當(dāng)我們說到電的時候,其實有多種概念,所有的這些概念在日常生活里面都往往和我們的直觀感覺是有關(guān)系的。
一個燈泡接到電路里,有多亮、能夠照耀多大的面積這是由發(fā)光的能量決定的。電燈發(fā)出來的能量,又和電壓與電流有關(guān)。
準確的描述電,要從電壓、電流和能量三個方面來講。
要產(chǎn)生電,必須要有電壓差,民用電的220伏電有火線有零線,如果兩根電線同時接到火線的話,這根電線里面沒有電流會流過。
只有電器的電源插頭,一端正確的插在零線上,一端是接到火線上,才會有電流流過。
這是因為只有在火線和零線之間才會產(chǎn)生電壓,而這些電壓才能讓導(dǎo)體中產(chǎn)生電流,這就是我們通常意義上的電。
電壓表示每單位電荷的勢能。如果將一個電荷單位放置在某個位置,則電壓指單位電荷對于另一點具備的勢能差。
換句話說,它是在給定點處包含在電場或電路中的能量的度量。等于將電荷從一個點移到另一個點時,對每單位電荷做的功。
電壓 的單位是伏特,1伏特= 1焦耳/庫侖。伏特以發(fā)明化學(xué)電池的意大利物理學(xué)家亞歷山德羅·伏特(Alessandro Volta)的名字命名。
這個計算公式的具體含義是:當(dāng)一個庫侖電荷在電位差為1伏的兩個位置之間移動時,將獲得一焦耳的勢能。
電壓的宏觀原理和水箱中的水放出來是一樣的,水箱中的水代表儲存的電荷。將水箱注滿水需要做功,水箱中的水越多,壓力就越大。
但是這個壓力是相對的,就好像一個水箱的出水管放在水箱的上部,還是放在水箱的最底下,出水的情況是不一樣的。
所以電壓要正確的形成回路,才會有電流流出來。
人之所以會在電線上被電死,是因為發(fā)電機在發(fā)電廠的時候,有一頭是接在大地上的,相當(dāng)于大地是0電壓。
電流從身體通過腳底流入大地的時候,人才會觸電。如果腳上踩的鞋絕緣性良好,就相當(dāng)于把出水管的水堵住一樣,沒有電流,人也不會觸電。
從更準確的物理概念上講,電壓起源于電場強度。
電壓是每單位電荷具備的勢能,由電場強度變化的空間區(qū)域構(gòu)成。電荷之所以具備勢能,是因為電場給電荷施加了力。
兩點之間的電壓差等于電場強度乘以兩點之間的距離。
這是電壓的微觀本質(zhì)。
現(xiàn)在我們可以解釋,一段電線接通電源和關(guān)閉電源以后,里面到底發(fā)生了什么。
接通電源以后,電場以光速在導(dǎo)體內(nèi)傳播,形成電子的同步運動,就是電流。
如果我們關(guān)閉電源以后,電場消失了,在導(dǎo)體中的電子的同步運動立刻停止,所以電流就消失了。
電流的大小和進行同步運動的電子數(shù)量有關(guān)系。
電子是電量的最小自然單位,6.24×10的18次方個電子相當(dāng)于一庫侖物理單位電荷。如果一個電線每秒鐘通過一庫侖的電荷,就相當(dāng)于通過了一安培的電流。
電流乘以電壓等于電源的電場一秒鐘輸出的能量,也就是功率。
一根導(dǎo)體電阻是固定的時候,它里面的電流的大小和兩端的電壓差有關(guān)系。
把它形象的理解為在電壓比較高的情況下,導(dǎo)體內(nèi)的電子同步移動的速度要快一點,所以單位時間通過電線截面積的電子數(shù)量就多,因此電流就大。
人被電死光靠電壓和電流都不行,需要足夠的能量。
火機上的點火器可以輸出幾萬伏的電壓,但是電流很小,所以人碰一下會被電一下,但是不會出事。
這里又和水箱里的水是不一樣的,水箱里面的水是可以放空的,但是導(dǎo)體里面的電子是永遠放不空的。
所以關(guān)閉電源的時候,實際上是關(guān)閉了電場,但是電流的載體電子仍然在導(dǎo)體里面。
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