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什么是電荷和電流

時間:2020-02-24 10:05來源:海獵人

 

電荷和電流

電學包括兩個基本現象:電荷和電流。電荷 是物質的基本特性,是物質與電中性時相比,所帶電子數多余(帶負電荷)或電子數不足(帶正電荷)而顯現出的特性。帶負電荷或正電荷的原子有時稱作離子。

電荷的基本特性之一是同種電荷互相排斥,異種電荷互相吸引。這就是電子和質子能夠被約束在一個原子里的原因,盡管在大多數情況下,由于原子粒子的其他基本特性,電子和質子并不能直接結合在一起(特殊情況包括某種特定的放射性衰變和超新星爆發)。最重要的是,我們要記住,負電荷會排斥電子,而正電荷會吸引電子。

電荷的內部和它自身都是很有趣的,但從電子學的角度來看,并不是特別有用。對于我們來說,只有當電荷運動時,有趣的事情才真正開始。電子在回路中的運動稱為電流 。在寒冷干燥的天氣里,當你行走在地毯上時,身上積累了靜電荷,在你碰到門把手時發生了電荷的傳遞,這也是電流現象。實際上,電流從高電勢(你)流向低電勢(門把手),很像瀑布的水一瀉千里,也像石頭滾落山坡。這樣,索然無趣的靜電荷突然就變得非常有意思了(或者至少應當引起你的注意)。當電荷靜止時,它被稱作電勢 ,我們可以在電勢和機械勢能之間做個類比,你會在下文看到。

當組成導體和電路元件的原子之間互相傳遞電子時,電流就產生了。電子向帶正電的物質移動,所以如果你用導線將一個小燈泡與電池連接起來(有時稱作閃光燈 ),電子從電池的負極流出,穿過燈泡,回到電池正極。它們使燈絲白熱發光。

1-2是導線中銅原子的一幅簡化圖表,它顯示了將電流形象化的一種方式。當一個電子進入導線的一端,它就使得第一個原子帶負電荷,于是這個原子帶有多余的電子。假設有一個連續的電子源,新的電子不能由原路返回,所以它向下一個電中性原子移動。該原子現在帶負電,有一個多余的電子。為了再次變回電中性(原子的首選穩定狀態),這個原子又將一個多余的電子傳遞給下一個(電中性)原子,以此類推,直到一個電子在導線的另一端出現。只要導線連接著一個受壓的電子源和讓電子返回電子源的路徑,電流就會一直流動。這種壓力叫作電壓 ,在1.3節會有詳細介紹。


1-2 電子在導線中運動

1-3顯示了對電流的另一種理解方式。此處我們有一根裝滿了彈球(電子)的導管(導體)。

 

1-3 電子模型——導管中的彈球

當把一個彈球推入導管的一端,就會有一個彈球從另一端掉落。管中的彈球數量保持不變。需要注意的是,進入導體一端的電子和從另一端出來的電子并不一定是同一批,如圖1-2和圖1-3所示。事實上,如果導體足夠長,從一端引入的電子可能就不是從導體另一端離開的電子了,但是電子一定會出現,你也仍然能測量導體中電子的運動。

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