電,是現代社會離不開的東西,電器,更是支持社會運轉的重要構件。那么電是如何讓電器工作起來的呢?

為什么方便理解,本篇就不說各種理論的概念與公式,而是描述電通過什么樣的方式驅動電器的。要解答這個問題首先明確幾個定義,電、電能、電器。
電,是指電子移動產生的物理現象;電能,是電用不同的形式做功的效果;電器,是指在功能上依靠電能驅動核心部件的設備,通常分為兩種:電氣設備與電子設備。
電氣設備是指將電能轉化為機械能等其他形式的能量的設備,比如電動機、電壓器、電燈等;電子設備狹義上指的是利用電能進行數據處理的設備,比如CPU、顯卡等。我們日常所使用的電器一般是這兩種設備共同構成的,比如冰箱、電視機、電腦。
一個電器,例如手機。由數個電氣系統構成,如供電系統、交互系統、運算系統等等。不同系統共同構成手持電子設備—手機。電在這些系統是如何起到作用的呢?首先要明確的是驅動電器的不是電,而是電能。也就是電在電氣系統中做功,驅動電氣系統產生對應效果。我們假設電子是一個個小人,小人移動產生電,移動的這個過程是做功。
在這些小人移動做功的過程中,對應轉化成了熱能、光能、化學能、動能等能量形式、并被人感知到,然后我們就認為電器開始運行了。這個過程是如何進行的呢?我們直接上強度,用手機舉例。
首先手機內供電系統最高優先供給運算系統和供電控制系統,當電池開始提供電力的時候,CPU內的電子開始受力運動,通過CPU內的邏輯電路進行運算,計算出后面的電力分配,并反饋給供電控制系統。供電控制系統收到分配信息后,便會改變系統內的邏輯通路來分配電力。
然后電力來到了顯示系統與交互系統,顯示系統在通電之后,利用電熱理論發光發熱,讓屏幕亮起來,就成了我們在手機上看到的內容,至于為什么屏幕可以顯示不同的內容,這里就不展開了,這個過程是電能到光能的轉化。交互系統在不同的設備上呈現不同的表現形式,非觸屏設備使用的就是開關,在交互系統這里,電所起到的主要作用是信息的傳遞。
通過一番操作后,手機要播放一首歌。電力被分配給了聲音系統,在這個系統里,電能起到兩個作用。一是,傳遞信息,通過配電系統改變電流狀態,傳遞音響具體要播放的聲音的內容信息。二是,通過電動力理論,推動音響震動,產生聲音。這時候手機來了一條信息,需要振動。配電系統將電力分配至振動馬達,在電磁理論與電動理論的共同作用下,馬達開始了振動,這個過程是電能到動能的轉化。
快到冬天,“好”的手機品牌會貼心地給用戶準備暖手寶——高燙的手機。這是電能在轉化成其他形式的能中幾乎必定會產生的熱能,而無論是電熱器,電熱毯,都是基于電熱理論所設計的電器。
電走過那么多系統之后,是不是又回到了源點,電池呢?并不是!這就涉及最本質的問題,電子是怎么動起來的?電壓。而在整個系統中移動的電子并不是從電池出發再回到電池的!驅使它們移動地叫做電勢能,電勢能就是電壓差。在電池使用時,電池兩端的電壓逐漸被拉平,電勢能慢慢消耗完畢,就沒電了。充電時,外部電源通過轉化為化學能將電池內兩端電壓拉開,產生電勢能。
所以本質上,電讓電器工作起來就是能量互相轉化的過程。其中的主要原理就是電磁、電動、電接觸、電弧、電熱。通過這些被總結歸納的定理,人為控制電能與其他能量的轉換。每一種電器所采用的原理逃不出這五種,但是又各有不同,所以如果想詳細了解電器運行原因,那就學會電氣理論,具體問題具體分析吧。
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