节约用电校本教材

1目录一、什么是电？………………………………………………………………………2二、电的产生…………………………………………………………………………10三、电对人们的重要用途？……………………………………………………………12四、如何安全用电？……………………………………………………………………15三、为什么要节约用电？……………………………………………………………17六、如何节约用电？…………………………………………………………18七、养成良好的节约用地习惯………………………………………………………23八、节约用电倡议………………………………………………………………………242节约用电校本教材第一课：什么是电？电是静止或移动的电荷所产生的物理现象。在现实生活中，电的机制给出了很多众所熟知的效应，例如闪电、摩擦起电、静电感应、电磁感应等等。折叠古代发现早在对于电有任何具体认知之前，人们就已经知道发电鱼(electricfish)会发出电击。根据公元前2750年撰写的古埃及书籍，这些鱼被称为尼罗河的雷使者，是所有其它鱼的保护者。大约两千五百年之后，希腊人、罗马人，阿拉伯自然学者和阿拉伯医学者，才又出现关于发电鱼的记载。古罗马医生ScriboniusLargus也在他的大作《CompositionesMedicae》中，建议患有像痛风或头疼一类病痛的病人，去触摸电鳐，也许强力的电击会治愈他们的疾病。阿拉伯人可能是最先了解闪电本质的族群。他们也可能比其它族群都先认出电的其它来源。早于15世纪以前，阿拉伯人就创建了闪电的阿拉伯字raad，并将这字用来称呼电鳐。3在地中海区域的古老文化里，很早就有文字记载，将琥珀棒与猫毛摩擦后，会吸引羽毛一类的物质。公元前600年左右，古希腊的哲学家泰勒斯(Thales,640-546B.C.)做了一系列关于静电的观察。从这些观察中，他认为摩擦使琥珀变得磁性化。这与矿石像磁铁矿的性质迥然不同;磁铁矿天然地具有磁性。泰勒斯的见解并不正确。但后来，科学会证实磁与电之间的密切关系。几千年来，电只不过是学者们好奇的智慧玩意儿，直到1600年，由于威廉·吉尔伯特的严谨治学态度，才开始对于电与磁的现象出现系统性研究。吉尔伯特是英国女王伊丽莎白一世的皇家医生，他对于电和磁特别有兴趣，撰写了第一本阐述电和磁的科学著作《论磁石》。这是一本具有现代科学精神的书籍，着重于从实验结果论述。吉尔伯特指出，不是只有琥珀可以经过摩擦产生静电的物质，钻石、蓝宝石、玻璃等等，也都可以演示出同样的电学性质，在这里，他成功地击破了琥珀的吸引力是其内秉性质这持续了2000年的错误观念。吉尔伯特制成的静电验电器可以敏锐的探测静电电荷。在之后的一个世纪，这是最优良的探测静电电荷的仪器。先前，意大利数学家和医生吉罗拉莫·卡尔达诺列出一些电现象与磁现象的不同之处。从卡尔达诺的结果，吉尔伯特得到很多启发，他提出更多分歧之处:带电物质会吸引所有其它物质，而磁石只会吸引铁器;琥珀需要磨擦才能产生电性，而磁石不需要任何动作;磁石会将物体按照某定向排列，而带电物质则只会吸引其它物质。吉尔伯特创建了新拉丁术语electrica(类4似琥珀，从ήλεκτρον，elektron，希腊文的琥珀)，意思为像琥珀的吸引方式一般的那些物质。由于他在电学的众多贡献，吉尔伯特被后人尊称为电学之父。后来，从electricus又衍生了英文字electric和electricity，这两个英文字最先出现于托马斯·布朗的1646年著作《世俗谬论》(PseudodoxiaEpidemica，英文书名《VulgarErrors》)。之后，科学家奥托·冯·格里克、罗伯特·波义耳、史蒂芬·葛雷(StephenGray)、查理·杜费(CharlesduFay)等等，都做了更进一步的研究。十八世纪1752年6月，自学有成的本杰明·富兰克林做了一个古今闻名的风筝实验;他与儿子在雷雨中放风筝，将空中的闪电吸引过来，在风筝线另一端捆绑的一只金属钥匙与富兰克林的手之间，产生一系列的电花，他同时感受到麻电的滋味，这证实了闪电是电的一种现象。富兰克林又做实验发现了电荷守恒定律，即在任何孤立系统里，总电量不变。1767年，约瑟夫·普利斯特里做实验发现，在带电金属容器的内部，电作用力为零。从这实验结果，他准确猜测，带电物体作用于彼此之间的吸引力与万有引力都遵守同样的定律。1785年，查尔斯·库仑用扭秤(torsionbalance)做实验证实了普利斯特里的猜测，两个带电物体施加于彼此之间的作用力与距离成平方反5比。他奠定了静电的基本定律，即库仑定律。于此，电的研究已提升成为一种精密科学。1791年，路易吉·伽伐尼发现，假设将青蛙与静电发电机连结成闭合电路，然后开启静电发电机，则青蛙肌肉会颤动。这实验演示出，神经细胞倚赖电的媒介将信号传达到肌肉。他因此创建了生物电学术领域。1800年，亚历山大·伏打伯爵将铜片和锌片浸于食盐水中，并接上导线，制成了第一个电池:伏打电堆，堪称是现代电池的元祖。伏打电堆给予科学家一种比静电发电机更稳定的电源，能够连续不断的供给电流。十九世纪1820年，汉斯·奥斯特在课堂做实验时意外发现，电流能够偏转指南针的方向，演示出电流周围会生成磁场，即电流的磁效应。稍后，安德烈·玛丽·安培对于这现象做定量描述，给出安培力定律与安培定律。他们两个人的研究成果成功地将电与磁现象连结在一起，共称为电磁现象。应用这理论，可以制作出来磁性超强劲于天然磁石的电磁铁。1827年，格奥尔格·欧姆发展出一套精致的数学理论来分析电路。1831年，麦可·法拉第与约瑟·亨利分别独立地发现了电磁感应──磁场的变化可以生成电场。1865年，詹姆斯·麦克斯韦将电磁学加以整合，提出麦克斯韦方程组，并且推导出电磁波方程。6由于他计算出来的电磁波速度与测量到的光速相等，他大胆预测光波就是电磁波。1887年，海因里希·赫兹成功制成并接收到麦克斯韦所描述的电磁波。麦克斯韦将电学、磁学与光学统合成一种理论。1859年，德国物理学家尤利乌斯·普吕克将真空管两端的电极之间通上高压电，制成阴极射线。物理学者发现，阴极射线是以直线传播，但其传播方向会被磁场偏转。阴极射线具有可测量的动量与能量。1897年，约瑟夫·汤姆孙做实验证实，阴极射线是由带负电的粒子组成，称为电子，因此他发现了电子。十九世纪早期见证了电磁学快速蓬勃，如火如荼的演进。到了后期，应用电磁学的先进知识，电机工程学开始了一段突破性的发展。例如，亚历山大·贝尔发明了电话、汤玛斯·爱迪生设计出优良的白炽灯和直流电力系统、尼古拉·特斯拉发展完成感应电动机和发现交流电、卡尔·布劳恩改良成功装置在显示器或电视机里的阴极射线管。由于这些与其他众多发明家所做出的贡献，电已经成为现代生活的必需工具，更是第二次工业革命的主要动力。二十世纪德国物理学者海因里希·赫兹于1887年发现，照射紫外线于电极可以帮助产生更多电花。这就是光电效应所产生的现象。包7括约瑟夫·汤姆孙、菲利普·莱纳德在内的物理学者们，对于光电效应的做了很多理论研究与实验研究。1905年，阿尔伯特·爱因斯坦发表论文对于光电效应的众多实验数据给出解释。爱因斯坦主张，光束是由一群离散的量子(现称为光子)组成，而不是连续性波动。假若光子的频率大于某极限频率，则这光子拥有足够能量来使得金属表面的电子逃逸，造成光电效应。这个重要发现展开了量子物理的大门。1901年，古列尔莫·马可尼从英国发射无线电讯号，越过大西洋，传送至加拿大。5年后，无线电之父李·德富雷斯特研究出真空三极管。这重大发明推动电子时代急速向前推进，使得无线电与长途电话科技不再是遥不可及的梦想。到了1940、1950年代，固态原件开始出现在越来越多个场合，这标记着真空管科技的快速没落与半导体科技的崛起。1947年，贝尔实验室的威廉·肖克利、约翰·巴丁和沃尔特·布喇顿工作团队发明了晶体管。这是二十世纪最重要的发明之一，凡是电子器具大多都须要用到晶体管。杰克·基尔比于1958年和罗伯特·诺伊斯于1959年分别独立发明集成电路。现今，大量晶体管、二极管、电阻器、电容器等等电子原件都可以被装配在单独的集成电路里。基本概念电子(electron):在原子中，围绕在原子核外面带负电荷的称为电子。8电路(electricscircuit):由电源、用电器、导线等连接组成的电流通道，分为闭合电路和开合电路。不经负载的闭合电路被称之为短路。电子元器件在电路中的连接方法有串联和并联两种基本形式。电压(voltage)或称电势差，是趋使电子流经导线的一种潜能，若把电荷从一点移到另一点必须对电场做功就称两点之间存在电压(电势差)。电流:是电荷的移动，通常以安培(Ampere)为度量单位。任何移动中的带电粒子都可以形成电流。电荷(electriccharge)是电子负荷的量，电场之源。当正电荷发生净移动时，在其移动方向上即构成电流。电阻(electricresistance):限制电路中电流的量，亦称为电流的阻力。阻抗(impedance):交流电路中对电流限制能力(以同电阻用于直流电路非常相似的方式)的一种度量。定义为电压除以电流电功率(electricPower):定义为单位时间内所作之功。因导线不积存电荷，故在一闭合电路中有多少电荷通过电池必有相同量之电荷通过电阻。电场(electricfield):正或负电荷周围产生电作用的区域，电场方向由高电势指向低电势。电容(capacitance):加电压至金属平行板上，电荷会分布于其上，而其所表现的比例常数值，也是存储电荷能力的度量。9电感(inductance):线圈由变化磁场对另一个线圈(互感,M)或自身(自感,L)产生电压能力的度量电源(powersupply):干电池与家用的110V/220V交流电源是常见的电压源。电压源:可以维持定值大小的电压且不受负载变动的影响的来源。电流源:可以维持定值大小的电流且不受负载变动的影响的来源。充电(electrify):给蓄电池等设备补充电量的过程。变压/整流(rectification/commutation):把交流电(不断改变方向的电流)变为直流电,只允许电流朝一个方向流动。电灯和电机使用交流电,但大多数电子设备需用直流电。导体(conductor):能够让电流通过的材料。接地(groundconnection;grounding;earthing)电击(electricshock):经由导体接触到某程度的电压源，人体只要1mA就会有触电之感觉，5mA以上就会有肌肉痉挛现象，在严格控制下可作为医疗使用，但未受控制下将会造成生命危险。10第二课：电的产生电本身就存在于大自然中，2500多年前，古希腊的哲学家泰勒斯就知道琥珀的摩擦会吸引绒毛或木屑，这种现象称为静电。公元1600年，英国医生吉尔伯特（1544～1603）做了多年的实验，发现了“电力”、“电吸引”等许多现象，并最先使用了“电力”、“电吸引”等专用术语，也因此许多人称他是电学研究之父。18世纪中叶大洋彼岸的美国，大电学家富兰克林经过了多次实验，进一步揭示了电的性质，并提出了“电流”这一术语。1831年，法拉第制出了世界上最早的第一台发电机。他发现第一块磁铁穿过一个闭合线路时，线路内就会有电流产生，这个效应叫电磁感应，电磁感应定律是他的一项最伟大的贡献。1866年德国人西门子（Siemens）制成世界上第一台工业用发电机，由此，用电开始逐步普及。发电的方式1.太阳能发电太阳发电是用太阳能电池组件，这东西是用硅做成的半导体，阳光照射在上面，吸收后电池两端产生异号的电荷。平均一块太阳能电池组件能产生0.5伏的直流电，十块太阳能电池组件能产生4V左右的直流电，由于这种方式产生的电是直流电，要经过逆变器转换为交流电，才可以投入使用。2.利用水的势能发电11常规水电站将水拦截至水库或者拦截河流形成大坝，集中水流的落差（动能和重力势能）形成水头经过汇集后，调节水流的流量，并将它冲击水轮机，带动发电机，将集中的水能转换为电能，再经