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南无地藏菩萨

 
 
 

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电的奥秘 博闻网  

2012-07-06 17:21:37|  分类: 科学技术 |  标签: |举报 |字号 订阅

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电的奥秘 博闻网 - johnie - 南无地藏菩萨
我们的周围处处是电——对于我们大多数人来说,没有电的生活简直难以想像。下面只是其中的几个例子:

您可能在干燥的冬天里会被静电电到,这属于超小规模放电。

那么,我们称之为“电”的这种神秘物质究竟是什么?电究竟来自何处,为什么它能做那么多的事情?

我们从电源插座和电池中获取的电可以为各种设备供电。这是因为电的使用方式有上千种。例如:

很难想像在没有电的世界中生活的现代人是如何一番景象。如果没有电,我们将不得不倒退到依靠壁炉取暖,用烧木柴的炉子做饭,点蜡烛照明,靠尺子来计算。如果要远距离沟通,我们就得使用烟火信号或明信片。

电始于电子。如果您读过原子理论这篇文章,那么就会知道每个原子都包含一个或多个电子。您还知道,电子带有负电荷

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最简单的原子模型

在很多材料中,电子都被原子紧密地束缚着,如木头、玻璃、塑料、陶瓷、空气、棉花……在这些材料中,电子都被紧密束缚在原子之中,而且由于这些电子不运动,因此即使它们有电,导电性能也极差。这些材料属于电绝缘体

但大多数金属的电子都可从其原子中分离出来并四处运动。这些电子被称为自由电子。金、银、铜、铝、铁等金属都带有自由电子。自由电子使得电流很容易在这些材料中流动,因此这些材料称为电导体。它们可以传导电流。运动的电子将电能从一点传送到另一点。

导体电需要导体才能运动。此外,还需要某种能让电从导体的一点流向另一点的力量。一种让电子流动的方法是使用发电机。发电机是利用磁体来使电子产生运动的。

电和磁之间存在着一定的联系。如果让电子在导线中运动,则电子会在导线周围产生磁场。(有关详细信息,请参见电动机工作原理和电磁体工作原理。)同样,如果您在导线附近移动一块磁体,则磁场会导致导线中的电子发生运动。

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发电机是一种相当简单的装置,它在导线附近移动磁体,以产生稳定的电子流。
若要了解发电机工作原理,一种简单的方法是将发电机想像成一个抽水的泵。只不过发电机抽的不是水,而是利用磁体来推动电子运动。这样说未免有点太过简单,但这个比喻的效果却很好。

水泵利用水可以做两件事:

同样地,发电机中的磁体也可以:

在电路中,移动的电子数量被称为安培数或电流,以安培为单位。推动电子运动的“压力”被称为电压,以伏特为单位。因此,您可能会听到有人说:“如果你让这台发电机的转速达到1,000转/分钟(rpm),那么它在电压为6伏特时能产生1安培的电流。”1安培是指运动的电子数量(1安培的物理意义是每秒通过导线的电子数为6.24x1018),而电压则是这些电子所承受的压力。

电路

不管您是使用普通电池、燃料电池还是太阳能电池来发电,有三点始终是相同的:

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电源将有两个端子:正极端子和负极端子。 电源(不管是发电机、电池还是其他可以提供电力的装置)会在一定的电压下将电子从负极端子推出。例如,一块AA电池通常需要1.5伏特的电压才能推动电子。

电路可能会很复杂。但即使最简单的电路中也始终会有:电源(如电池)、负载(如灯泡、电机)和在电池和负载间输送电流的两根电线。电子从电源开始移动,经过负载,然后再返回到电源。

运动的电子能产生能量。当电子从一点移到另一点时,它们会做功。例如,在白炽灯泡中,电子的能量用于产生热能,而热能又转换为光能。在电动机中,电子的能量产生磁场,磁场与其他磁体交互(通过磁的引力和斥力)而产生运动。每个电气设备都以某种方式利用电子的能量来产生有用的副效应。

闪电是什么?

如果说空气是绝缘体,那么闪电又是如何从云层穿过非导体物质传到大地上的呢?在发生闪电时,云层和大地之间累积的电能非常大,最终达到可以从空气的原子中剥离电子的程度。一旦这种剥离过程开始,空气就会变成一个等离子体(物质的一种分离状态,在热或者高压的作用下,物质会产生大量自由电子——请参见等离子切割机工作原理,了解关于这种状态的信息)。一旦进入等离子状态,空气就很容易利用自由电子导电,闪电则可通过等离子导体击中大地。


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