電子學/電壓和電流

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電壓

這是一份粗略的草稿。

本節討論電壓和電流的性質。電壓和電流源、串聯和並聯電壓和電流屬於直流部分。我不確定電壓降應該放在哪裡。

電壓是兩個電荷之間電場中的勢能。電壓降是勢能的變化。電壓在串聯中加減。（將其與電壓符號聯絡起來）

（已移至討論頁面）

兩個帶電粒子在一定距離內會產生與它們相關的勢能，

兩個電荷之間的勢能，其中 k 是一個常數，q 和 Q 是兩個電荷的值，r 是距離。請注意，勢能隨 1/r 遞減。

$PE={kq_{1}q_{2} \over r}$

勢能除以電荷量就是電壓

$V={PE \over Q}$

$Volt={Joule \over Coulomb}$

理想電壓源

理想電壓源是基本電子元件，無論連線什麼其他元件，它都能在兩點之間產生恆定電壓。由於它是理想的，因此一些電路配置是不允許的。

實際電壓源，如電池、電源、壓電片、發電機等，都具有內部源阻抗（與源串聯），瞭解這一點非常重要。hfdh

電流

有時會教導說電路中的電流是由電子組成的，電子以光速從電源的負極流向正極。這並不完全正確。

電流由帶電粒子攜帶。
這可以是任何攜帶電荷並可以自由移動的小粒子。在金屬中，電子可以自由移動，而金屬原子核不能。然而，在鹽水中，電子、負離子、正離子都可以自由移動，並且確實會移動，當施加電壓時（電池和電解電容是電荷作為離子移動的電氣元件的例子）。在您自己的神經細胞中，電流是由移動的離子攜帶的，例如鉀離子和鈉離子。在半導體中，電流是由電子攜帶的，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，電流可以由帶電的灰塵或小紙片攜帶。
電子漂移透過導體。
- 當您按下電燈開關時，電燈幾乎立即亮起來。這並不意味著電子本身移動得那麼快。事實上，它們通常移動得慢得多。在直流電子電路中，電子漂移的典型速度比糖漿還慢。電子本身確實移動得非常快，但並非朝著一個方向。它們一直在隨機地從一個原子移動到另一個原子，並且只在一段時間內有一個非常緩慢的漂移或平均位置的偏移。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、溫度以及其他因素。
- 實際上快速移動的是電磁波；即電子被它們的鄰居推動。這與水波的形成方式類似。當您將一塊石頭扔進池塘時，從石頭撞擊水面的地方開始產生波浪。但是水本身移動了嗎？沒有。水錶面的水分子只是來回移動，它們累積的效果就是您看到的波浪，波浪朝著一個方向傳播。這與交流波沿傳輸線傳播類似。（我們可以將它更好地比喻為汽車交通波或遊樂場排隊等候遊樂設施的人群波）一個有趣的比喻是將手穿過空氣。手就是波，空氣就是隨機的電子運動。
電磁波只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”，因為光本身在透過材料時會減速。在常見的同軸電纜中傳播的訊號的典型速度是光速（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。透過您的神經在您閱讀本文時傳播的波大約以 120 m/s 的速度傳播。

（將電壓與電流聯絡起來的章節。）當您增加電壓時，您會對電子施加電場，電子會從負電位流向正電位。這就是為什麼增加電壓會直接增加電流的原因。反轉電壓會反轉電流。如果沒有電阻，這實際上就是短路，這意味著電子無阻礙地流動。

（您有電壓但沒有電流的章節。）有時您有電壓但沒有電流。描述它對電路的影響。

因此，負粒子從負電壓漂移到正電壓，而正粒子從正電壓漂移到負電壓。粒子在不同材料中的漂移速度不同。根據帶隙確定“空穴”的速度。鑑於空穴的存在，我們傾向於忽略粒子，而專注於電流流動。電流由單位時間內的電荷流動量來衡量，它代表電磁波的速度。在討論電流時，我們將主要討論電子的流動，因為它們是金屬和許多電路元件中主要的電荷載體。

電壓 = 兩個電荷之間的勢能。定義為磁鏈的導數

$V(t)={d(Ni(t)) \over dt}$

電流 = 電子的流動。定義為電荷變化率

$I(t)={dQ(t) \over dt}$

理想電流源

理想電壓源是電子學的基本元件，它在電路的一部分中產生恆定電流，無論連線到它的是什麼。由於它是理想的，因此不允許某些電路配置。

實際電流源，例如電池、電源、壓電陶瓷片、發電機等，都具有內部源阻抗（與電源並聯），這非常重要。