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电学

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電學
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电学(electricity,electrical science)是涵盖一切以为研究基础的学科,属物理学的重要分支学科。19世纪末随着电报电力系统的应用逐渐奠定了此工程的学科基础,并广泛地应用在各个领域。在技职教育上,以基本电学作为起始基础教育学科,电机工程包括许多“次领域”如:电路学电子学电力学电磁学等等,并且与其他物理科学领域有相互关系。

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一片Intel 80486DX2微处理器

发展历史

在20世纪初期发明的真空管,可以放大和处理电子讯号,因此产生了广播电视、和电话等远程通讯事业,使人类的通讯和娱乐方式为之改观。但是以真空管装配的电子产品,不但体积大而且耗电量多,因此早期的电子工业对人类生活的影响,主要是在通讯和娱乐方面。在20世纪中期所发明的晶体管和其后发展的集成电路Inte-grated Circuit,简称IC)技术,几乎完全取代了真空管,电子工业产生了革命性的变化,电子电路的设计和制造缩小到微米的尺寸。利用新的电子技术,机器生产得以自动化,通讯更为便捷且多样化,对人类生活的各个层面产生了深远的影响。在20世纪的末期,个人电脑互联网的普及,缩短了人与人之间的距离,使得天涯若比邻。

电学基本概念

基本电学

更多信息 国际单位制电学单位, 基本单位 ...
  • 电子(electron):在原子中,围绕在原子核外面带负电荷的称为电子。
  • 电路(electrics circuit):由电源、用电器、导线等连接组成的电流通道,分为闭合电路和开合电路。不经负载的闭合电路被称之为短路。电子元器件在电路中的连接方法有串联并联两种基本形式。
  • 电压(voltage)或称电势差,是趋使电子流经导线的一种潜能,若把电荷从一点移到另一点必须对电场做功就称两点之间存在电压(电势差)。
  • 电子流(electric current):在电路中正电荷其实不移动,实际移动为电子,电子流的方向为电流的反向
  • 电荷(electric charge)是电子负荷的量,电场之源。当正电荷发生净移动时,在其移动方向上即构成电流
  • 电阻(electric resistance):限制电路中电流的量,亦称为电流的阻力。
    • 阻抗(impedance):交流电路中对电流限制能力(以同电阻用于直流电路非常相似的方式)的一种度量。定义为电压除以电流
  • 电功率(electric Power):定义为单位时间内所作之功。因导线不积存电荷,故在一闭合电路中有多少电荷通过电池必有相同量之电荷通过电阻。
  • 电场(electric field):正或负电荷周围产生电作用的区域,电场方向由高电势指向低电势。
  • 电容(capacitance):加电压至金属平行板上,电荷会分布于其上,而其所表现的比例常数值,也是存储电荷能力的度量。
  • 电感(inductance):线圈由变化磁场对另一个线圈(互感,M)或自身(自感,L)产生电压能力的度量

应用电学

  • 电源(power supply):干电池与家用的110V/220V 交流电源是常见的电压源。
    • 电压源:可以维持定值大小的电压且不受负载变动的影响的来源。
    • 电流源:可以维持定值大小的电流且不受负载变动的影响的来源。
  • 充电(electrify)
  • 变压整流(rectification/commutation):把交流电(不断改变方向的电流)变为直流电,只允许电流朝一个方向流动。电灯和电机使用交流电,但大多数电子设备需用直流电。
  • 导体 (conductor)
  • 接地(ground connection; grounding; earthing)
  • 电击(electric shock):经由导体接触到某程度的电压源,人体只要1mA就会有触电之感觉,5mA以上就会有肌肉痉挛现象,在严格控制下可作为医疗使用,但未受控制下将会造成生命危险。

研究领域

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电机工程所设计的电力系统

主要的研究领域是:

  • 静电学是研究“静止电荷”的特性及规律的一门学科。
  • 电子学(electronics)以电子空穴为基础, 探讨的电流量通常较小(弱电), 借由控制带电粒子, 以达到储存资料或是控制开关等目的。相关概念如:半导体集成电路(IC)、印刷电路板(PCB)、固态元件等。
    • 微电子学(microelectronics)是电子学中的子领域,是一项专门研究与学习如何将电子组件(或称:电子零件)以极小型的方式研制生产的学问。
  • 电力学是以探讨大电流(强电), 高功率的电路为主的科学, 常应用于发电、供电系统。相关概念如:发电机电动机变压器整流器、功率元件等。
  • 电路学(electric circuits[1][2],circuitry[3][4])以基尔霍夫定律(Kirchhoff's rules)为基础,探讨元器件的“电压”与“电流”关系;或是探讨放大,杂音的关系。工程师利用电子元件来设计“电路”以实现所需的功能。

次领域有机电整合、压电力学、数位控制、自动控制、电工学 (electrotechnics)、电磁学、控制系统、机器人学(robotics)、电机(electric machinery)等。

交叉领域有光学(光电学/光电子学)、电化学、电子物理、量子力学、核子工程、电子材料、生物电子学、医学电子学等。

其他相关的基础学科有微积分工程数学离散数学工程英文等。

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代表科学家及其贡献

更多信息 科学家, 贡献 ...
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参见

参考文献

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