《电的思维导图》

一、基本概念

1.1 电荷

• 定义： 携带电荷量的基本粒子属性，决定了粒子之间的电磁相互作用。
• 种类：
  • 正电荷：与质子相似。
  • 负电荷：与电子相似。
• 单位： 库仑 (C)
• 性质：
  • 同种电荷相互排斥。
  • 异种电荷相互吸引。
  • 电荷守恒定律：孤立系统中，电荷的总量保持不变。
  • 电荷量子化：任何带电体的电荷量都是元电荷（e）的整数倍。

1.2 电场

• 定义： 电荷周围存在的特殊物质，对进入其中的其他电荷施加电场力。
• 描述：
  • 电场强度 (E)：描述电场强弱和方向的物理量，定义为单位正电荷所受的电场力。
  • 电场线：形象地描述电场分布的假想线，方向为正电荷受力方向，疏密程度反映电场强度大小。
• 种类：
  • 匀强电场：电场强度大小和方向处处相同的电场。
  • 非匀强电场：电场强度大小和方向随位置变化的电场。
• 叠加原理： 多个点电荷产生的电场，在某点的电场强度等于各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和。

1.3 电势

• 定义： 描述电场中某点电势能的物理量，等于单位正电荷在该点所具有的电势能。
• 单位： 伏特 (V)
• 电势差： 两点间的电势之差，也称为电压。
• 等势面： 电势相等的点构成的面，电场线与等势面垂直。
• 电势能： 电荷在电场中由于位置而具有的能量。

二、电路

2.1 电路元件

• 电源： 提供电能的装置，如电池、发电机。
  • 电动势：电源提供电能的能力的度量，等于将单位正电荷从负极通过电源内部移动到正极所做的功。
• 电阻： 阻碍电流通过的元件，如灯泡、电阻器。
  • 欧姆定律：电压等于电流乘以电阻 (V = IR)。
• 电容： 存储电荷的元件，如电容器。
  • 电容：表征电容器存储电荷能力的物理量。
• 电感： 存储磁场能量的元件，如线圈、电感器。
• 开关： 控制电路通断的元件。
• 导线： 连接电路元件的导体。

2.2 电路类型

• 串联电路： 电路元件依次连接，电流路径只有一条。
  • 电流处处相等。
  • 总电阻等于各电阻之和。
  • 总电压等于各电阻电压之和。
• 并联电路： 电路元件并列连接，电流路径有多条。
  • 电压处处相等。
  • 总电流等于各支路电流之和。
  • 总电阻的倒数等于各电阻倒数之和。
• 混联电路： 既有串联又有并联的电路。

2.3 电路定律

• 欧姆定律： V = IR (电压 = 电流 * 电阻)。
• 基尔霍夫定律：
  • 电流定律 (KCL)：流入节点的电流之和等于流出节点的电流之和。
  • 电压定律 (KVL)：闭合回路中，各元件上的电压降之和等于电动势之和。
• 焦耳定律： 电流通过电阻产生的热量等于电流的平方乘以电阻再乘以时间 (Q = I^2 R t)。

三、电磁感应

3.1 磁场

• 定义： 运动电荷或电流周围存在的特殊物质，对进入其中的其他运动电荷施加磁场力。
• 描述：
  • 磁感应强度 (B)：描述磁场强弱和方向的物理量，单位为特斯拉 (T)。
  • 磁感线：形象地描述磁场分布的假想线，方向为小磁针N极指向，疏密程度反映磁感应强度大小。
• 常见磁场：
  • 匀强磁场：磁感应强度大小和方向处处相同的磁场。
  • 地磁场：地球周围存在的磁场。

3.2 电磁感应定律

• 法拉第电磁感应定律： 感应电动势的大小与穿过闭合电路的磁通量变化率成正比。
• 楞次定律： 感应电流的方向总是使得感应电流产生的磁场阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
• 磁通量： 通过某个面的磁感线条数的多少。

3.3 应用

• 发电机： 利用电磁感应原理将机械能转化为电能。
• 变压器： 利用电磁感应原理改变交流电压。
• 电动机： 利用通电导体在磁场中受力运动的原理将电能转化为机械能。
• 无线充电： 基于电磁感应的能量传输技术。

四、交流电

4.1 交流电特性

• 定义： 大小和方向随时间周期性变化的电流。
• 描述：
  • 周期 (T)：电流完成一次周期性变化所需的时间。
  • 频率 (f)：单位时间内电流完成周期性变化的次数，f = 1/T。
  • 最大值 (Imax, Vmax)：交流电电流或电压的最大值。
  • 有效值 (Irms, Vrms)：与交流电热效应相同的直流电电流或电压的值，Irms = Imax / √2, Vrms = Vmax / √2。
  • 相位：描述交流电在周期性变化过程中的状态。
• 相位差： 两个同频率交流电之间的相位差异。

4.2 RLC 电路

• 电阻 (R)： 对交流电有阻碍作用，电压和电流同相位。
• 电容 (C)： 对交流电有容抗，电流超前电压 90 度。
• 电感 (L)： 对交流电有感抗，电压超前电流 90 度。
• 阻抗 (Z)： RLC 电路对交流电的阻碍作用，是电阻、容抗和感抗的综合表现。

4.3 电力系统

• 发电： 将其他形式的能量转化为电能。
• 输电： 将电能从发电厂输送到用户。
• 配电： 将电能分配给不同的用户。
• 用电： 用户使用电能。

五、电的应用

5.1 能源

• 电力： 最常用的能源形式之一，便于传输和控制。
• 可再生能源： 太阳能、风能、水能等转化为电能。

5.2 信息

• 电子设备： 计算机、手机、电视等。
• 通信： 电信号在通信中的应用。

5.3 工业

• 电力驱动： 电动机在工业生产中的应用。
• 自动化： 电气控制系统在自动化生产中的应用。

5.4 生活

• 照明： 电灯提供照明。
• 家用电器： 电冰箱、洗衣机、空调等。
• 交通： 电动汽车、火车等。

六、安全用电

6.1 基本原则

• 不接触带电体。
• 不靠近高压带电体。
• 不用湿手触摸电器。
• 检查电器设备是否漏电。
• 安装漏电保护器。
• 定期检查电路。

6.2 触电急救

• 迅速切断电源。
• 拨打急救电话。
• 进行心肺复苏。

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