在物理学中，电学是研究电荷、电流、电压、电阻等基本概念及其相互关系的学科。掌握电学的基本公式对于理解电路行为、分析电子设备以及解决实际问题都至关重要。本文将系统地介绍一些常见的物理电学公式，帮助读者更好地理解和应用这些知识。
一、电荷与电场
1. 库仑定律
描述两个点电荷之间的作用力大小：
$$
F = k \cdot \frac{q_1 q_2}{r^2}
$$
其中，$ F $ 是作用力，$ q_1 $ 和 $ q_2 $ 是电荷量，$ r $ 是两点之间的距离，$ k $ 是静电力常量（约为 $ 8.99 \times 10^9 \, \text{N·m}^2/\text{C}^2 $）。
2. 电场强度
表示单位正电荷在电场中受到的力：
$$
E = \frac{F}{q}
$$
或者由点电荷产生的电场：
$$
E = k \cdot \frac{q}{r^2}
$$
二、电流与电阻
1. 电流强度
定义为单位时间内通过导体横截面的电荷量：
$$
I = \frac{Q}{t}
$$
其中，$ I $ 是电流，$ Q $ 是电荷量，$ t $ 是时间。
2. 欧姆定律
描述导体中的电流与电压和电阻之间的关系：
$$
I = \frac{U}{R}
$$
其中，$ U $ 是电压，$ R $ 是电阻。
3. 电阻公式
电阻与材料、长度和横截面积有关：
$$
R = \rho \cdot \frac{L}{A}
$$
其中，$ \rho $ 是电阻率，$ L $ 是导体长度，$ A $ 是横截面积。
三、电功率与能量
1. 电功率
表示单位时间内消耗的电能：
$$
P = UI
$$
或者用电流和电阻表示：
$$
P = I^2 R \quad \text{或} \quad P = \frac{U^2}{R}
$$
2. 电能公式
电能等于功率乘以时间：
$$
W = Pt
$$
或者：
$$
W = UIt
$$
四、电容器与电容
1. 电容定义
表示储存电荷的能力：
$$
C = \frac{Q}{U}
$$
其中，$ C $ 是电容，$ Q $ 是电荷量，$ U $ 是电压。
2. 平行板电容器电容
$$
C = \varepsilon_0 \cdot \frac{A}{d}
$$
其中，$ \varepsilon_0 $ 是真空介电常数，$ A $ 是极板面积，$ d $ 是极板间距。
五、交流电基础
1. 交流电的有效值
有效值用于表示交流电的等效直流值：
$$
I_{\text{eff}} = \frac{I_0}{\sqrt{2}}, \quad U_{\text{eff}} = \frac{U_0}{\sqrt{2}}
$$
其中，$ I_0 $ 和 $ U_0 $ 是峰值电流和电压。
2. 感抗与容抗
电感和电容对交流电的阻碍作用分别为：
$$
X_L = 2\pi fL, \quad X_C = \frac{1}{2\pi fC}
$$
其中，$ f $ 是频率，$ L $ 是电感，$ C $ 是电容。
以上是一些常见的物理电学公式，涵盖了电荷、电流、电阻、电功率、电容以及交流电的基础内容。掌握这些公式不仅有助于理解电学现象，还能在实际工程和实验中发挥重要作用。学习过程中，建议结合具体例题进行练习，以加深对公式的理解与应用能力。
