IB 物理/電流
電荷有兩種型別，正電荷和負電荷，它們彼此相反。正電荷吸引負電荷，反之亦然，但相同電荷互相排斥。
導體能夠以電流的形式移動電荷，而絕緣體不允許電荷流過它們。這意味著，當繪製電荷的箭頭圖時，箭頭將指向導體的中心，但僅指向絕緣體的表面。
絕緣體能夠在其表面儲存電荷。有機玻璃或硬橡膠棒可以透過摩擦毛皮使其帶電，但它們會獲得相反的電荷。
電荷將始終守恆。如果一個物體獲得正電荷，那麼另一個物體一定因此變得負電荷。
靜電感應會導致未帶電的紙張“跳”到帶電的棒上。透過在上方保持負電荷，紙張中的負電荷被排斥（向下推），而正電荷被向上拉。這在紙張上產生了有效的相反電荷（正電荷棒會發生相反的情況），這產生了吸引力，並向上拉紙張。
相同的原理可以應用於驗電器。當一個帶正電的棒靠近頂部時，驗電器中的正電荷被排斥遠離棒。這在金箔和中心軸的底部產生正電荷，由於相同的電荷互相排斥，金箔向上跳躍。如果驗電器然後接地，負電荷將中和驗電器的頂部，使其帶負電荷，因此即使棒被移開，金箔也會保持向上狀態。
感應帶電一個連線到絕緣柄上的金屬環。然後使用電荷探測器（有點像指南針，但它是三維的）來檢視是否有任何電荷改變其方向。我們應該發現它沒有改變方向，這說明空心帶電錶面的內部不會有任何淨電荷（因此沒有場）。
避雷針：它們比建築物更容易導電，因此雷電會沿著避雷針而不是建築物下降。
飛機上的火災：如果在飛行過程中積累了靜電荷，那麼在給飛機加油時可能會產生火花，因此飛機首先要接地。油輪也是如此。
庫侖定律：
力與兩個電荷成正比，力與它們之間距離的平方成反比（因此力隨著距離或半徑的增加而減弱）。電荷以庫侖為單位測量，庫侖是一個匯出單位，描述每秒 1 安培的電流（以及大量的電荷，因為電子的電荷為 1.6 × 10-19C）。 是自由空間的介電常數，等於 8.85 × 10−12 法拉每米。
如果一個電荷受到電力作用，那麼它就處於電場中。方程 E = F/q 允許根據給定電荷所受的力找到電場的強度，單位為 NC-1（牛頓每庫侖）。
電場線從正極指向負極（就像過去對傳統電流的認識一樣，在他們瞭解電子之前）。它們描述了在物體周圍任何地方放置的假設正測試電荷所受到的影響。這些相對簡單，但實際上需要圖解來解釋（有志願者想畫嗎？）。一個重要的事實是，場線總是以 90 度角擊中表面，所以確保畫對。以下特徵是這類圖中常見的。
孤立點電荷 : 線指向點，或從點離開。越遠離，線越分開，表示場越弱。
兩個相同的點電荷：兩個電荷互相排斥對方的場，因此在每個點電荷附近，它就像一個單獨的點電荷，但在中心，有一個無電荷區域。
兩個相反的點電荷 : 有一條直線從一個電荷到另一個電荷，然後其他的線像往常一樣出來，但彎向另一個點電荷。
一對帶電板 : 我想我們只需要處理帶相反電荷的板。線筆直向下或向上，具體取決於情況，但在末端，會引入一些彎曲來解釋上面提到的 90 度角。
等勢線 : 這些線垂直於這些場線，並標記等勢區域。
電勢差（V）定義為將一個正電荷在電場中從一個點移動到另一個點而不加速所做的功。方程 ΔV = ΔW/q 允許計算電勢差。
電流被定義為透過的電荷量除以時間，其單位是安培。它通常與電荷有關，其中電子流動，通常透過導線，這也適用於真空（陰極射線）或與正離子透過某物流動有關。
在金屬中，電子可以自由移動，儘管原子被固定在一個相當強烈的，但可以移動的晶格中。當電子流過金屬時，它們會“碰撞”到金屬原子，解釋了電阻，以及金屬在電流透過時可能會變熱的事實。
電動勢 (emf) : 電池中反應產生的電壓稱為電動勢 (它也適用於任何電源，例如由磁鐵等產生的)。產生的部分能量在內部浪費了，因此電動勢為 3 V 的電池在其端子之間可能只有 2.5 V 的電壓。電動勢通常簡稱為電動勢，以免造成混淆，因為電動勢並非真正的力。
電壓 : 每單位電荷的能量消耗量 (以伏特為單位)。如果電池兩端的電壓為 12v，這意味著每庫侖電荷將“花費” 12 焦耳的能量繞著外部電路流動。
電阻基於電壓和電流定義為 R = V/I，因此您可以代入任何兩個值並得到第三個值。電阻的單位是歐姆。
影響電阻的因素
- 長度 : 電阻隨導體長度的增加而增加。
- 橫截面積 : 電阻隨橫截面積的增加而減小。
- 導體材料型別 : 好吧，它只是會變化。金屬通常是良好的導體。
- 溫度 : 對於歐姆材料，溫度升高時，電阻也會升高。溫度升高時，半導體的電阻減小。
電路符號在資料手冊的前面，不過我沒有看到電晶體或邏輯閘在哪裡出現。儘管如此，一切都相當明顯。繪製它們基本上是練習問題，而不是我們在這裡可以真正解釋的。志願者來繪製一些示例嗎？
非歐姆導體是不遵循歐姆定律 ( V = IR ) 的導體，當溫度不保持恆定（並且相對較低）時。非歐姆導體的例子是普通燈泡。當燈泡中的燈絲被加熱時，電阻會增加，導致電壓 (V) 和電流 (I) 之間呈非線性關係。
電子從負極流向正極，而傳統電流從正極流向負極。它們方向相反是因為傳統電流是在人們瞭解電子之前發明的。你使用哪一個對簡單的電路實際上沒有太大的影響。
電阻器是一種當電流透過它時將電能轉換為熱量的物體（由於電子“碰撞”金屬離子）。內部電阻是指電源內部的電阻（例如電動勢和電壓之間的差值）。
如果電阻器串聯，則總電阻由下式給出
如果電阻器並聯，則總電阻由下式給出
然後這將建立一個簡單的串聯電路，可以使用 V = IR 求解。
在串聯電路中，電流在整個電路中保持恆定，但電壓在電阻器之間共享。在並聯中，電流在每個分支之間分配（相對於其電阻），每個分支的電壓等於整個並聯分支的電壓。
一旦每個並聯部分都被計算出來，並且整個電路以串聯方式完成，就可以將資訊放回去以計算並聯分支每個部分的電流或電壓。
功 = 電荷 × 電壓，電荷 = 電流 × 時間。
因此，將第二個代入第一個，我們得到 W = ItV。
除以 t，由於功率等於功/時間，我們得到 P = VI
代入 V = IR，得到 P = I2R。
或者，代入 I=V/R，我們得到 P = V2 / R
這些都可以根據需要應用。功率的單位是瓦特（或焦耳每秒），功的單位是焦耳，時間的單位是秒，電壓的單位是伏特，電流的單位是安培，電荷的單位是庫侖。
電流表應與要測量電流的電路部分串聯使用。理想的電流表電阻應無限小，以避免改變電路。
電壓表應並聯使用，分支到要測量其間電壓的電路部分。理想的電壓表電阻應無限大，以避免改變電路。
電力通常以千瓦時為單位出售，它們有特定的價格。不同的裝置消耗不同的功率，通常以 X 千瓦為單位。如果裝置執行 1 小時，則它消耗 X 千瓦時。如果它執行 2 小時，則它消耗 2X，依此類推。
當電流流過電器時，會產生熱量，一些電器（水壺、加熱器）利用了這一事實（我不知道為什麼這會在這裡，但課程提到了它）。
保險絲是短的低熔點導線。它們被放置在保險絲盒中，並完成電路，但是如果電流超過某個點，保險絲中產生的熱量（由於其電阻）會熔化保險絲，並斷開電路。斷路器的工作原理類似，只是它們的速度快得多。
保險絲用於防止電路其他區域過熱，否則會導致火災，而斷路器（也稱為過載切斷系統）旨在防止觸電。漏電保護器旨在檢測從電路中逸出的電流，因此也有助於防止觸電。
磁場以圓形方式穿過並環繞載流導線。如果你將右手拇指指向電流方向，你的手指會指向場旋轉的方向。這個“右手定則”是基於“電子流”的；從負極到正極。
注意，在圖中，符號 X 通常用於表示電流進入頁面，點用於表示電流從頁面出來。相同的約定用於進入或離開頁面的場。
螺線管（線圈）周圍的磁場穿過中心，並迴圈回到另一端（有人畫圖嗎？）。每個端的極性可以透過畫出字母 N（代表北極）並在末端加上箭頭來回憶起來。因此，如果電流從一端向下看呈逆時針方向流動，那麼該端將是北極，否則它是南極。磁力線從北極指向南極。
遠離載流導線，等勢線之間的距離越來越遠，因為磁場越來越弱。當它們彼此靠近時，磁場更強。
螺線管產生的磁場取決於流過它的電流（隨著電流增加而增加），線圈的圈數（圈數增加會導致磁場強度增加）。場芯中的物質也會產生影響，儘管這取決於芯的性質。
載流導線在磁場中的受力可以用右手定則來求得。手掌代表力，拇指代表電流，手指（與拇指成直角）代表磁場方向。
當有兩根長導線時，磁場就像單根導線一樣。這使我們能夠確定每根導線的磁場對另一根導線的施加方向，以及因此的力。如果你只想記住它，當電流方向相同時，會發生吸引，而當電流方向相反時，會發生排斥。
安培定義為在兩根無限長且相距 1 米的導線之間產生每米導線 2 x 10-7 N 的力的電流。
F = 或力 = 長度 x 電流 x 磁場強度。
這用於計算長為 l（米）且在磁場強度為 B（特斯拉）的磁場中承載電流為 I（安培）的導線上的力的大小。
F = qvB 或力 = 電荷（庫侖） x 速度（米/秒） x 磁場強度。
這適用於穿過磁場的單個點電荷。為了確定方向，我們需要記住我們在這裡使用的是常規電流，因此對於正電荷，電流將與其運動方向一致，而對於負電荷，電流將是相反的。除此之外，上面提到的右手定則仍然適用。
直流電機的工作原理是載流導線在磁場中會受到力的作用。線圈（類似於正方形）放置在磁場中，並允許其繞軸旋轉，以便線圈可以在磁場中旋轉。如果透過線圈電流，線圈將旋轉四分之一圈，但隨後力會將其推回，因為電流的流動方向相反。
為了克服這一點，線圈的末端連線到繞換向器邊緣執行的電刷，每半圈反轉一次電流。（換向器類似於環，其中一半是負極，另一半是正極，因此在旋轉時，電流會反轉）。線圈旋轉的方向可以用與普通導線相同的方式找到，記住常規電流是從正極流向負極。
首先，定義磁通量。Ø = BA，或磁通量 = 磁場強度 x 面積（以平方米計）。Ø 的單位為韋伯。
當導體穿過磁場時，它會在給定時間內穿過給定量的磁通量。導體中的感應電動勢 = -ΔØ/Δt。因此電動勢 = -ΔØ/Δt。這個公式在資料手冊中，只是它們使用了一個花體 E（也許是這個？ξ 我已經不記得了）來表示電動勢。還應該注意，這假設導體垂直於磁場。只有 HL 的學生必須處理它不垂直於磁場的情況。
如果我們知道力將與運動方向相反，並且電動勢與電流方向相同，那麼可以使用左手定則來找到電動勢的方向。
當導體穿過磁場時，它會感應出電流，以產生一個力來抵抗運動。這被稱為楞次定律。
例如，如果導線向左移動，則會產生向右的力。基於此以及已知的磁場方向，我們可以找到電流的方向。
當線圈在磁場中旋轉（類似於上面描述的電機）時，會產生電動勢。這將是交流電，因為沒有使用換向器。當線圈水平時，電動勢將達到最大值，而當線圈垂直時，電動勢將為零（假設磁場水平），因此圖形將遵循一種正弦曲線。初始方向可以如上找到，並且每當線圈轉過垂直方向時，它都會反轉。
變壓器的工作原理是利用感應電流，將兩個線圈靠近放置。一個線圈通入交流電，從而產生交變磁場。磁場在另一個線圈中感應出電流，也是交流電。功率的大小（P = VI）保持不變，但電壓和電流的變化與每個線圈的匝數有關。通電的線圈稱為初級線圈，感應出電流的線圈稱為次級線圈。需要注意的是，這隻有在交流電導致磁通量持續變化，從而感應出交流電的情況下才有效。
電流和電壓可以用以下公式計算：
Vp/Vs = np/ns = Is/Ip。
這個公式將線圈的匝數 (n) 與初級和次級線圈中的電壓和電流聯絡起來。升壓變壓器是指增加電壓（並降低電流）的變壓器，而降壓變壓器是指降低電壓，並增加電流的變壓器。大多數變壓器的效率約為 99%，可以用以下公式計算。
效率 = VsIs/VpIp. (或 Ps/Pp).
電力通常透過高壓低電流輸送到輸電線。這是因為功率損耗與電流有關，與電壓無關，公式為 PL = I2R。由於我們無法輕易降低電線的電阻，降低電流可以降低功率損耗。
由於電流 = 功率/電壓，使用大電壓，在設定功率的情況下，會降低電流，所以一切都很順利。如果必須計算，請將功率和電壓代入上述公式，然後代入所得電流。