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电流揭秘:电子像水一样从发电厂流到家里?
2018-06-21 20:56:20  出处:超能网  作者:thesea 编辑:上方文Q   点击可以复制本篇文章的标题和链接

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电子的确是会定向移动的,但这个速度大约在零点几米每秒到几米每秒(与电流和材料有关),这个速度是相当慢的,而家里用的电能其实是通过电磁波从负载侧面输入的,这个速度是光速。

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不过要澄清一下有的解释,电流并不适合用水波类比。水波在传播时倒的确是相互碰撞传递能量的,而没有定向移动。

电流揭秘:电子像水一样从发电厂流到家里?

电子定向运动的速度如此之慢,为什么我们一按下开关灯马上就能亮呢?

从电流角度来说,整个电路中都充满了电子,开关一闭合,所有电子都发生定向移动,灯附近的电子立马就会流过使之发光,而并不是要等开关处的电子甚至是发电厂的电子流到你的灯里去。

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接着我们讨论一下电能传播的问题,也就是从电场的角度来看。

发电厂的作用是在你的开关两端提供一个电压,当你闭合开关时,主角是你的开关,发电厂在哪个位置并不会影响灯亮的速度。

开关闭合时,电路导通,开关周围的电场发生变化,产生电磁波,电磁波向空间传播,所到之处电场也随之建立,电子就开始定向移动。

能量在电阻小的地方几乎沿着导线表面传播,电阻越大则越垂直,因而在负载的地方,电能是由外部空间从侧面输入的——而不是通过导线内部的电子运动。

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也就是说,电能是光速传播的,并且是从开关处开始传播,开关如果离得远,电能传到用电器的时间就长。

假如你的开关离灯有一光年远(假设电压足够大),那你的灯要在开关闭合1年后才会亮,关于这个可以看我们之前的一个回答:一根1光年的电线通电,停电时1光年外会马上停电?

最后和自来水厂对比一下,如果考虑水的循环,直流电路里电子定向周而复始地运动倒的确和水流相似。

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不过事实上,我们家用的交流电,电流方向每秒钟都会改变100次(这是精确数值,我们国家电网交流电频率是50Hz,也就是1秒钟变化50个周期,每个周期方向变2次),电子一会从这边流过电器,一会从另一边流过,总体来看电子是不断振荡的。

这个振荡的幅度非常之小,根据我一开始说的电子定向运动速度,不妨取大的10m/s(事实上家用电器是达不到这个速度的),电子每0.01s都要变化一次方向,即使不考虑加速减速过程,电子的振荡幅度最多也是10厘米。

电流揭秘:电子像水一样从发电厂流到家里?

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不用说发电厂,你家门口电线杆的电子都不会跑到你家去,这和自来水是完全不一样的。

 

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