本帖最后由 Sode 于 2018-12-19 11:15 编辑
电流、电压、电阻和欧姆定律的基础知识
首先我们谈一谈电的一个基本规律——欧姆定律，它就是描述电流、电压和电阻之间的关系的一个规律。
电荷的流动叫做“电流”；阻止电流的是“电阻”；电流经过电阻一定会产生“电压”。这三个东西是有着密切关系的。首先说电流吧。电荷在电力的作用下流动，就成为电流。一个电子就是这种流动电荷的负载者。一个电子所负的电荷是宇宙间最小的电荷单位，实用上我们要用比这大很多的单位来做电荷的量度，这单位就是“库”。一“库”的电荷，约等于二百二十四亿亿个电子所带的电荷量的总和。某一个面积内每秒钟电荷通过的数量叫做电流强度，简单些说就称“电流”。在这一面积上每秒若通过1“库”的电荷，便说通过那里的电流是一“安”。这就是电流和它的单位“安”的意义。
有电力作用的地方叫做电场，电荷在电场里顺作用力的方向运动。这种运动，不仅改变了电荷的地位，同时使电荷失去了运动以前的“位能”，就像物体顺地心吸力的方向下坠，结果失去在高位置的“位能”一样。
在电场里（图1示A、B两电荷所产生的电场），电力推着正电荷Q顺电力线的方向由a点移到b点，正电荷在点a的“位能”就高于在点b的“位能”。电学里我们不说“位能”，而说“电位”，两点上位能不同，我们就说两点间有“电位差”，又常称为“电压”。自上面的a点到b点，就是有了“电位降”或“电压降”。由于少量或多量的电荷，在电场里所受电力不同，同样由a点到b点，它们在移动过程中，所失去的“位能”也不同。为了使“电位差”或“电压”有比较明确的意义，电压的单位是这样定的：一库的电荷，在电场里a、b两点间运动，失去了一“焦耳”的“位能”，那么a、b两点间的“电位差”或“电压”就是一“伏”，这就是电压的单位。（“焦耳”是下面就要谈到的“M．K．C．”单位制里能量的单位）。
如果在图1的电场里放上一根导线，导线的内部充满了自由电子，它们是阴性电荷，就顺着作用力按图2箭头所示的方向运动，在它们由B到A的过程中，会失去位能。（很显然地，如果这导线里有自由正电荷存在，它们将相反地由A到B。）尽管电流实际上是电子的流动，但在电学里，我们习惯上有一个假定，就是：导体里电流的方向，是指自由正电荷运动的方向，即电流的方向恰和电子运动的方向相反。所以导体里顺电流的方向，由a点到b点，一定有“电位降”或“电压降”Vab，再由b点到c点也一定有电压降Vbc，而由a点到c点的电压降就等于Vab＋Vbc之和。应当再着重指出：真正能够在导体里运动的是那些自由电子。导体里失去了电子的原子，在组成导体的金属结晶体里整齐地排列并相互牵扯着，比自由电子重得多，在电场里是不能够运动的。相反地，它们还阻止电子的运动。电子在运动过程中，不断地穿过一个金属的结晶体又进入到另一个金属的结晶体，时常碰撞着这种原子。电子在运动过程中所失去的位能，就完全消耗在沿途无数次的碰撞里，变成了热能。
所以说有电流通过的导体是会发热的。物质对自由电子流动的阻挡作用，叫做“电阻”。“电阻”是物质的一项特性。很显然地，电流是和电阻成反比例的。我们又晓得两点间电压降愈大，电荷在电场里受力量愈大，移动得愈快，就像山愈高下流的水就愈急一样，所以电流又是和电压成正比例的。任何电路里“电流”“电压”和“电阻”数量上的关系都是这样的。这就是有名的欧姆定律。这个定律是1827年德国物理学家欧姆发现的。
根据这个定律把电压V、电流I和电阻R的数量关系用算式表现出来就是：I=VR。在这式子里，如I为1“安”，V为1“伏”，电阻就是1“欧”。所以“欧”这单位和“伏”、“安”两单位是分不开的。谈到单位，要请读者注意：电磁学的单位系统，是比较混杂的。从前用过“静电单位制”、“静磁单位制”、“电磁混合单位制”和“实用单位制”。最近各国才比较一致的采用了所谓“M．K．C．制”。“安”、“伏”和“欧”，就是这“M．K．C．”单位制里的三种单位。其他单位如“公尺”、“公斤”、“秒”、“亨”、“法”、“库”、“韦伯”和“焦耳”等，都属于“M．K．C．制”。M．K．C．这三个字母，是表示长度的单位用“公尺”，重量的单位用“公斤”和时间的单位用“秒”的意识。
单位制的选用是随着电磁学的发展而演变的。最初人们只注意到静电荷间或静磁铁间相吸相斥的关系，所以写一切关系式都用了“静电单位制”或“静磁单位制”。发现电和磁之间有相互作用后，又采用了“电磁混合单位制”，主要的目的是为了简化某些计算公式的形式。后来电磁的实用渐广，又创造了许多“实用单位”。
不同国家习惯上和技术发展上并不一致，所以实用单位很不统一；用实用单位制写出的电磁关系公式也不简单，有些很难**。因此有必要创造一种对于研究电磁学理论和实际应用方面都比较便利的单位制，这就是“M．K．C”制的来源。因为这个单位制比较进步，我国和苏联新出版的书籍里，多已采用。
简单回路里欧姆定律的应用
根据欧姆定律，在一个电阻R的两端，“加”以电压V，那么通过电阻的电流就等于V/R。另一种说法：电阻R两端的电压或电位降V，就等于通过电阻的电流和电阻相乘的乘积，即V=IR。我们说电压是外“加”的，因为对电阻R来说，电力是外来的，没有外加电力是不可能推动电荷产生电位降的。我们看欧姆定律应当怎样用法。
最简单的电回路是手电筒里的回路。如图3（甲）和（乙）所表示的把两节小电池经过一个开关接到一个小灯泡上，在这里灯泡就是一个电阻，电流通过灯泡发热便发出亮光来。电池就是“电源”，也就是“能源”，电荷在灯泡里不断的产生热能，这热能就是电池供给的。电池的最基本作用，是靠内部的化学作用，保持电池的两端一端失去电子而显“正”性，另一端得到电子而显“负”性。因此我们时常在电池两端注上“＋”、“-”号。图3甲的A、B两点，和图2的A、B两点相似，那里存在着电荷，所以在附近产生了电场。
我们的导线和电阻（即电灯泡）就放在这电场里，所以导线里的自由电子会运动。如果灯泡和电池不用开关接通，因电场的力量远不够把自由电子由导体内吸引出来的程度，这些自由电子将集中在导线的a端，导线的b端同时就失去了这些电子。以后电子如再继续向a端运动。就受到b端正电荷的拉力和a端集聚的负电荷的斥力，结果运动就停止下来，灯泡里没有电荷的继续运动，自然不会发亮。开关闭上以后，导体里的电子可以直接运动到达电池缺少电子的A端，导体里流出去的电子，又可由电池的多了电子的B端同时补充。电池即能保持它两端一正一负，所以导线里的电子就能继续流动，灯泡自然发亮。
因为电池有保持回路里有电流流动的作用，所以我们说电池两端有“电动势”。电池的“电动势”所代表的是化学作用所供给的电能。它是整个电回路里各处电阻所消耗的能量的来源。假定电池的内部没有电阻，电池的“电动势”所代表的电能，就等于灯泡所消耗的电能；通常电池里是有电阻的，所以“电动势”实际是等于内部消耗的电能加外部回路消耗的电能。换句话说，电池的电动势等于电池内部电阻的电位降加外回路电阻的电位降。设电池的电动势是E，内阻是r，灯泡的电阻是R，在由E、R、和r所组成的电回路里，电流为I。
那么，由上述能量转变的关系就得出：电动势E=R里消耗的电能+r里消耗的电能=R两端的电位降+r两端的电位降=IR＋Ir=VR+Vr。即当有电流时，E=IR＋Ir或E=Ir=IR。电动势E和VR、Vr单位应当一样都是伏。因为它不仅可以和V写在等式两边，还可以和V相加减。E是维持电流的，不管回路里有无电流，E是靠化学作用而能存在的；但没有电流时，IR和Ir就消失。有电流I时，电池两端的电压就由E降为E-Ir。这就是用欧姆定律的道理来分析最简单电回路的实例。
欧姆定律在无线电里的应用举例
求灯丝电阻每个无线电里用的电子管都有规定的灯丝电压和电流。例如某电子管（图4）的灯丝电压规定为1.5伏，电流是0.15安。加1.5伏到灯丝上一定会有0.15安的电流，正好产生放射电子所需的足够热度，这是因为灯丝有电阻的缘故。这电阻的数值应为1.5/0.15=10欧。如果电压小于1.5伏，同样的电阻，电流就减小，热量会不够；相反的，电压超过1.5伏太多，电流过大，热量过多会烧断灯丝。
自制欧姆表
无线电里常常用一种欧姆表来测量电阻数值的大小。简单的欧姆表是用4.5伏干电池、适当的电阻Rs和一个毫安表串联做成，如图5。毫安表，就是通过一毫安（等于1/1000安）电流能产生满度指示的电表。当图上1—2两端短路时，要电表读数最大，就应当选择Rs使这时回路里的电流恰为1毫安。即回路电阻应为4.5/0.001=4500欧。假定电表本身已经有电阻27欧，那么外加电阻Rs=4500-27=4473欧。为了避免干电池电压不足，影响测量的准确度，Rs的一部分必须能够调节，因此就用一个固定的4000欧的电阻和一个500欧可变电阻串联充Rs。可变电阻不宜太大，否则调整到完全不用时，有把电表烧毁的可能；又不宜太小，失去调节电压的作用。图5里最大的电流是4.5/4.027=1.11毫安，不至烧毁电表，又保证电压降到4伏还可使用。
自制直流分压器
图6表示一五灯收音机的直流电源供给回路。收音机里有一个整流电子管，它的功用，可以想像是和电池一样，是专门为了产生“电动势”的。图6的整流所产生的“电动势”是180伏，其余各电子管所需直流电压和电流，已分别在图上注明。我们看泄放电阻R1、R2和R3应当各有多少欧，方使得电压和电流的分配恰能满足需要。从图上可以看出，要使R3两端的电压为20伏，流经R3的电流是1毫安“泄放电流”，根据欧姆定律得R3应等于20/0.001=20000欧。R2上所通过的电流为R3上的泄放电流1毫安加上电子管3的电流3毫安，供给电子管2的电压是90伏，R2上已经有了20伏，所以R2的电压应为90-20=70伏。根据欧姆定律求得R2=70/（0.001+0.003）=17500欧。通过R1的电流，等于电子管2和3的电流，加R3上的泄放电流的和共19毫安。R1上的电压应为180-90=90伏。因此R1=90/0.019=4737欧。实际上不需要这样绝对准确，用5000欧就很合适。调整电子管电压电子管有所谓“屏极”和“帘栅极”，它们都需要接到适当的正电压来维持电子管工作。往往经过一阵压电阻接到电源，来取得所需电压。
设某发信机的电源电压是1500伏（图7），它的振荡级电子管屏极电流和电压规定是75毫安和750伏，因此由该屏极到电源就应该串联一个电阻。根据欧姆定律得串联电阻的阻值应为750/0.075=10000欧。
另一类降压电阻的例子，是无线电话机用来提高调幅百分率的如图8，它的原理这里暂不讨论。为了提高调幅度，调幅管的屏压应高于被调幅的放大管。但这两管的屏极并联接于同一电源，因此有必要把放大管的电压经R降低。设调幅管工作电压是1000伏。放大管屏压是700伏，屏流是0.05安。根据欧姆定律，R=（1000-700）/0.05=6000欧。欧姆定律在无线电里的应用很多，它是解决实用问题的最有用的工具。
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