電學 (英文: electricity, electrical science), 涵蓋一切以電為研究基礎的學科。19世紀末隨著電報、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
基本電學- 應用電子學-
電子(electron):在原子中,圍繞在原子核外面帶負電荷的稱為電子。 閉路電路(Closed-circuit,ON狀態):當電源、導線、負載形成一完整路徑。 開路電路(Open-circuit,OFF狀態):當電源、導線、負載不形成一不完整電路。 短路(short circuit):有一條不經負載的路徑被形成稱之。負載是限制電流流動的總數,若不經負載則會有巨大電流在導線流動,將造成電路融掉毀損。 電壓(voltage):或稱電位差,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做功就稱兩點之間存在電壓(電位差)。
電壓降 電流(electric current):當電荷發生淨移動時,在其移動方向上即構成電流。 電荷(electric charge):電子負荷的量,電場之源。 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,故在一閉路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,電場方向由高電位指向低電位。 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 電路(electrics circuit) 串聯(series connection) 並聯(parallel connection) 串聯並聯(multiple-series connection) 電源(power supply):乾電池與家用的110V 交流電源是常見的電壓源。
電壓源:可以維持定值大小的電壓且不受負載變動的影響的來源。 電流源:可以維持定值大小的電流且不受負載變動的影響的來源。 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。 重要觀念
主要領域主條目:電子學 以電子電洞(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。 半導體學 積體電路/集成電路 (IC) 印刷電路(PCB) 固態元件 半導體學 積體電路/集成電路 (IC) 印刷電路(PCB) 固態元件 電子學 (Electronics)主條目:電力學 電力學以探討大電流(強電), 高功率的電路為主的科學, 常應用於發電、供電系統。 發電機/馬達 變壓器/整流器 功率元件 發電機/馬達 變壓器/整流器 功率元件 電力學主條目:電路學 電路學以克希荷夫定律(Kirchhoff's rules)為基礎,探討元件(器件)之「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。 電路學 (circuitry)主條目:微電子學 微電子學( Microelectronics)是電子學中的子領域(subfield),且顧名思義的, 微電子學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。 微電子零件(微型化的電子零件)多半以半導體的光罩蝕刻製程來實現、製造,製造成的裝置(晶片)中有許多與傳統電路零件 功效等同(簡稱:等效)的微電子零件,例如電阻、電容、二極體、電晶體等,此外當然也包括了絕緣體與導體在內。 微電子學
微積分 工程數學 離散數學 工程英文 相關基礎學科
次領域
機電整合
壓電力學
數位控制主條目:自動控制 指不需藉著人力親自操作機器或機構,而能利用動物以外的其他裝置元件或能源,來達成人類所期盼執行的工作。以生化、電機、電腦、通訊、水利、蒸汽等科學知識與應用工具,可按設計程序來執行代替人力或減輕人力或簡化人類工作程序的機構機制。 電學在自動控制應用代表為繼電器、開關與可程式控制器(PLC)。 自動控制
電工學 (electrotechnics)
電磁學 electromagnetics
控制系統
機器人學 robotics
電機 electric machinery
光學: 光電學/光電子學 化學: 電子化學 物理: 電子物理. 量子力學. 核子工程 材料: 電子材料 生醫: 生物電子學與醫學電子學
光學: 光電學/光電子學 化學: 電子化學 物理: 電子物理. 量子力學. 核子工程 材料: 電子材料 生醫: 生物電子學與醫學電子學 交叉領域 基本-
單位符號 對電學有貢獻的科學家包括:
富蘭克林(Benjamin Franklin) 安培 (André-Marie Ampère) 伏特/扶打 (Alessandro Volta) 赫茲 (H.Hertz) 法拉第(Michael Faraday) 庫侖 (C.A.Coulomb) 羅倫茲(H.A.Lorentz) 湯姆生 (J.J.Thomson) 馬克思威爾(J. C. Maxwell) 海森堡(Werner Heisenberg) 德布洛伊(Louis de Broglie) 薛丁格(Erwin Schrodinger) 亨利 (Joseph Henry) 波爾 (Niels Bohr) 古斯塔夫·羅伯特·克希荷夫(Gustav Robert Kirchhoff) 戴維寧(Léon Charles Thévenin) 湯瑪斯·阿爾瓦·愛迪生(Thomas Alva Edison) 尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla) 代表性科學家
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