FHSST 物理/電學/電阻
上一節中的電路並不是一個非常實用的電路。實際上,直接用一根電線連線電源的兩極可能會很危險。之所以危險是因為在這種短路的情況下,電流的幅度可能非常大,能量釋放得非常劇烈(通常以熱量的方式)。通常,電路由以一種安全的方式利用釋放的能量的方式構建的。
電流的一種實用且流行的用途是操作電燈。最簡單的電燈形式是在一個透明的玻璃燈泡裡有一個細小的金屬“燈絲”,當足夠的電流透過它時,它會發出白熾光(“白熾”)並釋放熱能。與電池類似,它有兩個導電連線點,一個用於電子進入,另一個用於電子離開。
當電子透過燈泡的細金屬燈絲時,它們遇到的運動阻力比它們在粗電線中遇到的運動阻力更大。這種對電流的阻力取決於材料的型別、它的橫截面積和它的溫度。在技術上被稱為電阻。(可以說,導體的電阻很低,而絕緣體的電阻非常高)。與僅用一根電線連線電源(電池)兩端的“短路”相比,這種電阻可以限制給定電壓下電路中的電流大小。
當電子克服電阻的阻力運動時,會產生“摩擦”。就像機械摩擦一樣,電子流動時與電阻產生的摩擦以熱的形式表現出來。燈絲的集中電阻會導致該燈絲釋放相對大量的熱能。這種熱能足以使燈絲髮白光,產生光,而連線燈泡到電池的電線(電阻低得多)在傳導相同電流時幾乎不會變熱。
與短路一樣,如果電路的連續性在任何地方斷開,整個電路中的電子流動都會停止。如果燈泡已經安裝,這意味著它將停止發光。
與之前一樣,沒有電子流動,電池的整個電勢(電壓)在斷開的地方都可以使用,等待連線的機會跨越斷開的地方,並允許電子再次流動。這種狀態被稱為開路,其中電路連續性的斷開會阻止電流流過整個電路。只要電路連續性斷開一次,就會“開啟”電路。一旦任何斷開的地方再次連線,並且電路的連續性重新建立,它就被稱為閉路。
我們在這裡看到的是透過遠端開關開啟和關閉燈泡的基礎。由於電路連續性的任何斷開都會導致整個電路中的電流停止,我們可以使用一個設計為有意斷開這種連續性的裝置(稱為開關),安裝在我們可以連線電線的任何方便的位置,以控制電路中的電子流動。
這就是房屋牆壁上安裝的開關如何控制安裝在長走廊上,甚至在遠離開關的另一個房間裡的燈。開關本身由一對導電觸點構成(通常由某種金屬製成),由機械槓桿致動器或按鈕強制在一起。當觸點接觸時,電子能夠從一個流向另一個,當觸點分離時,電路的連續性建立起來,電子之間的流動被它們之間的空氣絕緣阻止,並且電路的連續性被破壞。
為了與電路的“開路”和“閉路”術語保持一致,從一個連線端子到另一個連線端子接觸的開關為電子流動提供連續性,被稱為閉合開關。相反,斷開連續性的開關不允許電子透過,被稱為斷開開關。這個術語對於電子學的新生來說通常令人困惑,因為“開啟”和“關閉”這兩個詞通常在門的背景下被理解,其中“開啟”等同於自由通行,“關閉”等同於阻塞。對於電氣開關來說,這些術語具有相反的含義:“開啟”表示沒有流動,而“關閉”表示電子可以自由透過。