这篇文章是过年给家里修东西感到知识匮乏的大脑复健，一些基本知识在摆脱噩梦般的高中后已经忘记，一些必要的生存知识在成人后又没能及时学习。以后有新东西再回来补充。

中学电路知识

P=UI, U=W/q, U=IR, P=I²R. (按中学习惯电压还是用U而不是V)

电流Electric Current

电流是单位时间横截面通过的电子数量。

电压Voltage

电压是电场对单个电子平均做的功，或者制造的电势能。

功Work

功work是能量energy的转移或转化，有回路的时候就是做功，公式U=W/q适用，没回路的时候W=0不适用公式，仍然存在电压是因为电势能差的存在。

势能Potential Energy

港台叫位能，物体在一个力场的位置上固然存在的能量，比如宏观的重力势能$U=mgh$，弹性势能胡克定律$U=\frac{1}{2}kx^2$，微观的库伦力电势能$U=\frac{kq_1q_2}{r^2}$。

功率Power

微观理解电压U=W/q乘电流I=单位时间横截面通过的电子数量，乘起来就是单位时间内通过横截面的总的能量，总的功，即功率。表示每个电子在单位时间内获得并传递的能量work/energy总和。

电对人的伤害

1. 神经信号是电信号，外部施加强电流会导致神经、心脏、肌肉功能失效，比如肌肉痉挛（即强烈收缩contraction），比如心跳失常，比如脑功能失常；
2. 导致烧伤，焦耳热 P=I²R；

3. 体内物质因为强电发生电解。

4. 如果I大U小（current大voltage小）：比如车载电池是 500A 电流 12V 电压，但是对人体危害不大，因为 500A 存在于汽车电路，人触碰到相当于是增加了并联电路，汽车电路都是导线自由电子多，人高电阻实际电流会很微弱，按人体最低的估计电阻1000Ω算，车载电池只够在人体产生12mA电流，可能刚够造成肌肉痉挛（类比小腿抽筋）。只有高电压（构造高电势差）才能制造高电流，遵循欧姆定律 U=IR，而不是P=UI。

5. 如果U大I小（voltage大current小）：即我触电的电源到我的身体和地面之间有很大电势差，电流小是因为回路内自由电子少，人体电阻（>1000Ω）如皮肤被击穿电流增大，电阻会随之下降。

对人体来说不可能出现人体内通过 500A 电流 12V 电压这种情况，因为人体的电阻远远远大于 12/500，电压足够大才一定会导致大电流。

交流电

传输电力实际上不是“运输电子”，而是通过各种途径传输能量，包括电子间相互作用力导致的动能传输，更主要的是依赖于量子力学效应的能级跃迁、电子-声子相互作用等。传输电力可以简单理解成电源通过推动电子把能量传到另一边，交流电是通过电子振荡传输能量，就可以理解成是电源来回推拉电子的过程。

家用交流电是-311V～311V的三角函数，50Hz即1秒钟内按这样的周期变化 50 轮，三角函数的有效值是311V/根2=220，即传输的功率等价于220V直流电。

发电和用电

发电是动能（火力发电也是通过热能用水蒸汽推动蒸汽轮机）切割磁场线（导体穿过磁场发生磁通量变化制造感应电动势）转化成电能的过程，用电则是再转化为光能或动能、热能等。

比如马达，电机是靠电周围产生的磁场带动磁铁运动；
电能转化成光能有很多种情况：

1. 早期阴极射线管（CRT，Cathode Ray Tube）是通过电子流让荧光材料发光；
2. 液晶显示（LCD，Liquid Crystal Display）是这五个中的特殊情况，电压改变液晶排列只控制光的透过性，真正发光的是背光源（Backlight） LED，早期的背光源也是荧光粉（汞蒸汽被通电后释放紫外线（UV），紫外线激发不同的荧光粉发出不同颜色的光；（电脑屏幕，我的老NS屏幕用的TN和IPS都是一种LCD，我手里可能只有mbp m1 2020和iPhone 12是LED屏）
3. 发光二极管（LED，Light-Emitting Diode）是半导体发光器件，其发光原理是电致发光（Electroluminescence），施加正向电压后PN结（PN中间的过渡层）中的电子跟空穴结合，电子从高能态跃迁到低能态，释放出光子（光），不同制造二极管的材料会发出不同的光，GaN（氮化镓）发出蓝光、GaAs（砷化镓）发出红光、InGaN（铟镓氮）+荧光粉产生白光（LCD 背光常用）；
4. 有机发光二极管（OLED，Organic LED）即PN结换成有机材料。
5. 等离子显示（Plasma Display Panel, PDP）跟LCD中早期背光源相似，不过不是汞蒸汽，是氖气和氙气通电后形成等离子体发出紫外线（UV），紫外线激发荧光粉发光。

荧光效应

荧光材料里含有稀土离子（如Eu²⁺、Eu³⁺、Tb³⁺），这些金属离子在吸收特定波长的光（通常是紫外光或短波长可见光）后电子会吸收能量，从基态跃迁到激发态。
电子在激发态不稳定，会通过无辐射跃迁（能量以热的形式释放）回到较低的激发态，释放可见光。

荧光效应简单来说就是一些稀土离子（rare-earth element，REE，是元素周期表中第3族钪、钇和镧系元素共17种金属化学元素的合称，电子特性和磁性质在现代工业应用广泛无法被取代）吸收高能光变为不稳定态又释放出可见光的过程。

法拉第电磁感应

磁生电感生电动势公式：

$$\mathcal{E} = -\frac{d\Phi}{dt}$$

其中：

• $\mathcal{E}$：感应电动势（单位：伏特 V）
• $\Phi$：磁通量（单位：韦伯 Wb）
• $t$：时间（单位：秒 s）

$$\Phi = \int_S \mathbf{B} \cdot d\mathbf{A}$$

其中：

• $\mathbf{B}$：磁感应强度（单位：特斯拉 T）
• $d\mathbf{A}$：面积微元（单位：平方米 $m^2$）

闭合回路中的感应电动势等于穿过回路的磁通量随时间的变化率，并取负号（楞次定律），即感应电流的方向总是反抗磁通量的变化。

安培定理

变压器微观解释

升压时：更多电子的“动能”集中在更少的电子上（电压升高，电流减少）。通过增多线圈匝数，每个电子获得的能量（电压）更高；但导体内的电子总数（电流）减少。
降压时：电子的“动能”分散到更多的电子上（电压降低，电流增加）。

调整电压的公式是$V_2 = V_1 \times \frac{N_2}{N_1}$，V1是输入电压，N1是初级线圈匝数，V2是输出电压，N2是次级线圈匝数。
如果输入电压未知大小，可能是220V，可能是100V，假如输出都需要10V，解决方案：

1. 首先假如N1是2200匝，按公式计算N2的10V端就需要100匝。如果输入电源只有两种可能，可以加一个抽头（Tap）在N1的1000匝处接出来一个点，如果输入是220V就用完整2200匝，如果输入是100V就接到抽头上用其中1000匝；
2. 上面方法很老了，现在较大功率的电器用高频变压器/开关模式电源 (Switch Mode Power Supply)，手柄里则用稳压器，比如线性稳压器 (Linear Regulator) 是用一个可调节电阻消耗多余电压，或者用开关稳压器 (Switching Regulator) 用MOSFET、控制芯片和电容电感等控制输出电压。

电池

顺带着分析下新的xbox series手柄电池充放电原理，虽然已经把我7年前的xbox 360修好了。

碱性电池

刚发现新手柄里的5号电池是不可充电的（not rechargeable），给的type-c口是直接从电源连到电路上的（通过变压器调整电压和整流电路把交流变直流）。

碱性电池的化学体系基于锌-二氧化锰（Zn-MnO₂），电解液通常是氢氧化钾（KOH）。反应不可逆，所以不能充电。

放电时：

负极（阳极，氧化反应）：

$$\text{Zn} + 2\text{OH}^- \rightarrow \text{ZnO} + H_2O + 2e^-$$

正极（阴极，还原反应）：

$$2\text{MnO}_2 + 2H_2O + 2e^- \rightarrow 2\text{MnOOH} + 2\text{OH}^-$$

总反应：

$$\text{Zn} + 2\text{MnO}_2 + H_2O \rightarrow \text{ZnO} + 2\text{MnOOH}$$

铅酸电池

汽车电瓶用这种。

铅酸电池使用Pb（铅）作为负极，PbO₂（氧化铅）作为正极，电解液是硫酸（H₂SO₄）。其充放电过程可逆。

放电时（供应电能）：

负极（阳极，氧化反应）：

$$\text{Pb} + \text{SO}_4^{2-} \rightarrow \text{PbSO}_4 + 2e^-$$

正极（阴极，还原反应）：

$$\text{PbO}_2 + 4H^+ + \text{SO}_4^{2-} + 2e^- \rightarrow \text{PbSO}_4 + 2H_2O$$

总反应：

$$\text{Pb} + \text{PbO}_2 + 2H_2SO_4 \rightarrow 2\text{PbSO}_4 + 2H_2O$$

充电时（吸收电能）：

$$2\text{PbSO}_4 + 2H_2O \rightarrow \text{Pb} + \text{PbO}_2 + 2H_2SO_4$$

锂离子电池

锂电池的正极材料可以是LiCoO₂（钴酸锂）、LiFePO₄（磷酸铁锂）等，负极通常是石墨（C）。其反应也可逆，充放电时锂离子在正负极之间来回移动。

放电时（供应电能）：

负极（阳极，氧化反应）：

$$\text{LiC}_6 \rightarrow \text{C}_6 + \text{Li}^+ + e^-$$

正极（阴极，还原反应）：

$$\text{Li}_{1-x}\text{CoO}_2 + \text{Li}^+ + e^- \rightarrow \text{LiCoO}_2$$

总反应：

$$\text{LiC}_6 + \text{Li}_{1-x}\text{CoO}_2 \rightarrow \text{C}_6 + \text{LiCoO}_2$$

充电时（吸收电能）：

$$\text{C}_6 + \text{LiCoO}_2 \rightarrow \text{LiC}_6 + \text{Li}_{1-x}\text{CoO}_2$$

接下来的内容就是房屋水电，b站有个自装修up有水电合集，youtube也有很多教程。

电灯走线，开关结构

amp是Ampere安培，以电路5的16A（最大安全工作电流，额定电流）为例，额定功率是 P=220V×16A=3520W。

PVC/PPR

PVC（Polyvinyl Chloride，聚氯乙烯），硬度较高，但韧性较差。含有氯元素，燃烧时可能释放氯化氢气体，有毒，寿命短，不耐高温。胶水连接。

PPR（Polypropylene Random Copolymer，无规共聚聚丙烯），聚丙烯共聚而成，耐高温、耐腐蚀，无毒无味。热熔连接。

谈起这个区别是因为一开始误会奶奶家阳台的给水管是 PVC，实际都是PPR，但是是外径 20 mm，壁厚很薄（～3mm）的内壁铝塑管，十几二十年过去风化严重，现已淘汰，给奶奶用热熔枪换上的是更厚的 PPR。

牢骚

年初五，过年七天累，年在走完倪家庵这四世亲戚后算过完了。
难以置信，距离2025-2-2动笔这篇文章，已经过去1313天了。
一回家就会被无尽的回忆吞噬，清冷早晨从南窗森林传进屋里的四声杜鹃，北窗外没改西关分校和高楼之前，平房远处是铁路公路的景象，一瞬间就能把我拉回过去，老家属院被废物政府拆了，这栋06年春节搬进的房子就承载了我对过去的所有记忆。
如果一切一如我前二十二年人生那样顺利，这些记忆只是跟家人茶余饭后的笑谈，现在却是历经三年依然能不断淹没我的巨大痛苦。
是的，沉浸在过去是毫无价值的，我的痛苦在这充满灾难的世界不值一提。
但我还是多么想多么想付出生命付出一切，只要能永远留在那个梦里，回到那些听着四声杜鹃、看着老家属院坡上那轮巨大朝阳的早晨，冲到家人身边，拥抱爸和年轻的奶奶，告诉他们那是我一生中最好的时光。