电,是现代社会离不开的东西,电器,更是支持社会运转的重要构件。那么电是如何让电器工作起来的呢?
为什么方便理解,本篇就不说各种理论的概念与公式,而是描述电通过什么样的方式驱动电器的。要解答这个问题首先明确几个定义,电、电能、电器。
电,是指电子移动产生的物理现象;电能,是电用不同的形式做功的效果;电器,是指在功能上依靠电能驱动核心部件的设备,通常分为两种:电气设备与电子设备。
电气设备是指将电能转化为机械能等其他形式的能量的设备,比如电动机、电压器、电灯等;电子设备狭义上指的是利用电能进行数据处理的设备,比如CPU、显卡等。我们日常所使用的电器一般是这两种设备共同构成的,比如冰箱、电视机、电脑。
一个电器,例如手机。由数个电气系统构成,如供电系统、交互系统、运算系统等等。不同系统共同构成手持电子设备—手机。电在这些系统是如何起到作用的呢?首先要明确的是驱动电器的不是电,而是电能。也就是电在电气系统中做功,驱动电气系统产生对应效果。我们假设电子是一个个小人,小人移动产生电,移动的这个过程是做功。
在这些小人移动做功的过程中,对应转化成了热能、光能、化学能、动能等能量形式、并被人感知到,然后我们就认为电器开始运行了。这个过程是如何进行的呢?我们直接上强度,用手机举例。
首先手机内供电系统最高优先供给运算系统和供电控制系统,当电池开始提供电力的时候,CPU内的电子开始受力运动,通过CPU内的逻辑电路进行运算,计算出后面的电力分配,并反馈给供电控制系统。供电控制系统收到分配信息后,便会改变系统内的逻辑通路来分配电力。
然后电力来到了显示系统与交互系统,显示系统在通电之后,利用电热理论发光发热,让屏幕亮起来,就成了我们在手机上看到的内容,至于为什么屏幕可以显示不同的内容,这里就不展开了,这个过程是电能到光能的转化。交互系统在不同的设备上呈现不同的表现形式,非触屏设备使用的就是开关,在交互系统这里,电所起到的主要作用是信息的传递。
通过一番操作后,手机要播放一首歌。电力被分配给了声音系统,在这个系统里,电能起到两个作用。一是,传递信息,通过配电系统改变电流状态,传递音响具体要播放的声音的内容信息。二是,通过电动力理论,推动音响震动,产生声音。这时候手机来了一条信息,需要振动。配电系统将电力分配至振动马达,在电磁理论与电动理论的共同作用下,马达开始了振动,这个过程是电能到动能的转化。
快到冬天,“好”的手机品牌会贴心地给用户准备暖手宝——高烫的手机。这是电能在转化成其他形式的能中几乎必定会产生的热能,而无论是电热器,电热毯,都是基于电热理论所设计的电器。
电走过那么多系统之后,是不是又回到了源点,电池呢?并不是!这就涉及最本质的问题,电子是怎么动起来的?电压。而在整个系统中移动的电子并不是从电池出发再回到电池的!驱使它们移动地叫做电势能,电势能就是电压差。在电池使用时,电池两端的电压逐渐被拉平,电势能慢慢消耗完毕,就没电了。充电时,外部电源通过转化为化学能将电池内两端电压拉开,产生电势能。
所以本质上,电让电器工作起来就是能量互相转化的过程。其中的主要原理就是电磁、电动、电接触、电弧、电热。通过这些被总结归纳的定理,人为控制电能与其他能量的转换。每一种电器所采用的原理逃不出这五种,但是又各有不同,所以如果想详细了解电器运行原因,那就学会电气理论,具体问题具体分析吧。