電子學/電壓

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電場：E

靜止電荷周圍存在一個電場，由下式給出

$EA=Q/\epsilon _{o}$

A 是 4 π r²，即球體的表面積
Q/ε_o 表示電場使空間變形程度

這變成

$E={Q \over 4\pi r^{2}\epsilon _{o}}$

介電常數：&epsilon

介電常數：(&epsilon) 材料在電場作用下吸收能量的程度。類似於拉伸彈簧，當電場移除時，材料會釋放出它吸收的能量。

真空介電常數：真空的介電常數。&epsilon_o = 8.85419 10-12 F/m。

相對介電常數：材料的介電常數相對於真空的比值。也稱為介電常數：&epsilon_r。其中 &epsilon 是材料的介電常數。

\epsilon _{r}={\frac {\epsilon }{\epsilon _{0}}}

介電材料：通常為絕緣體。作用是降低電場強度。

介電強度：介電材料在電場作用下，能夠承受的最大電場強度，超過該強度，電場會釋放其束縛電子，使材料變成導體。在特定情況下，擊穿發生的場強取決於介電材料（絕緣體）和施加電場的電極的幾何形狀，以及施加電場的速率。電壓通常小於此數值，當超過此數值時發生擊穿。

雙折射：雙重摺射。

各向同性：行為不依賴於方向。

各向異性：行為依賴於方向。

電壓：V

電場中兩點之間的差異是電壓 V。

$V=E\Delta x$

電壓用於加速器中將帶電粒子加速到光速。在電子學中，電壓是由兩個相反電荷之間的勢能決定的，公式如下：

$V={q_{1} \over 4\pi \epsilon _{o}r_{1}}+{q_{2} \over 4\pi \epsilon _{o}r_{2}}$

其中 &epsilon_o 是真空介電常數，q₁ 和 q₂ 是兩個電荷的值（以庫侖為單位），r₁ 和 r₂ 是它們的距離。請注意電壓如何隨著 1/r 衰減。

如果電荷相同，則沒有任何意義。但如果粒子具有相反的電荷，則電壓連線了這些電荷。透過電壓，正電荷流向負極，負電荷流向正極。

電壓導致帶電粒子根據排斥和吸引的規則移動，因此電子從負極移動到正極。兩個帶電粒子之間存在一個與它們分離距離相關的勢能。

分離一定距離的帶電粒子之間存在相關的電壓。如果粒子具有相同的電荷，則電壓為排斥力，沒有多大意義。

功：W

勢能
電場中距離 r 處的帶電粒子與其相關的電勢能 U。

$U=QV$

動能
當帶電粒子放置在距離 r 處的電場中時，它會受到力的作用。力的方向取決於兩個電荷，但使勢能最小化。

$F=QE$

加速度

當帶電粒子由於電場力而移動時，它會做功。這項工作導致粒子加速。

功 W 是 U 的變化，或者是在一定距離上施加的力 F。

$W=\Delta U=F\Delta x$

下坡運動對電場來說是正功，而上坡運動對帶電粒子來說是正功。同種電荷相互排斥，因此將它們靠近是上坡運動。異種電荷相互吸引，因此將它們分開是上坡運動。

電流：I

因此，帶電粒子的電壓會導致其加速。這被稱為電流。

有時會講，電路中的電流由電子組成，電子以光速從電源的負極流向正極。這不是（完全）正確的。

電是由帶電粒子攜帶的。
這可以指任何攜帶電荷並可以自由移動的微小粒子。在金屬中，電子可以自由移動，而金屬原子核則不能。然而，在鹽水中，電子、負離子以及正離子都可以自由移動，並且在施加電壓時確實會移動（電池和電解電容器就是以離子形式攜帶電荷的電子元件的例子）。在您自己的神經細胞中，電流由鉀和鈉等移動的離子攜帶。在半導體中，電流由電子攜帶，但通常更容易理解為“空穴”的移動；即電子的缺失。在一些靜電實驗中，帶電塵埃或小紙片可以攜帶電流。
電子漂移穿過導體。
- 當你翻動電燈開關時，燈幾乎立即亮起。這並不意味著電子本身移動得很快。事實上，它們通常移動得非常慢。直流電子電路中電子漂移的典型速度比糖蜜還要慢。電子本身確實移動得很快，但不是朝一個方向。它們不斷地在原子之間隨機移動，並且只具有非常緩慢的漂移或平均位置隨時間的推移而發生的偏移。電子漂移的速度實際上取決於電壓、導體的電阻、導體的形狀、導體的材料、溫度和其他因素。
- 實際上快速傳播的是電磁波；電子被其鄰居推動的現象。這類似於水波的工作方式。當你向池塘裡扔一塊石頭時，波浪從石頭擊中水面的地方向外擴散。但是水本身移動了嗎？並沒有。水面上的水分子只是來回移動，它們的累積效應就是你看到的波浪，波浪朝一個方向傳播。這類似於交流波沿傳輸線傳播的方式。（我們可以做一個更好的類比，比如汽車交通波或遊樂園排隊等候乘坐的遊客波）一個有趣的類比是將手穿過空氣。手是波，空氣是隨機的電子運動。
電磁波僅在真空中以光速傳播。
- 當有人說“光速”時，通常指的是“真空中的光速”，因為光本身在穿過材料時會減速。訊號沿普通同軸電纜傳播的典型速度為光速（在真空中）的2/3。（大約200,000,000 m/s。）沿電纜傳播的波實際上與光相同，只是頻率不同。當你閱讀這段文字時，透過你神經傳播的波速約為120 m/s。

隨著電壓的增加，你增加了電場和帶電粒子傳播的速度。這就是為什麼增加電壓直接增加電流的原因。反轉電壓會反轉電流。

有時你會有電壓但沒有電流。這在模擬和數位電路中用於控制開關。

因此，負粒子從負電壓漂移到正電壓，而正粒子則從正電壓漂移到負電壓，方向相反。粒子在不同材料中的漂移速度不同。基於能帶隙的“空穴”速度。鑑於空穴的存在，我們傾向於忽略粒子並專注於電流流動。電流由單位時間內電荷流動的量來衡量，並表示電磁波的速度。在討論電流時，我們主要討論電子的流動，因為它們是金屬和許多電路元件中的主要電荷載體。

電流 = 電荷流動（通常是電子）

電流是電荷隨時間的變化。

無法解析 (SVG (MathML 可以透過瀏覽器外掛啟用): 伺服器“https://:6011/en.wikibooks.org/v1/”返回無效響應 ("Math extension cannot connect to Restbase."):)：{\displaystyle I={dQ \over dt}}

電流的累積是電荷。討論電池和電容器。

$Q=\int Idt$

電阻：R

電阻阻礙電子的流動。在沒有電阻的情況下，電流會短路並暢通無阻地流動，就像電源浪湧一樣。電阻與電壓相結合，限制了允許流過電子裝置的電流。這是必要的，否則部件會熔化（極端的電子遷移）。隨著電阻的增加，電荷的流動會減慢到涓涓細流，直到電流停止流動。鑑於流動的電子數量眾多，只有當電阻有效地達到無限大時，這種情況才會發生。

如果沒有電阻，這實際上就是短路，這意味著電子暢通無阻地流動。

The current is limited by the voltage. Resistance stops the flow of current. A short circuit has no resistance. As resistance increases to infinity the current stops flowing and becomes an open circuit.

$I={V \over R}$

這被稱為歐姆定律。它指出電流I等於電壓V除以電阻R。或者說電壓產生電流，電阻限制電流的流動。在電路中，電阻變化不大，因此電路的大部分行為取決於控制電流的電壓。

導體和空氣等絕緣體中的電流。