电学基础理论实质推导

这是一份电学基础理论实质推导，共24页。PPT课件主要包含了URI，PUI，PRI2等内容，欢迎下载使用。
生活中我们常看到这些现，这之中是什么原理？和我们生活有什么关系呢？了解之后有什么应用呢？
原来，所有物质都是由基本粒子组成的，这种像小球体一样的就是原子，原子不同的组合方式，就形成了各种各样的物质，大道至简
而原子又是由原子核与核外电子构成，他们带异种电荷，相互吸引，而正是由于摩擦使电子与原子核分离，使得一个带正电，一个带负电，所以梳子等等才可以利用电荷来吸引轻小物体
我们了解了电子，那么能利用电给人类带来什么呢？
如果能让电子定向移动，是不是就可以研究和利用这种能源和技术？
电子的定向移动目前已经实现了，只需要让回路闭合，再加一个电压，就能让电子一直做定向移动，产生电流
长江形成水流，是水分子的定向移动，可以称为水流，那电子定向移动产生的现象，就可以形象的称为电流，电子只是比水小很多的宏观物质，其实他和水流有很多相似的属性
人推木块，木块才会前进，而电子的定向移动也需要动力，所以就把这种对电子的推动力形象的称为电压，电压其实可以等效为动力的大小，有些类似于人推木块
既然闭合回路有不变的动力，又有电子，那如果没有阻力，电子的速度不就越来越快，电流不就越来越大直到无限吗？实际肯定是不可能的，所以电流也必定会有阻力，所以电阻就出来了，电阻就是反映阻力的
我们根据电子受力平衡就可以知道“电阻”和电压一样大，但这样的“电阻’就没有了实际用处意义，所以，电阻的大小是定值，对电流的作用与电流的强弱有关，这是与宏观阻力的不同，因为电流这种粒子运行的方式具它自己的整体性等特点，所以用R这种物体本身的属性来称作电阻，就更能够揭示普遍的规律，而电阻对电流产生的阻力就用R乘以I来表示，使得物理更加的简约，方便
欧姆定律就可以大概理解了
（欧姆定律的灵魂是流体力学，电阻R类似于阻力系数，只不过电流的定义和模型有区别，所以和I成正比，而流体力学和v^2成正比）
我们可以用流体来解释欧姆定律，可是如果测量阻力系数，流速等属性就太难了，因为电流太微观了，但是我们已经理解欧姆定律的灵魂是了流体力学，也就是遵从流体力学的推导，流体力学推出的阻力要么是一次方，要么是二次方，因为这是用数学推出来的，按照这种模型规律，必定也是和电流一次或二次的关系，所以为了节省资源，直接实验得出是一次方成正比，那么U=RI 就必定不会错，一定是最准确并且正确的结论
简略思考：电流是牛顿流体，还是非牛顿流体？
从哲学我们知道一定有阻力
通过分析电流模型，知道了阻力的产生类似流体力学阻力
由流体阻力公式，我们知道阻力大小是初等数学函数，可以用数学公式表达，而且不会是RI^3或者是RI^2-RI等复合函数，其公式必定是U=RI或者U=RI^2，因为流体力学阻力就这两种形式（简化版）
流体力学是一门非常严谨并且深奥的科学，但是具体形象，而且大部分是高等数学推导，所以说是一门非常清晰的理论，就如同1加1那么具体不会出错
接下来只需要做一个实验，测出是U=RI，那么就必定不会错，也节省了大量资源（因为对于固定的导体，只有变量I，与流体的速度v对应，其他宏观上的影响因素诸如密度，长度，横截面积，阻力系数等等，全是定值，可以统一用R来代替
电压：U是对微观粒子，也就是电子的动力大小，本质就是压强，而且是对电子的压强，可以类比为水压，具体为什么是压强，那就需要介绍发电机是如何发电的了，这内容之后叙述
电流：核外电子定向移动的现象，是电压的产生结果，其本质也就是电子的定向移动
电阻：电流在定向移动过程中产生的阻力，和宏观阻力完全类似，是一种因为流动而产生的阻力，其模型是电子撞击原子核，被无规则反弹产生的，过程就类似弹性碰撞，不损失能量（因为原子核与电子周围有电场，不会接触），只会产生无规则运动而发热损失能量（热的本质就是微观粒子的无规则运动，即熵)
下面我们来推导其他公式，把电学基础学会
这是电功率的公式，大家能把它推导出来吗
我们已经知道，电压可以是宏观的动力，而电流的大小就是电子流动的速度快慢，那么也就是说电功率公式可以等效为P=FV，根据P=W/t=FS/t=FV,也就是说电功率公式就是和宏观力做功的本质是一样的
（模糊等效为电子的速度v）
（原理没错，具体细节就不去讨论了）
那发热功率为什么是这个呢？怎么推导的呢？
其实只需要加上欧姆定律就能得出来，U=RI那么P=UI=I=RI^2
电流在导体中总体朝一个方向移动，但是由于撞击等各种力的作用会使运动出现了一些无规则运动，所以就损失能量变成了热
那么为什么计算发热功率只能用焦耳定律，不能P=UI呢，因为发热是分子的无规则运动，而物体在宏观上运动再快温度还是不变的，所以电动机的动能就不能算发热，也就是说热是电流克服导线内部的微观阻力引发的无规则运动产生的，我们知道RI就是微观阻力的大小，也就是相当于阻力F，则电流克服阻力做的功的功率就是FI也就是RI^2,不是UI,而这些功会全部转化为热能，也就是说P=RI^2《=UI(总功）
飞船在宇宙中航行，速度再快，飞船内的人感觉温度也不变，因为飞船只是宏观并且有规则的整体定向运动
至于为什么计算电动机的时候不能用UI，只能用RI^2，前面已经论述过了RI^2的具体意义了，那么为什么不能用UI呢，因为就算用受力分析也可以，因为热的本质就是微观粒子的无规则运动，而电压给了电子动力，大家通过运动电荷磁场受力，结合运动相对性也可反推电动机反给电子的力与电压的力完全相反，作用在同一个电子上又是同一直线方向相反，所以这两个力直接就合成了，而且合成后方向还是不变，所以不能发生时间的作用，不会产生不同于原本力的方向上的速度，也就是不会对空间上粒子产生混乱，秩序井然，混乱度还是流体撞击正电子被四处反射而产生的，只不过流体速度变了罢了，而一般的撞击如果按照普通模型是不会损失能量的，所以只是产生无规则运动而发热损失能量，也就是说克服阻力做的功全部用来发热了，
请结合下面一张幻灯片的图画一起理解这段话，下面有图文解释
我们分析其中一个电子的受力,如图，F1是电压这种压强作用在电子上的力，F2是根据洛伦兹力，也就是运动电荷在磁场中受力反推出来的电动机对电子的力，发现这两个力同线且方向相反，（就算不去推，我也知道一定相反）也就是直接力就合成了，不会有其他效果，之后由于撞击，才会产生无规则运动，而整体上电子是向左运动，而发动机提供的阻力不会造成任何无规则运动的增加，之后还是流体力学算电阻，也就是欧姆定律，所以电动机这类不是纯电阻的仪器，算发热，只能用焦耳定律，欧姆定律完全失效，因为F2会被电压表测进去，换句话说，U是假的，他们之间已经不是二力平衡，而是三力平衡
总结：为什么导体电阻和横截面积成反比，和长度成正比?
前面我们已经知道，导体的电阻是可以用来反映对电流的阻力，那么如果是相同的电流，电压的大小就能反映电阻的大小，由U=RI，可知，电压增大几倍，电阻就增大几倍，电压可以用宏观的力来表示，那么比较一下下面两幅图，来理解电阻和长度的关系
我们大概可以感觉到，推8个方块的力是推4个方块力的两倍，所以可以得出长成度越大，电阻越大，而且成正比例
我们可以明显感觉到，从宽阔的洞里走会不拥挤，更舒适，它能同时容纳更多的人一起走，所以横截面积越大，电阻越小，至于为什么正好与电阻成反比呢？如果横截面积是2倍，就相当于一个力推了两条路，既然电压相当于推力，那么干路的电压就和支路的电压一样，就如同水压分成两个管，压强不变一样，所以电流就是两倍，换算一下电阻就是一半 （如果理解得不够清晰，请回去想一下水管下方如果分成两个口子，压强一样吗？这也是为什么并联电路电压一样）
至于材料本身属性就很复杂，不需要研究，其实，影响电阻的因素很多，温度，压力，磁场，光等等都有可能，然而初中只需要理解这些就足够了
总结知识点:1，为什么并联电路干路电流等于各支路之和?因为电子又跑不出去，老老实实在导体里，所以必定会汇聚在干路里。2，并联电路电压一样，类似水压一样，水压为什么一样，因为水是流动的向所有方向发散的力，动力有了之后各个阻碍的地方都可以汇聚力，压强就不变。3，串联电路为什么电阻是各电阻的和？因为把两个电阻看作一个整体，就相当于长度增加了。4，串联电路电流为什么一样？还是因为电子跑不出去，流过了一个，必定流过下一个。其它的结论你们自己去推导吧，已经没什么难度了，如果这份课件理解得差不多了，剩下的就是刷题了，题目见得多，分数自然高而且都能理解，一直到高中电学也不会再有什么瓶颈了
这份课件为了适合中学，我简化了很多内容，其实如果想详细理解透彻，就去看我的论文吧，也就是当作兴趣来看，中学不会涉及，我也会发表在教习网而你们想拿分，这份课件已经完全足够了。