电学
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电学（electricity，electrical science）是涵盖一切以电为研究基础的学科，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。
发展历史
[编辑]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，个人电脑和互联网的普及，缩短了人与人之间的距离，使得天涯若比邻。
电学基本概念
[编辑]基本电学
[编辑]| 国际单位制电学单位 | |||
|---|---|---|---|
| 基本单位 | |||
| 单位 | 符号 | 物理量 | 注 |
| 安培 | A | 电流 | |
| 导出单位 | |||
| 单位 | 符号 | 物理量 | 注 |
| 伏特 | V | 电势，电势差，电动势 | = W/A |
| 欧姆 | Ω | 电阻，电抗，阻抗 | = V/A |
| 法拉 | F | 电容 | |
| 亨利 | H | 电感 | |
| 西门子 | S | 电导，导纳，磁化率 | = Ω−1 |
| 库仑 | C | 电荷量 | = A⋅s |
| 欧姆⋅米 | Ω⋅m | 电阻率 | ρ |
| 西门子/每米 | S/m | 电导率 | |
| 法拉/每米 | F/m | 电容率；介电常数 | ε |
| 反法拉 | F −1 | 电弹性 | = F −1 |
| 伏安 | VA | 交流电功率，视在功率 | |
| 无功伏安 | var | 无功功率，虚功 | |
| 瓦特 | W | 电功率，有功功率，实功 | = J/s |
| 千瓦⋅时 | kW⋅h | 电能 | = 3.6 MJ |
- 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和并联两种基本形式。
- 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
[编辑]- 电源（power supply）：干电池与家用的110V/220V 交流电源是常见的电压源。
- 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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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。
代表科学家及其贡献
[编辑]| 科学家 | 贡献 |
|---|---|
| 本杰明·富兰克林（Benjamin Franklin） | 避雷针 |
| 安德烈-玛丽·安培（André-Marie Ampère） | 安培定则、安培定律 |
| 亚历山大·伏打（Alessandro Volta） | 伏打电池 |
| 海因里希·鲁道夫·赫兹（H.Hertz） | 电磁波 |
| 迈克尔·法拉第（Michael Faraday） | 电磁感应、抗磁性、电解 |
| 库仑（C.A.Coulomb） | 库仑定律 |
| 亨德里克·洛伦兹（H.A.Lorentz） | |
| 约瑟夫·汤姆孙（J.J.Thomson） | 电子 |
| 麦克斯韦（J. C. Maxwell） | 麦克斯韦方程组 |
| 维尔纳·海森堡（Werner Heisenberg） | |
| 路易·德布罗意（Louis de Broglie） | |
| 埃尔温·薛定谔（Erwin Schrodinger） | |
| 约瑟·亨利（Joseph Henry） | |
| 尼尔斯·玻尔（Niels Bohr） | |
| 古斯塔夫·基尔霍夫（Gustav Kirchhoff） | 基尔霍夫定律 |
| 戴维南（Léon Charles Thévenin） | 戴维宁定理 |
| 托马斯·爱迪生（Thomas Alva Edison） | |
| 尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla） | |
| 蔡少堂（Leon Ong Chua） | |
| 爱德华·劳笠·诺顿（Edward Lawry Norton） | 诺顿定理 |
参见
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参考文献
[编辑]- ^ 林钦裕. 電路學. 台湾五南图书出版股份有限公司. 2015: 封面 [2024-02-27]. ISBN 9789571140971. （原始内容存档于2024-02-27）.
- ^ https://web.ee.ntu.edu.tw/course_detail.php?CA_ID=4595
- ^ https://terms.naer.edu.tw/detail/08aad6c81d23b5afb4705de473f1f179/
- ^ https://terms.naer.edu.tw/detail/cbc2307c2c1b8746baf983f9981eb112/
