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电流是由电子定向运动产生的,那为何发电机的电子永远都用不完?

学术研究2019.09.23
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       在人类文明的发展史上,电的发现和应用绝对是一个里程碑,时至今日,电早就已经与我们的生活密不可分,可以说如果没有了电,我们人类将会在一夜之间回到古代。


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     通常情况下,当有合适的电流通过了某个电器,这个电器就可以正常工作了。那么什么是电流呢?物理老师告诉我们,电流是指自由电子在导体中的有规则的定向运动。由于我们所用的电都是由发电机产生的,因此我们似乎可以得出一个结论,即发电机源源不断将电子发送出来,并将它们送到千家万户。


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      于是一个问题就显现出来了:电流是由电子运动产生的,那为什么发电机的电子永远都用不完?


     先简单说明一下,电流的方向是人为定义的,而事实上,人们定义的电流方向与电子运动实际方向是相反的,为什么会这样呢?这是因为在人们最初发现电的时代,科学家还对微观世界一无所知,根本就不知道电子的存在。


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     他们只能根据已知的现象,来定义电流的方向,直到电子被发现以后,人们才意识到这是个错误,但是由于人们对电流的概念已经根深蒂固,而且这个错误也无关紧要,所以电流这个概念就一直沿用至今了。


     当发电机工作时,它的金属线圈会做切割磁力线的运动,这时线圈内的自由电子,就会在电磁感应的作用下固定地向线圈一端移动,于是这一端就带负电,相应的另外一端就带正电,这样在线圈的两端就产生了感应电动势。


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       这就意味着,电子的流动是一个循环,在这个过程中,电子根本就没有消耗。


     那么我们平时用的电消耗的是什么呢?其实我们对电的应用,主要是利用了电流通过相关用电器具时,所产生的各种效应,例如热效应、电磁效应以及化学效应等。从能量转换的角度来看,发电机就是一种将机械能转化为电能的设备,电子只是能量的携带者,而不是消耗品。


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     我们平常使用的大多数都是交流电,所谓的交流电,是指电流的方向会随着时间做周期性的变化。同样的,交流电的电流必须在一个闭合的通路中才可以形成,只不过这个通路里的电子一会儿向前,一会儿向后。总体上来讲,道理还是前面讲的一样,电子并没有在这个过程中消耗。


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      值得一提的是,发电厂的发电机所发出的电,是要经过几级变压器的变压才最终到达千家万户,在这些变压器之间都相互绝缘,它们之间的能量是通过特定的电磁感应来完成转换的。每一级变压器都是一个闭合的通路,在这些通路里所有的电子都是在做循环运动,因为没有消耗,所以它们是永远都不会用完。



 

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