【基礎電學】歐姆定律~

電學有個基本公式,就是著名的歐姆定律 V=IR。 用中文來說就是電壓=電流*電阻
今天就來說說到底什麼是歐姆定律

不過在說明之前要先知道什麼是電,電又是怎麼來的? 這個問題就要先說明物質的結構了。 所有的物質都是由原子組成的(任何東西分解到最小的單位就是原子),所以如果要分析物質的話,我們就分析原子好了。

原子結構大概可以用下圖的概念來說明

中間有一個核心外圍有幾個小球在繞著這個核心,這種結構看起來很類似行星繞者太陽。
中間的核心叫做【原子核】,外圍在繞的我們稱作【電子】。而微觀去探討的話就會有一些特性如下:

• 原子核是帶著【正電荷】的粒子
• 電子是帶著【負電荷】的粒子

這樣看來,假設外圍電子帶的負電量與質子帶的正電量一樣,那一個原子就是不帶電的粒子。 看到這邊你就應該聽得出來~正電的電量和負電的電量未必會一樣,原因是因為電子在外面繞者原子核是可能會因為接受到外界的能量而脫離軌道,這時原子就變成帶正電了,而電子就會移動到其他地方,若他跟其他中性原子結合那這顆原子就變成帶負電。 這裡我們不去討論這些東西,主要只要知道一件事情就好:電子是會移動的

然後我們簡單的問一個問題,如果要一個物體移動,會需要哪些條件又會有怎樣的現象?

(1)我們要給予一個推力這個物體才會移動。
(2)推的力量愈大,東西移動的愈快。
(3)如果有人在相反的方向用同樣的力量去推這個東西,這個東西就沒有辦法移動。

這3點我們可以簡單理解,而這其實就可以套用在電子的移動上。電子其實也是一個很小的物體,要讓它移動也是需要一個推力而移動中的電子反映在現實中就是我們可以感受到的電流(電流方向與電子流動方向相反,這裡是定義的問題我們先忽略)。 從這裡我們就可以開始說明歐姆定律

電壓(V)

像剛剛說的。電流會流動動代表有推力去推動這些電流,這個推力我們在電學中我們稱作電壓(V) 所以電流會由高電位移動到低電位(推力比較大的會推向推力比較小的),而電壓愈大電流愈強。

電流(I)

電流就是電子的流動產生的,所以電流的產生就是推動物質裡面的電子。比較好理解的就是導線裡面的電子被推動了,所以導線裡面會有電流,接上負載後就可以提供能量給這個負載。當然,導線裡面的電子會被推動就是因為導線2端加上了電壓(V),所以才給了導線裡面的電子有了推力。

電阻(R)

電阻就是會阻擋電流的東西,想想剛剛推東西的例子,物體在地面移動的時候跟地面產生摩擦是不是會讓我們感覺到推力被抵銷且物體移動速度變慢。在電學上,電阻也就是會阻擋電流讓電流減少的東西。其實自然界的物體本身都帶有一定的電阻值(不然隨便一點電壓不就可以推動妳身體上的電流讓你被電到)。因此電阻值跟材質本身就會有關係,這樣由材質本身而來的電阻特性我們用來把材質分成導體或是絕緣體等等不同導電性的材質。

歐姆定律(V=IR)

因此,由上面三點可以看出來V,I,R這三個是有關係的,大致上我們可以知道

• 電壓愈大電流愈大
• 電阻愈大電流愈小

所以經過科學家的推導與實驗後可以得到電壓、電流與電組的3個關係為 V=I*R



<補充其他資訊>

1. 原子核的結構:
原子核裡面分成兩個部分
• 中子:屬於【不帶電】的粒子
• 質子:屬於帶【正電荷】的粒子
所以綜合起來是帶正電


2. 電流與電子流
電子流動產生的效果是負電荷在移動,但是電學中所定義的電流是正電在移動。兩者的方向相反,電子由左移動至右的效果就像正電荷由右移動至左。在電路分析時,我們會使用正電荷在流動(電流)的架構來分析,但是要知道實際上的電子是反像在流動的。

以上~