电学


电学 （正體）

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电磁学
电 · 磁
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电学 (英文: electricity, electrical science), 涵盖一切以电为研究基础的学科。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。

目录

发展历史

  • 十八世纪：发生于十八世纪的工业革命，由于蒸汽机的发明，以机器代替人力和兽力，改变了人类的生产方式，大幅地提升了物品生产的质和量。
  • 二十世纪初期：在二十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。
  • 二十世纪中期:在二十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。
  • 二十世纪的末期：在二十世纪的末期，个人电脑和因特网的普及，缩短了人与人之间的距离，使得天涯若比邻。电子科技的发展和应用，对人类生活的各个层面产生了深远的影响。

重要观念

电机工程所设计的电力系统

基本电学

  • 电子(electron)：在原子中，围绕在原子核外面带负电荷的称为电子。
  • 闭合电路(Closed-circuit,ON状态)：当电源、导线、负载形成一完整路径。
  • 开合电路(Open-circuit,OFF状态)：当电源、导线、负载不形成一不完整电路。
  • 短路(short circuit)：有一条不经负载的路径被形成称之。负载是限制电流流动的总数，若不经负载则会有巨大电流在导线流动，将造成电路融掉毁损。
  • 电压(voltage)：或称电位差，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(电位差)。
    • 电压降
  • 电流(electric current)：当正电荷发生净移动时，在其移动方向上即构成电流。
  • 电荷(electric charge)：电子负荷的量,电场之源。
  • 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，故在一闭路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，电场方向由高电位指向低电位。
  • 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
  • 电路(electrics circuit)
  • 串联(series connection)
  • 并联(parallel connection)
  • 串联并联(multiple-series connection)

应用电子学

  • 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。

主要领域

电子学 (Electronics)

主条目：电子学

以电子电洞(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。

电力学

主条目：电力学

电力学以探讨大电流(强电), 高功率的电路为主的科学, 常应用于发电、供电系统。


电路学 (circuitry)

主条目：电路学

电路学以克希荷夫定律（Kirchhoff's rules）为基础，探讨元件(器件)之“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。

微电子学

主条目：微电子学

微电子学（Microelectronics）是电子学中的子领域（subfield），且顾名思义的，微电子学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。

微电子零件（微型化的电子零件）多半以半导体的光罩蚀刻制程来实现、制造，制造成的器件（芯片）中有许多与传统电路零件功效等同（简称：等效）的微电子零件，例如电阻、电容、二极管、晶体管等，此外当然也包括了绝缘体与导体在内。

相关基础学科

次领域

机电整合

压电力学

数位控制

自动控制

主条目：自动控制

指不需借着人力亲自操作机器或机构，而能利用动物以外的其他器件元件或能源，来达成人类所期盼执行的工作。以生化、电机、电脑、通讯、水利、蒸汽等科学知识与应用工具，可按设计程序来执行代替人力或减轻人力或简化人类工作程序的机构机制。

电学在自动控制应用代表为继电器、开关与可编程控制器(PLC)。

电工学 (electrotechnics)

电磁学 electromagnetics

控制系统

机器人学 robotics

电机 electric machinery

交叉领域

  • 光学: 光电学/光电子学
  • 化学: 电子化学
  • 物理： 电子物理. 量子力学. 核子工程
  • 材料: 电子材料
  • 生医: 生物电子学与医学电子学



单位符号

基本-

单位 英文名称 代表意义 符号
库仑 Coul 电量单位 Q
安培 Ampere 电流单位 I
伏特 Volt 电压单位 V
焦耳 Joul 能量单位 J
瓦特 Watt 功率单位 W
欧姆 Ohm 电阻单位 R


代表性科学家

对电学有贡献的科学家包括：

重要电学定律

电学 体系

电子学 | 电磁学 | 电路学 | 电力学 | 半导体学 | 静电学
电 | 电荷 | 电子 | 电洞
电子材料 | 电阻 | 电感 | 电容 | 二极管 | 半导体 | 内存 | 集成电路






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