第二步：电子物理基础 - 牛人DIY马克思发生器：12V到180kV的巨变

第二步：电子物理基础
 

当我们提到电流，我们会谈论电荷载体的流动。这些载荷子可以是像质子、电子、带电的原子或者是离子一样的原子微粒，不断运动。因为电子的质荷比很低，电子是固体导体最主要的载荷子。电荷的计量单位是库（C）。电荷在电、磁场中相互作用，磁场只对运动的电荷有影响，而电场可同时影响运动与静止的电荷。一个点电荷产生的电场强度可由高斯定律计算，和电荷量成正比，与电荷距离的平方成反比。在电场中的微粒受到的力与自身的电荷量成正比。即F=qE，F代表作用力，q代表电荷量，E代表电场强度。一个微粒受到另一个微粒的力与两个微粒的电荷量成正比，与两微粒距离的平方成反比，这就是库仑定律。
 

在电学里，有两大领域：静电学和电磁学。静电只在静止的电荷中产生，它不能像电磁学一样解释大多数物理情景，电磁学是在电荷运动时产生的更复杂的物理学。除非你一辈子呆在封闭的盒子里，否则你会经历静电学和电子学的物理现象。用气球摩擦头发置换电荷就是静电作用的一个例子。微波、磁铁以及大多数电子器件都遵守电磁学的原理。为了达到我们的目的，我们在分析时会忽略电磁学的作用，因为马克思发生器更多的是遵守静电学的原理。但是，你还是应该知道电学与磁学的关系，你应该知道时变的磁场会产生电场（法拉第定律），而变化的电场同样会产生磁场（麦克斯韦安培定律）。从麦克斯韦方程组可看出电与磁的对称性，这也证实了存在与光速相同的电磁波。
 

像自然界其他的事物一样，电也遵守能量守恒定律，物理学中能量的单位是焦耳（J）。能量既不能凭空产生也不会凭空消失。当然，通过物理作用能量可以保持不变。电压与电流的关系将静止和运动的电荷产生的能量固定。电压值就是电位差，单位为伏特（V）或焦耳每库伦（J/C），换句话说电压值等于电荷移动所需的能量除以微粒本身的电荷量。带电粒子从高电位移动到低电位就会产生电流，电流大小等于单位时间内通过导体横截面的电荷量，单位为库伦每秒（C/S）或者是安培（A）。两个因素决定电流的大小：一个是带电粒子的平均漂移速度，另一个是所有微粒的静电荷量。电流会随着经过固定横截面微粒的数量或速度增加而增加，功率与电压和电流有关，等式为P=IV，P为功率，I为电流，V为电压。功率乘以时间等于电能，电压与电流同样遵守能量守恒定律。我们都知道能量守恒，并且电压就是电子从一个点移动到另一个点的电位差。所以，可以推断出在闭合环路各段电阻的总电压值为0，这就是有名的基尔霍夫电压定律。另外基尔霍夫电流定律是：在集总电路中，任何时刻，对任意结点，所有流入流出结点的支路电流的代数和恒等于零。基尔霍夫定律对更复杂的电路分析有很有用。
 

电压和电流还与电阻值有关，即对电流的阻值。欧姆定律描述了电流与电阻产生电压，V=IR。另外，欧姆定律的标准式是I=V/R。在直流电路中，电阻以热能的形式消耗电能，而这与导体材料的电阻率有关。在交流电中，电阻则变为阻抗，阻抗的大小与电抗元件（电容、电感）的容抗与感抗有关。