電學
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電學（electricity，electrical science）是涵蓋一切以電為研究基礎的學科，屬物理學的重要分支學科。19世紀末隨着電報、電力系統的應用逐漸奠定了此工程的學科基礎，並廣泛地應用在各個領域。在技職教育上，以基本電學作為起始基礎教育學科，電機工程包括許多「次領域」如：電路學、電子學、電力學、電磁學等等，並且與其他物理科學領域有相互關係。
發展歷史
[編輯]在20世紀初期發明的真空管，可以放大和處理電子訊號，因此產生了廣播、電視、和電話等遠程通訊事業，使人類的通訊和娛樂方式為之改觀。但是以真空管裝配的電子產品，不但體積大而且耗電量多，因此早期的電子工業對人類生活的影響，主要是在通訊和娛樂方面。在20世紀中期所發明的電晶體和其後發展的積體電路（Inte-grated Circuit，簡稱IC）技術，幾乎完全取代了真空管，電子工業產生了革命性的變化，電子電路的設計和製造縮小到微米的尺寸。利用新的電子技術，機器生產得以自動化，通訊更為便捷且多樣化，對人類生活的各個層面產生了深遠的影響。在20世紀的末期，個人電腦和互聯網的普及，縮短了人與人之間的距離，使得天涯若比鄰。
電學基本概念
[編輯]基本電學
[編輯]| 國際單位制電學單位 | |||
|---|---|---|---|
| 基本單位 | |||
| 單位 | 符號 | 物理量 | 註 |
| 安培 | A | 電流 | |
| 導出單位 | |||
| 單位 | 符號 | 物理量 | 註 |
| 伏特 | V | 電勢，電勢差，電動勢 | = W/A |
| 歐姆 | Ω | 電阻，電抗，阻抗 | = V/A |
| 法拉 | F | 電容 | |
| 亨利 | H | 電感 | |
| 西門子 | S | 電導，導納，磁化率 | = Ω−1 |
| 庫侖 | C | 電荷量 | = A⋅s |
| 歐姆⋅米 | Ω⋅m | 電阻率 | ρ |
| 西門子/每米 | S/m | 電導率 | |
| 法拉/每米 | F/m | 電容率；介電常數 | ε |
| 反法拉 | F −1 | 電彈性 | = F −1 |
| 伏安 | VA | 交流電功率，視在功率 | |
| 無功伏安 | var | 無功功率，虛功 | |
| 瓦特 | W | 電功率，有功功率，實功 | = J/s |
| 千瓦⋅時 | kW⋅h | 電能 | = 3.6 MJ |
- 電子（electron）：在原子中，圍繞在原子核外面帶負電荷的稱為電子。
- 電路（electrics circuit）：由電源、用電器、導線等連接組成的電流通道，分為閉合電路和開合電路。不經負載的閉合電路被稱之為短路。電子元裝置在電路中的連接方法有串聯和並聯兩種基本形式。
- 電壓（voltage）或稱電勢差，是趨使電子流經導線的一種潛能，若把電荷從一點移到另一點必須對電場作功就稱兩點之間存在電壓（電勢差）。
- 電子流（electric current）：在電路中正電荷其實不移動，實際移動為電子，電子流的方向為電流的反向
- 電荷（electric charge）是電子負荷的量，電場之源。當正電荷發生淨移動時，在其移動方向上即構成電流。
- 電阻（electric resistance）：限制電路中電流的量，亦稱為電流的阻力。
- 阻抗（impedance）：交流電路中對電流限制能力（以同電阻用於直流電路非常相似的方式）的一種度量。定義為電壓除以電流
- 電功率（electric Power）：定義為單位時間內所作之功。因導線不積存電荷，故在一閉合電路中有多少電荷通過電池必有相同量之電荷通過電阻。
- 電場（electric field）：正或負電荷周圍產生電作用的區域，電場方向由高電勢指向低電勢。
- 電容（capacitance）：加電壓至金屬平行板上，電荷會分佈於其上，而其所表現的比例常數值，也是存儲電荷能力的度量。
- 電感（inductance）：線圈由變化磁場對另一個線圈（互感，M）或自身（自感，L）產生電壓能力的度量
應用電學
[編輯]- 電源（power supply）：乾電池與家用的110V/220V 交流電源是常見的電壓源。
- 充電（electrify）
- 變壓／整流（rectification/commutation）：把交流電(不斷改變方向的電流)變為直流電,只允許電流朝一個方向流動。電燈和電機使用交流電，但大多數電子設備需用直流電。
- 導體 （conductor）
- 接地（ground connection; grounding; earthing）
- 電擊（electric shock）：經由導體接觸到某程度的電壓源，人體只要1mA就會有觸電之感覺，5mA以上就會有肌肉痙攣現象，在嚴格控制下可作為醫療使用，但未受控制下將會造成生命危險。
研究領域
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主要的研究領域是：
- 靜電學是研究「靜止電荷」的特性及規律的一門學科。
- 電子學（electronics）以電子電洞為基礎, 探討的電流量通常較小(弱電), 藉由控制帶電粒子, 以達到儲存資料或是控制開關等目的。相關概念如：半導體、積體電路（IC）、印刷電路板（PCB）、固態元件等。
- 微電子學（microelectronics）是電子學中的子領域，是一項專門研究與學習如何將電子組件（或稱：電子零件）以極小型的方式研製生產的學問。
- 電力學是以探討大電流(強電), 高功率的電路為主的科學, 常應用於發電、供電系統。相關概念如：發電機／摩打、變壓器／整流器、功率元件等。
- 電路學（electric circuits[1][2]，circuitry[3][4]）以基爾霍夫定律（Kirchhoff's rules）為基礎，探討元裝置的「電壓」與「電流」關係；或是探討放大，雜音的關係。工程師利用電子元件來設計「電路」以實現所需的功能。
次領域有機電整合、壓電力學、數位控制、自動控制、電工學 (electrotechnics)、電磁學、控制系統、機械人學（robotics）、電機（electric machinery）等。
交叉領域有光學（光電學／光電子學）、電化學、電子物理、量子力學、核子工程、電子材料、生物電子學、醫學電子學等。
其他相關的基礎學科有微積分、工程數學、離散數學、工程英文等。
代表科學家及其貢獻
[編輯]| 科學家 | 貢獻 |
|---|---|
| 本傑明·富蘭克林（Benjamin Franklin） | 避雷針 |
| 安德烈-瑪麗·安培（André-Marie Ampère） | 安培定則、安培定律 |
| 亞歷山卓·伏打（Alessandro Volta） | 伏打電池 |
| 海因里希·魯道夫·赫茲（H.Hertz） | 電磁波 |
| 米高·法拉第（Michael Faraday） | 電磁感應、抗磁性、電解 |
| 庫侖（C.A.Coulomb） | 庫侖定律 |
| 亨德里克·洛倫茲（H.A.Lorentz） | |
| 約瑟夫·湯姆生（J.J.Thomson） | 電子 |
| 麥克斯韋（J. C. Maxwell） | 麥克斯韋方程組 |
| 維爾納·海森堡（Werner Heisenberg） | |
| 路易·德布羅意（Louis de Broglie） | |
| 埃爾溫·薛定諤（Erwin Schrodinger） | |
| 約瑟·亨利（Joseph Henry） | |
| 尼爾斯·玻爾（Niels Bohr） | |
| 古斯塔夫·基爾霍夫（Gustav Kirchhoff） | 基爾霍夫定律 |
| 戴維南（Léon Charles Thévenin） | 戴維寧定理 |
| 湯瑪斯·愛迪生（Thomas Alva Edison） | |
| 尼古拉·忒斯拉（Nikola Tesla） | |
| 蔡少堂（Leon Ong Chua） | |
| 愛德華·勞笠·諾頓（Edward Lawry Norton） | 諾頓定理 |
參見
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參考文獻
[編輯]- ^ 林欽裕. 電路學. 台灣五南圖書出版股份有限公司. 2015: 封面 [2024-02-27]. ISBN 9789571140971. （原始內容存檔於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/
