成電路的集成度因此而大幅度提高?！久芰⒏縈illikan，Robert Andrews（18681953年）美國物理學家。19101917年，應用帶電油滴在電場和重力場中運動的方法，精確測定單個電子的荷電量，從而確定了電荷的不連續(xù)性這就是著名的密立根油滴實驗。1916年曾驗證愛因斯坦的光電效應公式，并測定普朗

33、克常數(shù)。在宇宙射線方面也做了一些工作。【基本電荷】原子中的電子和原子核中的質(zhì)子帶有等量異種電荷。它們所帶的電量都是e=1.6021019庫侖，這一電量是不可分割的最小電量，稱之為基本電荷，也是電量的基本單位，這是密立根通過他的油滴實驗驗證的結(jié)果。不同離子本身可以帶有e，2e，3e，的電量。【電容器】電路中用以積儲電能的基本元件。實際上用得最多的是由兩個導體組成的電容器，常見的電容器有平行板電容器以及圓柱電容器兩種。在兩個導體間由電介質(zhì)相隔。所用的電介質(zhì)有固體的、氣體的（包括真空）和液體的。按型式分，電容器有固定的、可變的和半可變的三類。按極片間使用的介質(zhì)分，則有空氣電容器、真空電容器、紙介電容

34、器、塑料薄膜電容器、云母電容器、陶瓷電容器、電解電容器等。電容器在電力系統(tǒng)中是提高功率因數(shù)的重要器件；在電子電路中是獲得振蕩、濾波、相移、旁路、耦合等作用的主要元件。電容器電量與電壓的比值只與電容器本身有關。【電容】表征導體由于帶電而引起本身電勢改變的物理量。一個導體的電勢，非但與其本身的電荷有關，且與周圍的介質(zhì)和其他導體的電荷有關。當其他導體的電勢都維持一定（例如接地）時，一個導體的電勢正比于其本身的電量，這個導體的電容就以其電量與電勢的比值來量度；電容器的電容以一個極板的電量與兩極板間電勢差的比值來量度。電容的大小取決于極板的形狀、大小、相對位置以及極板間電介質(zhì)的介壓升高，就要給它提供電量

35、（充電），使電壓升高一個單位所需的電量，在數(shù)值上等于它的電容。要注意，電容器和電容是兩個不同的概念。前者是兩個導體的組合。后者是描寫該組合性質(zhì)的物理量。對平行板電容 平行板之間的距離， L為圓柱電容器的長度，R1和R2是圓柱和球的內(nèi)外徑。在電容器的兩個導體之間充入電介質(zhì)可以使電容增大。實用中常利用這個方法增大電容器的電容。充入均勻介質(zhì)后，上述的三種形式的電容都要乘以一個大于1的常數(shù)（由電介質(zhì)的性質(zhì)決定），即電容增至倍。【電容器的串聯(lián)】多個電容器串聯(lián)時，流入電容器組的電量q全部進入第一個電容器的左邊板（設A端接電池正極），其右邊板因感應而帶-q，于是第二個電容器在板帶+q，右板帶-q。見圖33所

36、示，故電容的倒數(shù)等于每個電容的倒數(shù)之和?！倦娙萜鞯牟⒙?lián)】如圖34所示為兩個電容器并聯(lián)，其中表示兩端A與B之間的電壓（絕對值），q表示充電時流入電容器的總電量。=C1+C2即并聯(lián)總電容等于每個電容器電容之和。電容器并聯(lián)時電容增大，串聯(lián)時電容減小。實用中可根據(jù)需要而選用并聯(lián)和串聯(lián)?！倦娙萜鞯膿舸看?lián)時總電壓分配于各電容器上，這時電容器的電容減小，卻提高了耐壓能力。耐壓能力是指電容器忍受外加電壓的能力。每個電容器的電壓都有一個界限，超過此界限時，會產(chǎn)生過大的內(nèi)部場強，從而使所充的絕緣材料（電介質(zhì)）變?yōu)閷w以致于損壞電容器，這種現(xiàn)象叫“電容的擊穿”。【電流】帶電粒子的運動叫做“電流”。例如金屬中自由

37、電子在電場作用下的定向運動，液體或氣體中正負離子相互沿相反方向流動。在電流發(fā)生的同時，還會伴生出其他效應：電流的周圍存在著磁場；電流通過電路時使電路發(fā)熱；通過電解質(zhì)時引起電解；通過稀薄氣體時，在適當條件下導致發(fā)光等等。由于電流形成過程的不同，除傳導電流外，還有對流電流和位移電流。所謂的對流電流是帶電介質(zhì)或介質(zhì)中的帶電部分不是由于電場作用而在空間運動時形成的電流。同一般電流一樣，對流電流的周圍也存在著磁場。例如當帶電的平行板電容器繞垂直于板面的軸急速旋轉(zhuǎn)時就出現(xiàn)磁場。由于帶電體在原來沒有電磁場的空間中勻速運動不須外力維持（如果不計空氣阻力），所以對流電流不需要電勢差來維持，它不引起熱效應。致于位

38、移電流被定義為電位移矢量隨時間的變化率。麥克斯韋首先提出這種變化將產(chǎn)生磁場的假設，故稱“位移電流”。實際上位移電流只表示電場的變化率，與傳導電流不同，它不產(chǎn)生熱效應、化學效應。繼電磁感應現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)之后，麥克斯韋的這一假設更深入一步揭露了電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象之間的緊密聯(lián)系。位移電流是建立麥克斯韋方程組的重要依據(jù)。在中學課本中主要討論的是傳導電流。在導體中存在持續(xù)電流的條件是保持導體兩端的電勢差（電壓）?！倦娏鲝姸取繂挝粫r間內(nèi)通過導體某一橫截面的電量為該截面處的電流強度。即通過導體某一橫截面的電量q，跟通過這些電量所用的時強度的單位是安培或簡稱安，通常用“A”表示。常用的單位還有毫安（即10-3A表示為m

39、A）、微安（即10-6A表示為A）。金屬導體中的電流是自由電子在外電場作用下漂移運動的結(jié)果。真空中的電子流，是由灼熱的金屬或金屬氧化物表面發(fā)射出來的電子，在真空中由外加電場加速作定向運動而形成電流。如陰極射線就是真空中的高速電子流。氣體中的電流，是在稀薄氣體中，兩端電極上加有足夠高的電壓時，從陰極表面逸出電子必向陽極運動，在電子向陽極運動的過程中，由外加電壓作用可獲得較大的動能，這些電子與中性氣體分子相碰，使其電離（碰撞電離），同時正離子還能向陰極運動，再次從陰極表面擊出電子（二次電子發(fā)射）。所以碰撞電離和二次電子發(fā)射都使氣體中出現(xiàn)離子和大量電子，它們在外電場作用下定向移動，形成氣體中電流。當

40、對電解質(zhì)溶液的兩極加上電壓時，將使溶液中作熱運動的正負離子迭加一個漂移運動而形成電流。注意，由于在溶液中有正負兩種電荷沿相反方向運動，所以總電流應該是正離子電流和負離子電流的絕對值的和?！痉€(wěn)恒電流】在恒定電阻的電路中，加上電壓恒定的電源，便產(chǎn)生大小和方向都不隨時間改變的電流，稱為“穩(wěn)恒電流?！薄倦娏髅芏取棵枋鲭娐分心滁c電流強弱和流動方向的物理量。其大小等于單位時間內(nèi)通過垂直于電流方向單位面積的電量，以正電荷流動的方向為正方向。注意電流密度和電流強度都是描寫電流的物理量。然而電流強度是一個標量，是描寫導體中通過一個截面的電流量（不是點函數(shù)）；電流密度是一個矢量點函數(shù)，是描寫導體中某一點的電流方向

41、和通過該點垂直截面的電流強度?！練W姆定律】歐姆定律是研究在穩(wěn)恒電流通過的電路中，電流、電壓和電阻間的相互關系。這個關系可表示為兩種形式：部分電路歐姆定律和全電路（閉合電路）的歐姆定律。當一段導體兩端存在電壓時，導體內(nèi)部就出現(xiàn)電場，載流子就要在電場力的作用下發(fā)生定向運動，形成電流。關于電流與電壓之間的定量關系，德國科學家歐姆通過大量的實R的數(shù)值取決于導體的材料，形狀、長短、粗細及溫度等。當這些因素不變時R為常數(shù)，只有當R為常數(shù)時才可以說I與成正比。導體的R值越大流過它的電流I越小，可見R值反映導體對電流的阻礙程度，稱為導體的電阻。在學習歐姆定律時應注意的是：（1）歐姆定律對金屬導體及通常情況下的

42、電解液都很好地成立，但對半導體二極管、真空二極管以及許多氣體導電管等元件都不適用。（2）當導體內(nèi)部含有電源時，路的歐姆定律?！倦妱觿荨侩娫磧?nèi)部非靜電力移送單位正電荷，將其從電源的負極移至正極所作的功，叫做電源的電動勢。電動勢的單位是伏特。電源提供電能必須通過非靜電力對電荷做功的方式從其他形式能量轉(zhuǎn)變而來。例如，在具有一定負載的直流電路中，若要維持電路中的電流恒定不變，就必須設法維持電路兩端有恒定的電勢差（電壓）。這就必須有非靜電力不斷對電荷作功來實現(xiàn)。在外電路電流是由高電勢的正極流向低電勢的負極。則在電源內(nèi)部必須由非靜電力將負電荷移到負極上，并將正電荷送到正極上。才能達到維持電路兩端的恒定電勢

43、差。【電阻定律】對于由一定材料制成的橫截面積均勻的導體，在一定的溫度下，它的電阻R和導體的長度l成正比，和橫截面積S成反比。導體橫截面積不均勻，或者電阻率不均勻時，可將其沿長度l的垂直【電阻率】表征物質(zhì)導電性能的物理量。也稱“體積電阻率”。電阻率越小導電本領越強。用某種材料制成的長1厘米、橫截面積為1平方厘米的導體電阻，在數(shù)值上等于這種材料的電阻率。也有取長1米、截面積1平方毫米的導電體在一定溫度下的電阻定義電阻率的。此兩種定義法定義的電阻率在數(shù)值上相差4個數(shù)量級。如第一種定義，銅在20時的電阻率為1.710-6歐姆厘米。而第二種定義電阻率為0.017歐姆毫米2/米。電阻率的倒數(shù)稱為電導率。電

44、阻率不僅和導體的材料有關，還和導體的溫度有關。在溫度變化不大的范圍內(nèi)，幾乎所有金屬的電阻率隨溫度作線性變化，即=0（1+t）。式中t是攝氏溫度，0是0時的電阻率，是電阻率溫度系數(shù)。由于電阻率隨溫度的改變而改變，所以對某些電器的電阻，必須說明它們所處的物理狀態(tài)。如220伏、100瓦電燈的燈絲電阻，通電時是484歐姆，未通電時是40歐姆。另外要注意的是：電阻率和電阻是兩個不同的概念。電阻率是反映物質(zhì)對電流阻礙作用的屬性，電阻是反映物體對電制中電導率的單位是西門子/米?！境瑢w】在溫度和磁場都小于一定數(shù)值的條件下，許多導電材料的電阻和體內(nèi)磁感應強度都突然變?yōu)榱愕男再|(zhì)。具有超導性的物體叫做“超導體”。

45、1911年荷蘭物理學家卡曼林-昂尼斯（18531926年）首先發(fā)現(xiàn)汞在4.173K以下失去電阻的現(xiàn)象，并初次稱之為“超導性”?，F(xiàn)已知道，許多金屬（如銦、錫、鋁、鉛、鉭、鈮等）、合金（如鈮鋯、鈮鈦等）和化合物（如Nb3 Sn、Nb3Al等）都是可具有超導性的材料。物體從正常態(tài)過渡到超導態(tài)是一種相變，發(fā)生相變時的溫度稱為此超導體的“轉(zhuǎn)變溫度”（或“臨界溫度”）。現(xiàn)有的材料僅在很低的溫度環(huán)境下才具有超導性，其中以Nb3Ge薄膜的轉(zhuǎn)變溫度最高（23.2K）。1933年邁斯納和奧森費耳德又共同發(fā)現(xiàn)金屬處在超導態(tài)時其體內(nèi)磁感應強度為零，即能把原來在其體內(nèi)的磁場排擠出去；這個現(xiàn)象稱之為邁斯納效應。當磁場達到

46、一定強度時，超導性就將破壞，這個磁場限值稱為“臨界磁場”。目前所發(fā)現(xiàn)的超導體有兩類。第一類只有一個臨界磁場（約幾百高斯）；第二類超導體有下臨界磁場Hc1和上臨界磁場Hc2。當外磁場達到Hc1時，第二類超導體內(nèi)出現(xiàn)正常態(tài)和超導態(tài)相互混合的狀態(tài)，只有當磁場增大到Hc2時，其體內(nèi)的混合狀態(tài)消失而轉(zhuǎn)化為正常導體?，F(xiàn)在已制備上臨界磁場很高的超導材料（如Nb3Sn的Hc2 達22特斯拉，Nb3Al0.75Ge0.25的Hc2達30特斯拉），用以制造產(chǎn)生強磁場的超導磁體。超導體的應用目前正逐步發(fā)展為先進技術(shù)，用在加速器、發(fā)電機、電纜、貯能器和交通運輸設備直到計算機方面。1962年發(fā)現(xiàn)了超導隧道效應即約瑟夫遜

47、效應，并已用于制造高精度的磁強計、電壓標準、微波探測器等。近兩年來，中國、美國、日本在提高超導材料的轉(zhuǎn)變溫度上都取得了很大的進展。1987年研制出YBaCuO體材料轉(zhuǎn)變溫度達到90100K，零電阻溫度達78K，也就是說過去必須在昂貴的液氦溫度下才能獲得超導性，而現(xiàn)在已能在廉價的液氮溫度下獲得。1988年又研制也CaSrBiCuO體和CaS- rTlCuO體，使轉(zhuǎn)變溫度提高到114115K。近兩三年來，超導方面的工作正在突飛猛進?！練W姆】Ohm，Georg Simon（17871854年）德國物理學家。1787年生于歐藍格，畢業(yè)于歐藍格大學。1826年發(fā)現(xiàn)導體的電阻、電流與電動勢之間的關系定律現(xiàn)

48、稱歐姆定律。此定律先未受重視，直到1833年歐姆在紐侖堡任物理學教授時才漸為人所知。1849年歐姆任慕尼黑大學物理學教授。后人為紀念其對電學貢獻，以其名做為電阻的單位。【電功】電流通過電路時，電場力對電荷作的功叫做電功。在國際單位制中，電功的單位是焦耳。有時用千瓦小時（即通常所說的“度”）。式子，只有當電路是純電阻電路，并沒有反電動勢存在時才成立。如果電路負載中存在反電動勢，要分清三種形式公式的適用范圍以及它們的物理意義。當電路負載中有反電動勢時，則W=It為整個負載的總功，而W=I2Rt則僅表示負載所消耗熱的那部分功?！倦姽β省棵繂挝粫r間內(nèi)電場力所作的功叫做電功率。在國際單位制中，電功率的單

49、位是瓦特（常用的單位還有馬力、千克力米/秒）。電阻，沒有反電動勢存在時上列各式都成立。如果電路負載中存在反電動勢，則要分清此三公式的適用范圍及其物理意義。若電路負載中存在反電動勢，則P=I為整個負載的總功率，而P=I2R則僅表示負載所消耗熱的那部分功率。例如，當電路中接有直流電機時，如果加在電機兩端電壓為，正常工作時通過電流為I。則當電樞線圈轉(zhuǎn)動時作切割磁力線運動而產(chǎn)生感生電動勢，這一感生電動勢和外加電壓方向相反，因（輸入功率），I正反為克眼反電動勢所消耗的功率，即轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，只有在純電阻電路中，三個公式可以通用，而在有反電動勢的電路中（含源電路）三者不能混淆?！窘苟伞繉w在通過電流時會

50、有熱量發(fā)出。英國物理學家焦耳通過實驗總結(jié)出如下的規(guī)律：電流通過導體時放出的熱量Q與電流I的平方、導體的電阻R以及通電時間t成正比，即Q=KI2Rt，這就是焦耳定律。電流通過導體時按這一規(guī)律所放出的熱量叫做焦耳熱。若分別以焦耳、安培、歐姆及秒等為國際制單位測量熱量、電流、電阻及時間，實驗測得K=1焦耳/歐姆安培2秒。故上式變?yōu)楫攏個導體串聯(lián)時，由于通過所有導體的電流都相等，用前式來比較個別導體所放出的熱量較為方便。當n個導體并聯(lián)時，在各個導體上的電流各不相同，但它們兩端的電壓都相等，在這種情況下用后式較為方便。必須再次強調(diào)說明的是，當電路上有電流通過時，不但產(chǎn)生熱的效應，而且還可以產(chǎn)生其他不同的

51、效應。例如，在一般的電路中，除有純電阻外還有電動機，電解槽等用電器，那么電能除部分轉(zhuǎn)化為熱（內(nèi)能）外，還要轉(zhuǎn)化為機械能、化學能等。因此，只有當電路為純電阻，而且整個電路不能運行時，電流所做的功才全部變?yōu)闊幔駝tW=It總要大于電流的純電阻上產(chǎn)生的熱量Q=I2Rt?！敬?lián)電路】多個電阻按圖35所示方式的聯(lián)接叫做串聯(lián)。串聯(lián)電路的基本特征是只有一條支路，由此出發(fā)可以推出串聯(lián)電路有如下五個特點：（1）流過每個電阻的電流相等。因為直流電路中同一支路的各個截面有相同的電流強度。（2）總電壓（串聯(lián)電路兩端的電壓）等于分電壓（每個電阻兩端的電壓）之和，即=12+n。這可由電壓的定義直接得出。（3）總電阻等于分

52、電阻之和。把歐姆定律分別用于每個電阻可得1=IR1，2=IR2，n=IRn代入=1+2n并注意到每個電阻上的電流相等，得=I（R1R2Rn）。此式說明，若用一個阻值為R=R1R2+Rn的電阻元件代替原來n個電阻的串聯(lián)電路，這個元件的電流將與原串聯(lián)電路的電流相同。因此電阻R叫原串聯(lián)電阻的等效電阻（或總電阻）。故總電阻等于分電阻之和。（4）各電阻分得的電壓與其阻值成正比，因為i=IRi。（5）各電阻分得的功率與其阻值成正比，因為Pi=I2Ri?！静⒙?lián)電路】多個電阻按圖36所示方式的聯(lián)接叫并聯(lián)。由n個電阻并聯(lián)而成的那部分電路有兩個節(jié)點，n條支路。并聯(lián)電路有如下五個主要特點：（1）每個電阻兩端電壓相等

53、。因為每個電阻兩端都是A點和B點。（2）總電流等于各分電流之和，即I=I1+I2+In。因為從節(jié)點A流入的電流一定等于從節(jié)點B流出的電流。（3）總電阻的倒數(shù)滿足上式的R叫做并聯(lián)電路的等效電阻（或總電阻），可見總電阻的倒數(shù)等于分電阻的倒數(shù)和。對兩個電阻并聯(lián)的簡單情況，總電阻可以寫成多個電阻則可依此類推。圖37所示是一個電阻R等效代替兩個并聯(lián)電阻的情況。（4）各電阻分得的電流與其阻值成反比。這一點可由Ii=上的幾個特點，不難得出結(jié)論：（1）并聯(lián)電阻必小于每個參與并聯(lián)的電阻的阻值。（2）當兩個并聯(lián)電阻的阻值R1和R2懸殊時（R1I10，故I1I1。于是N1I1N2I2即上式說明：變壓器接近滿載時，原

54、、副線圈中的電流與它們的匝數(shù)成反比。對于升壓變壓器來說N2N1，故I2I1，即電流變??；對于降壓變壓器，由于N2N1，故I2I1，即電流變大。通常所說“高壓小電流，低壓大電流”就是這個道理。這也符合能量守恒定律。其變壓器的輸入功率應等于輸出功率。電壓升高，電流必然以相應的比例減小。否則便破壞了能量定恒與轉(zhuǎn)化定律。變壓器的種類很多，常用的幾種是：電力變壓器，電源變壓器，耦合變壓器，調(diào)壓變壓器等。【電力變壓器】 這種變壓器是用于輸電網(wǎng)路。因為輸電線上的功率損耗正比于電流的平方，所以遠距離輸電時，就要利用變壓器升高電壓以減小電流。這種高電壓經(jīng)高壓輸電線傳送到城市、農(nóng)村后，再用降壓變壓器逐級把電壓降到

55、380伏特和220伏特，供一般的用電戶使用。電力變壓器的容量通常較大。都是一些大型的變壓器?！倦娫醋儔浩鳌?不同的電子儀器和設備以及同一儀器電路的不同部位往往需要各種不同的電壓，如電子管的燈絲電壓是6.3伏特，其板極電壓需要300伏特；各種晶體管的集電極工作電壓是幾伏至幾十伏；示波管的加速極電壓達3000伏特等等。通常都用電源變壓器將220伏特的市電電壓變到各種需要電壓?！抉詈献儔浩鳌?所謂耦合，在物理學上指兩個或兩個以上的體系或兩種運動形式之間通過各種相互作用而彼此影響以至聯(lián)合起來的現(xiàn)象，例如兩個線圈之間的互感是通過磁場的耦合。無線電線路中常用作極間耦合的變壓器，如收音機的中周、輸入變壓器、

56、輸出變壓器都屬于這一類，稱為耦合變壓器。耦合變壓器的作用是多方面的，它還可以用來達到阻抗匹配等?！菊{(diào)壓變壓器】 亦稱為“自耦變壓器”在生產(chǎn)和科學研究中，常需要在一定范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)交變電壓，供這種用途的變壓器叫做調(diào)壓變壓器。通常調(diào)壓變壓器就是一個帶有鐵心的線圈，線圈由漆包線繞成，以便滑動觸點c能在各匝上移動，從而在c、b兩端獲得可調(diào)的交流電壓。如圖359所示。大容量的調(diào)壓變壓器也用于輸電網(wǎng)路，以調(diào)節(jié)電網(wǎng)中的電壓?！净ジ衅鳌?互感器也是一種變壓器，一般它用于測量高電壓和大電流。這是因為高電壓和大電流均不能用交流伏特表和安培表直接去測量。而是借助于互感器把高電壓變成低電壓，或把大電流變成小電流，而把

57、電壓表或電流表接在副線圈一邊（即低電壓或小電流線圈的一邊）測出低電壓或小電流。根據(jù)伏特表或安培表測出的電壓數(shù)值或電流的數(shù)值，再利用已知的變壓比或電流比可計算出高壓線路中的電壓或電流。其接法如圖360所示。從圖中可以看出，在測量電壓時是把原線圈并聯(lián)在高電壓電路中，副線圈上接入交流伏特表。且原線圈的線圈圈數(shù)多，副線圈的線圈圈數(shù)少。而測量電流時是把原線圈串聯(lián)在被測電路中，副線圈接交流安培表，而原線圈的線圈圈數(shù)少，副線圈的線圈圈數(shù)多。這正是變壓器的性質(zhì)所決定的?！靖糁彪娙荨?利用電容器的容抗與交流電的頻率成反比的特性，在電路中用于隔離直流電，而只允許交流電通過的電容，在此電路中叫“隔直電容器”。例如，

58、在放大器線路中的輸入端和輸出端，常設置這種電容，一方面隔斷放大器的輸入端與信號源之間，輸出端與負載之間的直流通道，保證放大器的靜態(tài)工作點不因輸入、輸出的連接而發(fā)生變化，另一方面又要保證需要放大的交流信號可以暢通地經(jīng)過放大器放大，溝通信號源一放大器一負載三者之間的交流通道。隔直電容的名稱是指電容器在電路中的作用而言?！九月冯娙荨?可將混有高頻電流和低頻電流的交流電中的高頻成分旁路掉的電容，稱做“旁路電容”。例如當混有高頻和低頻的信號經(jīng)過放大器被放大時，要求通過某一級時只允許低頻信號輸入到下一級，而不需要高頻信號進入，則在該級的輸出端加一個適當大小的接地電容，使較高頻率的信號很容易通過此電容被旁路

59、掉（這是因為電容對高頻阻抗?。皖l信號由于電容對它的阻抗較大而被輸送到下一級放大。旁路電容的大小一定要選擇適當，若電容量大就有可能低頻信號也被旁 量小，又不能充分的旁路高頻?！具h程輸電】 因為輸電線上的功率損耗正比于電流的平方，所以在遠距離輸電時就要利用大型電力變壓器升高電壓以減小電流，方能有效地減少電能在輸電線路上的損失。由發(fā)電廠發(fā)出的電功率是一定的，它決定于發(fā)電機組的發(fā)電能力。經(jīng)過升壓變壓器可以把電壓升高，但變壓器卻不能改變其功率，由P=IU得由此看出，電壓升高，電流減小。這一點也是和變壓器的原理相一致的。對升壓變壓器來講初級的電壓低，電流大，而次級的電壓高而電流小。 遠程輸電所需要的

60、。因為在輸電線路上的能量損失以其功率表示，即P損=I2R當電流減小n倍時，其功率損失將減小n2倍。故采取升壓減流是減少電能損失的有效辦法。設想我們用減小電阻R的方法來減少電能損失是不太有效的。因為遠程輸電路程較長，要減小電阻R，對同種材料來說就必須增加導線的橫截面積。其截面增大n倍，也只能把電能損失減少n倍，這樣導線就變得很粗，造成材料的浪費。顯然，它遠不如高壓輸送來得經(jīng)濟。當用高電壓把電能輸送到用電區(qū)后，需要逐次把電壓降至380伏特和220伏特供給用戶。這要靠降壓變壓器的功能。遠程輸電是變壓器的一大功能?！窘涣麟姷恼鳌?將交流電變成直流電的過程叫做“交流電整流”。整流可分為半波整流、全波整